Les systèmes de contrôle-commande importants pour la sûreté de fonctionnement doivent répondre à un certain nombre d'exigences, au premier rang desquelles se trouvent les exigences réglementaires, édictées par les autorités nationales et complétées par un ensemble de recommandations pratiques et de textes normatifs. Les exigences de ce domaine sont peu formalisées, les relations de traçabilité, et par conséquent l'organisation des exigences de ce vaste domaine est souvent implicite. Enfin, les passerelles entre contextes nationaux différents sont très peu développées. Les travaux de cette thèse se situent dans ce contexte industriel en partenariat avec EDF R&D et au sein du projet CONNEXION regroupant les acteurs majeurs du contrôle-commande nucléaire français. Les contributions de la thèse s'articulent autour de l'approche INCREMENT (Intrumentation aNd Control regulatory REquirement Modeling Environment) qui adresse les deux premiers challenges présentés, et en particulier : (1) la formalisation du domaine où nous proposons à la fois une description du domaine et un métamodèle permettant une capitalisation et une vue globale d'un référentiel d'exigences, (2) une base outillée pour l'acquisition automatique de documents, un environnement graphique pour la manipulation de modèles et l'apport de techniques de recherche d'information pour la traçabilité des exigences, (3) une approche originale avec une hybridation entre modélisation et recherche d'information pour une amélioration de la traçabilité des exigences. Le métamodèle proposé et ses outils sont utilisés dans l'industrie dans le projet CONNEXION. Notre approche hybride a permis dans nos expérimentations de réduire, en moyenne, la taille de ces espaces de 65% comparé aux approches standard de recherche d'information, sans en dégrader le contenu.

En dépit de ses treize diagrammes, le langage UML (Unified Modeling Language) normalisé par l'OMG (Object Management Group) n'offre aucune facilité particulière pour appréhender convenablement la phase de traitement des exigences qui démarre le cycle de développement d'un système temps réel. La normalisation de SysML et des diagrammes d'exigences ouvre des perspectives qui ne sauraient faire oublier le manque de support méthodologique dont souffrent UML et SysML. Fort de ce constat, les travaux exposés dans ce mémoire contribuent au développement d'un volet " méthodologie " pour des profils UML temps réel qui couvrent les phases amont (traitement des d'exigences - analyse - conception) du cycle de développement des systèmes temps réel et distribués en donnant une place prépondérante à la vérification formelle des exigences temporelles. La méthodologie proposée est instanciée sur le profil TURTLE (Timed UML and RT-LOTOS Environment). Les exigences non-fonctionnelles temporelles sont décrites au moyen de diagrammes d'exigences SysML étendus par un langage visuel de type " chronogrammes " (TRDD = Timing Requirement Description Diagram). La formulation d'exigences temporelles sert de point de départ à la génération automatique d'observateurs dédiés à la vérification de ces exigences. Décrites par des méta-modèles UML et des définitions formelles, les contributions présentées dans ce mémoire ont vocation à être utilisées hors du périmètre de TURTLE. L'approche proposée a été appliquée à la vérification de protocoles de communication de groupes sécurisée (projet RNRT-SAFECAST).

Les travaux développés dans cette thèse visent à assister le processus d'ingénierie des exigences temporelles pour les systèmes complexes à contraintes de temps. Nos contributions portent sur trois volets : la spécification des exigences, la modélisation du comportement et la vérification. Pour le volet spécification, une nouvelle classification des exigences temporelles les plus communément utilisées a été proposée. Ensuite, afin de cadrer l'utilisateur durant l'expression des exigences, une grammaire de spécification à base de motifs prédéfinis en langage naturel est développée. Les exigences générées sont syntaxiquement précises et correctes quand elles sont prises individuellement, néanmoins cela ne garantie pas la cohérence de l'ensemble des exigences exprimées. Ainsi, nous avons développé des mécanismes capables de détecter certains types d'incohérences entre les exigences temporelles. Pour le volet modélisation du comportement, nous avons proposé un algorithme de transformation des state-machine avec des annotations temporelles en des automates temporisés. L'idée étant de manipuler une notation assez intuitive et de générer automatiquement des modèles formels qui se prêtent à la vérification. Finalement, pour le volet vérification, nous avons adopté une technique de vérification à base d'observateurs et qui repose sur le model-checking. Concrètement, nous avons élaboré une base de patterns d'observation (ou observateurs) ; chacun des patterns développés est relatif à un type d'exigence temporelle dans la nouvelle classification. Ainsi, la vérification est réduite à une analyse d'accessibilité des états correspondants à la violation de l'exigence associée

Le but de ce rapport est de présenter une méthode globale de développement à partir de spécifications informelles, depuis la modélisation graphique des exigences temporelles d'un système ferroviaire critique jusqu'à une implantation systématique au moyen de méthodes formelles. Nous proposons d'utiliser ici les réseaux de Petri temporels pour décrire le comportement attendu du logiciel de contrôle-commande à construire.Tout d'abord nous construisons un modèle des exigences p-temporel prenant en compte toutes les contraintes que doit vérifier le système. Nous proposons des outils et des méthodes capables de valider et de vérifier ce modèle. Ensuite, il s'agit de construire un modèle de processus solution en réseau de Petri t-temporel. Ce modèle illustre des exigences techniques relatives à un choix technologique ou architectural. L'objectif est double : tout d'abord il est nécessaire de vérifier la traçabilité des exigences ; ensuite, il faut vérifier que l'ensemble des exigences sources sont bien implémentées dans la solution préconisée et dans sa mise en oeuvre. Enfin, nous proposons une approche visant à transformer de façon systématique le modèle de processus en machine abstraite $B$ afin de poursuivre une procédure formelle $B$ classique. Finalement, le cas d'étude du passage à niveau, composant critique dans le domaine de la sécurité ferroviaire est décrit

L'intérêt de l'alignement est largement reconnu aussi bien par le monde académique qu'industriel. Néanmoins, l'alignement ne peut pas être considéré comme une fin en soi si le métier est en perpétuelle évolution. Le challenge est donc de préserver la relation d'alignement après la mise en œuvre du changement. On parle d'évolution de l'alignement ou de co-évolution. Le défi de la co-évolution est encore plus grand quand on considère le grand nombre de systèmes hérités dont le cycle d'évolution n'est pas le même que celui des exigences métier. Le challenge est donc de préserver la relation d'alignement tout en trouvant le scénario d'évolution le mieux adapté à la situation de l'organisation et de son système d'information. La méthode DEEVA proposée s'inscrit dans ce contexte et explore deux disciplines à savoir " l'ingénierie des exigences " et " l'ingénierie de logiciels " et tire avantage de leur interaction afin de s'attaquer à un problème complexe tel que celui de l'ingénierie de l'alignement. La méthode DEEVA s'inscrit dans un contexte de changement qui mène l'organisation d'une situation existante vers une situation future et l'enrichit avec le processus de co-évolution constitué de trois étapes : (i) le diagnostic de l'alignement en se basant sur une modélisation explicite des liens d'alignement entre les perspectives stratégique et opérationnelle. Ce diagnostic permet de capturer le non alignement, (ii) la capture et la spécification du changement ainsi que l'anticipation des évolutions requises et la simulation bien en amont de leurs impacts et (iii) la décision parmi une panoplie de choix TI pour mettre en œuvre le changement de manière à préserver la relation d'alignement. La méthode DEEVA apporte des éléments de solution à un problème complexe tel que celui de l'ingénierie de l'alignement en proposant et utilisant un ensemble de classifications. Ces classification permettent de décomposer les problèmes liés à la capture du non alignement et la spécification des exigences d'évolution ainsi que leur conduite jusqu'au choix du scénario technique de leur implémentation. Ceci a permis d'avancer dans le raisonnement et de progresser vers la résolution d'un problème complexe et touchant à plusieurs axes. Le processus DEEVA se base sur un ensemble de directives guidant les ingénieurs dans l'exercice de la co-évolution. Ces directives sont à peu près 30% interactives et 70% algorithmiques et se basent sur un ensemble de règles et de techniques qui renforcent le guidage et rendent l'approche plus systématique. Ces règles se basent sur les différentes classifications proposées. Cette recherche a été validée par l'application de la méthode proposée à un projet complexe de taille réelle concernant la transformation et la refonte du SI de l'enseigne textile du Groupement des Mousquetaires qui a financé cette thèse.

Le paradigme architecture orientée service AOS est devenu un standard pour la conception et le développement d'applications distribuées dans base de services Web. Malgré tous les avantages qu'elles apportent en termes d'interopérabilité et de réutilisation, les solutions de développement associées au paradigme AOS sont destinées aux programmeurs et restent difficiles à comprendre par le monde de l'entreprise. Pour être en phase avec le monde de l'entreprise, les applications à base de services Web doivent être décrites en termes d'exigences qu'elles permettent de satisfaire et non pas en termes de fonctionnalités qu'elles permettent de réaliser. Ceci permet de minimiser la discordance conceptuelle entre les services logiciels et l'énoncé des exigences des utilisateurs. Nous proposons dans le cadre de ce travail de thèse, une approche multi-perspective centrée exigences pour la composition de services Web. Notre approche positionne la composition des services dans une perspective centrée exigences dans laquelle les services métiers de haut niveau sont décrits en termes d'exigences qu'ils permettent de satisfaire. Un processus d'alignement est proposé pour assurer une mise en correspondance de ces services avec les services logiciels de bas niveau qui sont décrits en termes de déclarations techniques au niveau d'une perspective centrée fonctions. Ce processus intègre la variabilité de composition tout au long des étapes de construction de ces applications à base de services.

Toute institution concernée par le développement de logiciels, qu’il s’agisse d’un éditeur ou d’un organisme de services, doit faire face au challenge de compétitivité : “ faire de l’économie, un «objet de première classe» en génie logiciel ”. Cet impératif de penser l’économie du logiciel, s’est traduit par l’objectif d’obtenir une meilleure maîtrise sur la productivité du développeur. La Réutilisation Logicielle (Software Reuse) est un moyen privilégié d’augmenter cette productivité, en particulier quand elle est systématisée. Deux types d’activités doivent être considérés pour améliorer la réutilisation logicielle, le développement pour la réutilisation (development for reuse) et le développement par la réutilisation (development by reuse). Plusieurs solutions ont été proposées pour contribuer au développement pour la réutilisation. L’approche lignes de produits se distingue par sa contribution au développement par la réutilisation, à travers l’assistance et l’automatisation de la sélection, la configuration, et la dérivation de nouveaux produits. Néanmoins, malgré que cette approche a positionné la réutilisation comme activité centrale dans son processus de développement, celle-ci reste difficile à réaliser dans beaucoup de situations. Par exemple, en raison de l’absence de spécification ou gestion de la variabilité qui peut se manifester dans chacun des artefacts de toutes les étapes du cycle de développement. Dans ce cadre, la problématique générale de cette thèse CIFRE consiste en l’industrialisation d’une usine logicielle par la systématisation de la réutilisation dans chacune de ses étapes et la maximisation de l’automatisation des transitions entre étapes. Afin de mieux supporter l’agilité des environnements métier, notre premier objectif est la spécification de la variabilité au sein des modèles de processus métier, de sorte que les modèles conçus soient directement utilisables dans les usines logicielles. Notre second objectif consiste à introduire la spécification de la variabilité lors de l'ingénierie des exigences permettant ainsi de systématiser leur réutilisation, et l’établissement des liens de traçabilité avec les modèles de processus métier variables précédents. Ainsi, un modèle d’architecture logicielle (orientée services) peut être généré au sein de l'usine logicielle, comme implémentation des processus métier modélisés précédemment et dans le respect des exigences spécifiées. / Any organization involved in software engineering has to deal with reduction of production time and cost, in order to face the competitiveness challenge. This imperative of thinking the software economy resulted in the goal of getting better control on developer productivity. Software Reuse is a preferred way to increase the productivity, particularly when it is systematized. Two types of activities should be considered to improve software reuse, development for reuse and development by reuse. Several solutions have been proposed to contribute and improve development for reuse. For its part, product line approach is distinguished by its contribution to development by reuse through support and automation of selection, configuration, and derivation of new products. However, although this approach has positioned reuse as a core activity in its engineering process, it remains difficult to realize it in many situations. For example, due to lack of specification or management of variability which may occur in each artifacts from all steps of the engineering process. In this context, the general issue of this thesis consists in industrialization of software product line, by the contribution to systematization of reuse in each steps and automation of transitions between those steps. To better support the business agility, our first goal is the specification of variability within business process models, in order to make them directly usable into software factory. Our second goal is to introduce variability specification into requirements engineering, enabling systematic reuse of requirements models and establishing traceability links with previous models of variable business processes. Thus, an architecture model (service oriented) can be generated in software factory, as implementation of modeled business processes with compliance to specified requirements.

Une séparation existe de longue date entre les domaines de la compilation et de l'ordonnancement temps-réel. Si ces deux domaines ont le même objectif - la construction d'implantations correctes - la séparation se justifie historiquement par des différences significatives entre les modèles et les méthodes utilisés. Cependant, avec la complexification des applications et du materiel qui les exécute, les problèmes étudiés dans ces deux domaines se confondent désormais largement. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la génération automatique de code pour des systèmes de contrôle embarqué incluant des contraintes complexes (notamment temps-réel). A ces fins, nous défendons l'idée qu'il est profitable de fournir un effort commun de recherche entre ces deux communautés. En adaptant une technique de compilation au problème d'ordonnancement temps réel d'applications sur des architectures multiprocessurs, nous montrons à la fois les difficultés inhérentes à cet effort commun, mais aussi les possibles avancées qu'il porte. En effet, nous montrons que l'adaptation de techniques d'optimisation à de nouveaux objectifs, dans un contexte différent facilite le développement de systèmes de meilleure qualité. Nous proposons d'utiliser les formalismes et langages synchrones comme base formelle commune dans ce travail d'adaptation. Ceux-cis étendent naturellement les modèles classiques utilisés pour l'ordonnancement temps réel (graphes de tâches dépendentes) et la compilation (SSA et graphes de dépendence de données), et fournissent également des techniques efficaces pour la manipulation de structures de contrôle complexes. Nous avons implanté nos résultats dans le compilateur LoPhT. / There is a long standing separation between the fields of compiler construction and real-time scheduling. While both fields have the same objective - the construction of correct implementations – the separation was historically justified by significant differences in the models and methods that were used. Nevertheless, with the ongoing complexification of applications and of the hardware of the execution platforms, the objects and problems studied in these two fields are now largely overlapping. In this thesis, we focus on the automatic code generation for embedded control systems with complex constraints, including hard real-time requirements. To this purpose, we advocate the need for a reconciled research effort between the communities of compilation and real-time systems. By adapting a technique usually used in compilers (software pipelining) to the system-level problem of multiprocessor scheduling of hard real-time applications, we shed light on the difficulties of this unified research effort, but also show how it can lead to real advances. Indeed we explain how adapting techniques for the optimization of new objectives, in a different context, allows us to develop more easily systems of better quality than what was done until now. In this adaptation process, we propose to use synchronous formalisms and languages as a common formal ground. These can be naturally seen as extensions of classical models coming from both real-time scheduling (dependent task graphs) and compilation (single static assignment and data dependency graphs), but also provide powerful techniques for manipulating complex control structures. We implemented our results in the LoPhT compiler.

En dépit de l'efficacité des méthodes formelles, en particulier les techniques d'analyse de modèles (model checking), à identifier les violations des exigences dans les modèles de conception, leur utilisation au sein des processus de développement industriel demeure limitée. Ceci est dû principalement à la complexité des modèles manipulés au cours de ces processus (explosion combinatoire) et à la difficulté de produire des représentations formelles afin d'exploiter les outils de vérification existants. Fort de ce constat, mes travaux de thèse contribuent au développement d'un volet méthodologique définissant les activités conduisant à l'obtention des artefacts formels. Ceux-ci sont générés directement à partir des exigences et des modèles de conception manipulés par les ingénieurs dans leurs activités de modélisation. Nos propositions s'appuient sur les travaux d'exploitation des contextes pour réduire la complexité de la vérification formelle, en particulier le langage CDL. Pour cela, nous avons proposé une extension des cas d'utilisation, afin de permettre la description des scénarios d'interaction entre le système et son environnement directement dans le corps des cas d'utilisation. Aussi, nous avons proposé un langage de spécification des exigences basé sur le langage naturel contrôlé pour la formalisation des exigences. Cette formalisation est opérée par transformations de modèle générant des propriétés CDL formalisées directement des exigences textuelles des cahiers des charges ainsi que les contextes CDL à partir des cas d'utilisations étendus. L'approche proposée a été instanciée sur un cas d'étude industriel de taille et de complexité réelles développées par notre partenaire industriel.

L'industrie automobile des systèmes embarqués critiques est confrontée de nos jours à une complexité croissante, tandis que les coûts, les performances en termes d'intelligence, les caractéristiques, les capacités et les délais de commercialisation de leurs produits sont constamment remises en question. Face à cela, l'objectif principal pour les constructeurs et fournisseurs automobiles devient désormais de contrôler la qualité et la fiabilité des systèmes mécatroniques et embarqués. L'existence de normes internationales comme le HIS Automotive SPICE et l'ISO26262 est une contrainte supplémentaire qu'ils doivent prendre en compte s'ils veulent atteindre cet objectif. De plus, assurer la bonne gestion de la sécurité et la qualité du produit ne suffit pas: il est essentiel de veiller à ce que nous produisons un système qui n'est pas seulement sécuritaire et bien, mais aussi que nous produisons le bon système. Cela induit donc une plus grande prise en compte des exigences.Dans cette thèse, nous traitons le challenge du développement des systèmes embarqués automobiles suivant l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) qui répondent aux exigences des utilisateurs et des standards du domaine et qui permettent de maîtriser davantage la qualité des produits développés. Le problème à résoudre a été abordé sur plusieurs phases qui sont ensuite utilisés conjointement. En premier, nous définissons un métamodèle fusionnant les approches orienté qualité produit et qualité processus selon respectivement les normes ISO26262 et SPICE. Puis, dans un but de certification, nous proposons une méthodologie générique basée sur ce métamodèle commun où une évaluation du processus de développement induite par l'HIS standard ainsi qu'une évaluation de la sécurité fonctionnelle induite par l'ISO2626 sont simultanément effectuées. Ce résultat est traduit au travers de la définition d'un framework outillé où nous appliquons la méthode d'évaluation propre au standard SPICE. En deuxième phase, nous définissons un métamodèle pour gérer les actifs de sécurité concernant ces normes automobiles au niveau produit. Ce métamodèle définit comment capturer les exigences et l'architecture d'un système de telle manière qu'ils puissent être traçables entre eux et également traçables depuis des documents de spécifications d'origine. Enfin, une approche à base de modèle où l'interaction des modèles de processus et le produit est géré afin de répondre aux besoins identifiés dans la première phase est développé pour soutenir la gestion de projet. L'approche utilise la modélisation des processus et leur mesure pour améliorer le contrôle et le suivi de projet et de réduire par la même les coûts et les fréquences de replanification.Les avantages de la contribution sont démontrés sur une application pilote automobile, validant ainsi le travail de recherche au vue des faiblesses identifiées préalablement dans le contexte.