This work investigates possible improvements to an existing annotation inference tool. The tool is part of a toolchain that aims to automate the process of software verification using formal methods. The purpose of the annotations is to facilitate the use of deductive verification, which is the formal method used in this project for proving that a given program meets its specifications. In the project, two categories of annotations are established. The first category is the category of functional annotations. These annotations describe the behavior of a function or a module. The other category is what we call auxiliary annotations. These annotations describe properties that are necessary for proving the correctness of the functional annotations. The tool that this work tries to improve is dedicated to inferring the auxiliary annotations. To our knowledge, this is the first tool of its kind to automatically infer auxiliary annotations for a complete module given the module’s source code and its interface specifications. The work contributed in four areas: inferring annotations from the interface specifications of a module and propagating these annotations to all the helper functions used in the module; inferring annotations for floating-point constructs; inferring annotations for pointer constructs; and finally, inferring annotations for array constructs. The improved tool was tested on production embedded code used in the heavy automotive industry. The results demonstrated a considerable improvement and were in line with earlier findings. The work confirms the feasibility and usability of auxiliary annotation inference in this scope. / Detta arbete undersöker möjliga förbättringar av ett befintligt verktyg för härledning av annoteringar (annotations). Verktyget är en komponent i en verktygskedja som syftar till att automatisera processen för mjukvaruverifiering med formella metoder. Syftet med annoteringarna är att underlätta användningen av deduktiv verifiering, vilket är den formella metod som används i detta projekt för att bevisa att ett givet program uppfyller dess specifikationer. I projektet fastställs två kategorier av annoteringar. Den första kategorin är kategorin funktionella annoteringar. Dessa annoteringar beskriver beteendet hos en funktion eller en modul. Den andra kategorin är vad vi kallar hjälp annoteringar (auxiliary annotations). Dessa annoteringar beskriver egenskaper som är nödvändiga för att bevisa korrektheten av de funktionella annoteringarna. Verktyget som detta arbete försöker förbättra är dedikerat till att härleda hjälp annoteringar. Arbetet bidrog inom fyra områden: att härleda annoteringar från gränssnittsspecifikationerna (interface specifications) för en modul och sprida dessa annoteringar till alla hjälpfunktioner som används i modulen; härleda annoteringar för flyttalskonstruktioner (floating-point constructs); härleda annoteringar för pekarkonstruktioner; och slutligen, härleda annoteringar för arraykonstruktioner. Det förbättrade verktyget testades på produktionsinbyggdad kod som används inom fordonsindustrin. Resultaten visade en avsevärd förbättring och var i linje med tidigare resultat. Arbetet bekräftar genomförbarheten och användbarheten av hjälpannoteringshärledning i projektets omfattning.

Contract inference consists in automatically computing contracts that formally describe the behaviour of program functions. Contracts are used in deductive verification, which is a method for verifying whether a system behaves according to a provided specification. The Saida plugin in Frama-C is a contract inference tool for C code. This thesis explores an extension to the Saida plugin which allows support for pointers and heap allocations. The goal is to evaluate to what extent model checking tools can be used to infer contracts for deductive verification of programs that use pointers and heap allocations. This is done by proposing a translation strategy to convert contracts containing heap expressions, generated by the model checker TriCera, into ACSL, a specification language used by Frama-C. An implementation of this translation is evaluated using a set of verification tasks. The results demonstrate that the inferred contracts are sucient to verify simple code samples, including features such as recursion, aliasing, and manipulation of heap-allocated structs. However, the results also reveal cases where the contracts are too weak, although more information could be extracted in the translation. It is concluded that model checking tools can infer contracts for deductive verification of programs with pointers and heap allocations, but currently to a limited extent. Several improvements to the translation strategy are proposed for future work. / Kontrakthärledning består i att automatiskt härleda kontrakt, vilka formellt beskriver funktioners beteende i program. Kontrakt används för deduktiv verifiering, vilket är en metod för att verifiera huruvida ett system beter sig enligt en given specifikation. Pluginet Saida i Frama-C är ett verktyg för kontrakthärledning för C-kod. Denna avhandling undersöker en vidareutveckling av Saida som möjliggör stöd för pekare och heap-allokeringar. Målet är att utvärdera i vilken utsträckning modellprovningsverktyg kan användas för att härleda kontrakt för deduktiv verifiering av program som använder pekare och heap-allokeringar. Detta görs genom att presentera en översättningsstrategi för att konvertera kontrakt som involverar heaputtryck, genererade av modellkontrollverktyget TriCera, till ACSL, vilket är ett specifikationsspråk som används av Frama-C. En implementation av denna översättning utvärderas med hjälp av en samling verifieringsproblem. Resultaten visar att de härledda kontrakten är tillräckliga för att verifiera enkla verifieringsproblem, med koncept som rekursion, aliasing och manipulation av heap-allokerade structs. Resultaten visar även fall då kontrakten är för svaga, men där mer information skulle kunna utvinnas i ¨översättningen. Slutsatsen dras att modellprovningsverktyg kan härleda kontrakt för deduktiv verifiering av program med pekare och heap-allokeringar, men för närvarande i begränsad utsträckning. Flera förbättringar av översättningsstrategin föreslås för framtida vidareutveckling.

This thesis explores synergies between deductive verification and model checking, by using the existing model checker TriCera to automatically infer specifications for the deductive verifier Frama-C. To accomplish this, a formal semantics is defined for a subset of ANSI C, extended with assume statements, called Csmall. Then, it is shown how a Hoare logic contract can be translated into statements in Csmall, and the defined formal semantics is used to prove that the translation is correct. Furthermore, it is shown that the translation can be applied also to a real specification language. This is done by defining a subset of ACSL, called ACSLsmall, and giving a formal semantics also for this. Lastly, two examples are provided showing that the theory developed in this thesis can be applied to automatically infer ACSL function contracts. / Den här avhandlingen studerar synergier mellan deduktiv verifikation och modelprovning, genom att använda Tricera, ett verktyg för modellprovning, för att automatiskt generera specifikationer för Frama-C, ett verktyg för deduktiv verifikation. Detta uppnås genom att definiera en formell semantik för en delmängd av ANSI-C, utökat med assume satser, som kallas förCsmall. Sedan visas hur kontrakt kan översättas till satser i Csmall samt att översättningen är korrekt. Därefter visas att översättningen också kan tillämpas på ett verkligt specifikationsspråk, genom att definiera en delmängd av ACSL, som kallas ACSLsmall, och definiera en formell semantik också för detta. Slutligen visas med två exempel hur teorin från uppsatsen kan appliceras för att automatiskt generera funktionskontrakt i ACSL.