Notre proposition consiste à présenter un modèle et une infrastructure d'exécution orienté composant pour le domaine des applications multi-tâches à contraintes temps réel souples et embarquées (nommé Tinap).<br /><br />Nous définissons un modèle de composant reposant sur plusieurs vues : une vue structurelle, placée au centre du cycle de conception, reposant initialement sur le modèle Fractal, une vue dynamique permettant au concepteur, dans une démarche descriptive, de personnaliser l'architecture métier pour définir les aspects de son applicatif liés à la concurrence, et enfin une vue implantation et une vue comportement fournissant respectivement une abstraction de l'implantation interne des composants et de leur comportement à l'égard de leur environnement. De plus, notre proposition est intégrée à un cadre méthodologique dirigé par les modèles.<br /><br />Nous avons également expérimenté le paradigme composant à différents niveaux d'abstraction : pour l'applicatif et pour celui de l'infrastructure d'exécution qui les implante. Enfin, au niveau du système d'exploitation fournissant les services élémentaires nécessaires. Cette démarche est motivée par la volonté d'exploiter notre modèle multi-vues canonique et de l'adapter en fonction des besoins de chaque niveau d'abstraction. Cette expérimentation est menée avec Think, une implantation en C des spécifications Fractal.<br /><br />Nous expérimentons Tinap par deux cas d'étude que nous avons prototypés. En premier lieu, pour concevoir une application d'analyse et de contrôle de flux multimédias par l'intermédiaire de disques vinyles. En second lieu pour expérimenter la mise en oeuvre du modèle d'exécution Accord (une méthodologie de conception pour applications temps-réel).

Ce mémoire est le reflet de 17 ans d'activités de recherche liées aux modèles et aux techniques orientés objet mises en oeuvre en base de données, en représentation des connaissances puis plus récemment en système d'information. J'ai participé à des projets dont l'objectif commun était de contribuer à l'évolution des SGBD et des SRC pour une meilleure prise en compte des informations complexes et évolutives liées aux applications d'ingénierie (la CAO, l'ingénierie des méthodes, les systèmes d'information produit, etc.). Les principaux apports de ces projets ont été de montrer que les approches " tout objet " constituent un précieux outil de représentation des connaissances : · permettant d'exprimer la sémantique des systèmes et de leurs concepts, · facilitant la mise en oeuvre de mécanismes d'évolution, · favorisant l'élaboration d'environnements adaptables à des besoins particuliers. L'approche objet offre de fait la possibilité de réutiliser des classes. Cependant, il est clair qu'aujourd'hui un concepteur ne peut plus spécifier et implanter un système en partant d'une granularité aussi fine. Il ne s'agit plus de réutiliser une classe ou un mécanisme de bas niveau tel que l'instanciation mais de favoriser la réutilisation d'architectures de granularité plus importante (ensemble de classes, de types, etc.) et détenant en propre leurs propres mécanismes d'utilisation. La réutilisation à tous les stades du développement des systèmes d'information est devenue depuis 1997 mon principal thème de recherche. L'accent est particulièrement mis sur les approches à base de patrons (pattern).

Ce travail porte sur le test structurel des programmes réactifs synchrones érits en Lustre et sur la définition de critères de couverture pour assurer ce test structurel. Lustre est un langage réactif synchrone flot de données, largement utilisé pour la spécification et la programmation des applications critiques dans des domaines comme l'aéronautique, l'énergie ou les transports. L'application à Lustre des critères de couverture usuels basés sur le flot de contrôle (couverture des instructions, couverture des branches,...) n'est pas significative. <br /><br />Nous avons, en conséquence, défini une hiérarchie de critères adaptés au paradigme flot de données synchrone. Les critères permettent de mesurer la couverture des chemins dans un réseau d'opérateurs. Un réseau d'opérateurs est une modélisation graphique des flots de données dans un programme Lustre. Les critères sont basés sur le calcul symbolique des conditions d'activation de ces chemins. <br /><br />Un outil nommé Lustructu, a été réalisé pour mesurer la couverture atteinte par un jeu de tests selon ces critères. Lustructu analyse le programme sous test et calcule les chemins et leurs conditions d'activation. L'évaluation de la couverture par Lustructu est non-intrusive (pas d'instrumentation du code). L'applicabilité et la pertinence des critères ont été évaluées sur une étude de cas significative issue du secteur de l'aéronautique.

Nous nous sommes intéressé à la logique équationnelle en tant que support de la vérification des programmes impératifs. Notre approche vise le double objectif d'automatiser la vérification des propriétés de programmes et de proposer un formalisme pour raisonner sur les programmes adapté aux acteurs du développement des logiciels. Précisément, les travaux de cette thèse portent sur la traduction automatique des programmes impératifs vers la logique équationnelle. Nous avons considéré deux classes de programmes. Dans la première, la seule instruction avec effet de bord du langage est l'affectation. Nous présentons l'algorithme de traduction d'un programme en un ensemble d'équations sous la forme d'un système de réécriture définissant la sémantique du langage. Nous montrons la convergence du système de réécriture à l'aide d'un démonstrateur de théorèmes. Pour la seconde classe, nous ajoutons au langage appel par référence et listes mutables. Ces deux mécanismes introduisent la possibilité de manipuler des alias dans les programmes. Nous énonçons des restrictions sur l'utilisation des alias moyennant lesquelles nous proposons un algorithme pour la traduction en équations des programmes de cette seconde classe. La définition équationnelle obtenue ne s'appuie pas sur un modèle de la mémoire. Les équations produites par la traduction d'un programme peuvent alors être utilisées dans des systèmes de preuve afin de vérifier des propriétés du programme, elles-mêmes exprimées par des équations. Nous validons notre approche par une implantation des algorithmes et par la preuve de propriétés de programmes non triviales à l'aide des équations produites par notre méthode.

L'étude de programmes probabilistes intéresse plusieurs domaines de l'informatique : les réseaux, l'embarqué, ou encore la compilation optimisée. C'est tâche malaisée, en raison de l'indécidabilité des propriétés sur les programmes déterministes à états infinis, en plus des difficultés provenant des aspects probabilistes.<br /><br />Dans cette thèse, nous proposons un langage de formules permettant de spécifier des propriétés de traces de systèmes de transition probabilistes et non-déterministes, englobant celles spécifiables par des automates de Büchi déterministes. Ces propriétés sont en général indécidables sur des processus infinis.<br /><br />Ce langage a à la fois une sémantique concrète en termes d'ensembles de traces et une sémantique abstraite en termes de fonctions mesurables. Nous appliquons ensuite des techniques d'interprétation abstraite pour calculer un majorant de la probabilité dans le pire cas de la propriété étudiée et donnons une amélioration de cette technique lorsque l'espace d'états est partitionné, par exemple selon les points de programme. Nous proposons deux domaines abstraits convenant pour cette analyse, l'un paramétré par un domaine abstrait non probabiliste, l'autre modélisant les gaussiennes étendues.<br /><br />Il est également possible d'obtenir de tels majorants par des calculs propageant les mesures de probabilité en avant. Nous donnons une méthode d'interprétation abstraite pour analyser une classe de formules de cette façon et proposons deux domaines abstraits adaptés à ce type d'analyse, l'un paramétré par un domaine abstrait non probabiliste, l'autre modélisant les queues sous-exponentielles. Ce dernier permet de prouver la terminaison probabiliste de programmes.<br /><br />Les méthodes décrites ci-dessus sont symboliques et ne tirent pas parti des propriétés statistiques des probabilités. Nous proposons d'autre part une méthode de Monte-Carlo abstrait, utilisant des interpréteurs abstraits randomisés.

L'un des problèmes majeurs rencontrés par la robotique est celui du développement d'architectures logicielles de contrôle des robots. Ceci s'explique par la complexité sans cesse croissante de ces architectures, qui doivent intégrer toujours plus de fonctionnalités de divers niveaux d'abstraction (de planification, d'asservissement, de perception, de gestion des modes de fonctionnement, etc.) et qui nécessitent la prise en compte du caractère temps-réel du contrôle. Par ailleurs, les fonctionnalités s'appuyant, directement ou non, sur un ensemble d'éléments matériels embarqués sur le robot, une architecture doit pouvoir être adaptée en fonction de l'évolution technologique (nouveaux capteurs et actionneurs, remplacement d'éléments de la partie opérative, etc.). L'enjeu actuel est donc de définir et intégrer des fonctionnalités sous forme de briques logicielles réutilisables au sein d'architectures de contrôle évolutives, de manière à simplifier le développement. Après avoir fait un tour d'horizon des propositions actuelles, le manuel présente CoSARC, une méthodologie originale couvrant l'intégralité du processus de développement d'un contrôleur de robot. La méthodologie est basée sur un modèle d'architecture et sur un langage à composants. Inspré des propositions historiques d'architectures hybrides, le modèle d'architecture constitue la base du processus de développement. Il définit une organisation générique intégrant une vision hiérarchique du contrôle et il s'appuie sur des concepts abstraits indépendants de tout domaine d'application, tel que celui de ressource . La construction d'une architecture est réalisée en fonction du modèle et à l'aide des éléments d'un langage à composants. Ces éléments correspondent à différentes catégories de composants : composants de représentation dédiés à la description des connaissances sur le monde du robot, composants de contrôle dédiés à la description des activités du robot, composants connecteurs dédiés à la description des protocoles régissant les interactions entre composants de contrôle, composants de configuration dédiés à la description d'une architecture et de son déploiement. Un des aspects essentiels de certains de ces composants réside dans le fait que leur comportement est exprimé sous la forme d'un réseau de Petri à Objets. L'expressivité et la pertinence de la méthodologie sont démontrés sur un exemple traitant du développement d'un robot manipulateur mobile.

Cette thèse propose une nouvelle approche pour le test statistique de<br />logiciel à partir d'une description graphique des comportements du<br />système à tester (graphe de contrôle, statecharts). Son originalité<br />repose sur la combinaison de résultats et d'outils de combinatoire<br />(génération aléatoire de structures combinatoires) et d'un solveur de<br />contraintes, pour obtenir une méthode de test complètement automatisée.<br />Contrairement aux approches classiques qui tirent des entrées, la <br />génération aléatoire uniforme est utilisée pour tirer des chemins parmi<br />un ensemble de chemins d'exécution ou de traces du système à tester. <br />Puis, une étape de résolution de contraintes est utilisée pour <br />déterminer les entrées qui permettront d'exécuter ces chemins.<br />De plus, nous montrons comment les techniques de programmation <br />linéaire peuvent améliorer la qualité d'un ensemble de tests.<br /><br />Une première application a été effectuée pour le test statistique<br />structurel défini par Thévenod-Fosse et Waeselynck (LAAS) et un <br />prototype a été développé.<br />Des expériences (plus de 10000 réalisées sur quatre fonctions issues <br />d'un logiciel industriel) ont été effectuées pour évaluer notre approche <br />et sa stabilité.<br /><br />Ces expériences montrent que notre approche est comparable à celle <br />du LAAS, est stable et a l'avantage d'être complètement automatisée. <br />Ces premières expériences nous permettent également d'envisager un <br />passage à l'échelle de notre approche. Plus généralement, ces travaux <br />pourraient servir de base pour une nouvelle classe d'outils dans le <br />domaine du test de logiciel, combinant génération aléatoire de <br />structures combinatoires, techniques de programmation linéaire et <br />résolution de contraintes.

Le couplage des approches orientées objets avec la méthode B est une piste pour l'amélioration de l'activité de spécification et de développement de logiciels. La méthode B fournit des notations et des outils supports puissants permettant de modéliser et de vérifier des modèles. Les approches objets fournissent des mécanismes intéressants pour la structuration et le développement de gros systèmes. L'apport de notre travail de thèse contribue aux activités de couplage entre ces deux formalismes en utilisant le prouveur de B pour valider et vérifier des spécifications UML.<br /><br />En étendant les schémas de dérivation d'UML vers B proposés dans des travaux précédents réalisés dans l'équipe de recherche Dédale, nous proposons une approche de dérivation en B de méta-modèles UML, de diagrammes statiques et de diagrammes dynamiques. L'objectif de cette proposition est de vérifier la sémantique et la cohérence entre différents diagrammes de spécifications UML.<br /><br />Notre thèse apporte aussi une contribution au développement de spécifications objets en utilisant la méthode B. La première proposition concerne la prise en compte de certains types d'associations entre classes lors de la dérivation en B. La deuxième proposition concerne la validation de spécifications orientées objets décrites à l'aide de diagrammes de séquence UML2.0.

L'évolution des besoins des logiciels entraîne la croissance de la complexité des environnements répartis. La recherche effectuée dans le domaine de la conception de ces environnements vise à réduire cette complexité. Un des principaux problèmes de la conception des infrastructures réparties concerne la composition des propriétés non fonctionnelles (également appelées services techniques). Les services interagissent entre eux. Nous avons identifié deux types d'interaction : les interactions de type structurel et les interactions de type comportemental.<br />Il existe actuellement de nombreuses approches (académiques et industrielles) qui permettent de concevoir ces infrastructures.<br />Dans un premier temps, nous exposons les concepts de la composition et nous étudions les mécanismes de composition mis en oeuvre dans ces approches de conception.<br />A partir de cette étude, nous proposons une nouvelle approche de composition appelée composition comportementale qui permet de supprimer un certain nombre de limites identifiées dans les autres approches. L'approche de composition comportementale utilise le modèle de composants Fractal et introduit un modèle d'automates qui permet de décrire les comportements des composants.<br />Les interactions de type structurel s'expriment à partir du modèle de composants et se matérialisent par des liaisons entre les interfaces des composants. Les interactions de type comportemental s'expriment à partir du modèle d'automate et se matérialisent par des contraintes d'ordonnancement. Les mécanismes de composition de notre approche mettent en oeuvre ces différents types d'interaction.<br />Nous avons réalisé un canevas logiciel qui implante le modèle de composant et le modèle de comportement. Le canevas a été conçu afin que les approches de conception puisse l'utiliser. L'implantation du canevas génère un environnement d'exécution basé sur le langage synchrone réactif Esterel.<br />Pour conclure, nous positionnons notre approche avec les autres approches de conception à partir de critères d'évaluation que nous avons définis. Quelques perspectives concernant l'approche sont données.

Face à l'émergence de catalogues de composants de différents types, les environnements professionnels de développement d'applications ont évolué vers une gestion des composants. Ces premiers outils offrent peu de services pour faciliter une recherche appropriée de composants de différentes natures ; ils sont destinés à des experts ayant déjà une connaissance profonde des catalogues de composants. Ces outils restent insuffisants pour des ingénieurs d'applications non experts dont l'objectif est de rechercher les meilleurs composants répondant au problème posé.<br />En partant de ce constat, l'objectif de cette thèse est de s'appuyer sur les techniques de recherche d'information pour d'une part proposer une nouvelle technique de recherche de composants adaptée aux catalogues hétérogènes de composants et d'autre part organiser un environnement d'aide à l'application, la gestion, la recherche et la réutilisation de composants. La gestion des composants est réalisée au niveau d'une base de description de propriétés de composants. Pour des besoins d'évolution et d'adaptation, une telle base est mise en place par des instanciations successives du métamodèle M-Sigma et du modèle de composants C-Sigma. <br />La technique structurelle originale de recherche de composants proposée est basée sur un processus de génération de spécifications formelles à partir de diagrammes de classes décrivant la structure des composants archivés ou recherchés. Ces spécifications sont utilisées pour réaliser des appariements structurels entre composants. Cette technique est exploitable dans le domaine de la recherche de composants et de la réingénierie des systèmes d'information. Une expérimentation a été faite sur une base de composants issue du projet industriel Initiative Centr'ACTOLL.