L'évolution des technologies microélectroniques augmente la sensibilité des circuits intégrés face aux perturbations (impact de particules, perte de l'intégrité du signal...). Le comportement erroné d'un circuit peut être inacceptable et une analyse de sûreté à haut niveau d'abstraction permet de choisir les protections les plus adaptées et de limiter le surcoût induit par une éventuelle reprise de la description. Cette thèse porte sur le développement d'une méthodologie et d'un environnement améliorant l'étude de la robustesse de circuits intégrés numériques. L'approche proposée met en œuvre un prototype matériel d'une version instrumentée du circuit à analyser. L'environnement comprend trois niveaux d'exécution dont un niveau logiciel embarqué qui permet d'accélérer les expériences en conservant une grande flexibilité : l'utilisateur peut obtenir le meilleur compromis entre complexité de l'analyse et durée des expériences. Nous proposons également de nouvelles techniques d'instrumentation et de contrôle des injections afin d'améliorer les performances de l'environnement. Une évaluation prédictive de ces performances renseigne l'utilisateur sur les paramètres les plus influents et sur la durée de l'analyse pour un circuit et une implantation de l'environnement donnés. Enfin la méthodologie est appliquée pour l'analyse de deux systèmes significatifs dont un système matériel/logiciel construit autour d'un microprocesseur SparcV8.

Les technologies nanoélectroniques récentes font que les circuits intégrés deviennent de plus en plus vulnérables aux fautes transitoires. Les erreurs engendrées sont aussi plus critiques que jamais auparavant. Cette thèse présente un nouvel avantage en terme de fiabilité des circuits asynchrones quasi-insensibles aux délais (QDI) : Leurs fortes résistances naturelles aux fautes transitoires de longue durée qui sont graves pour les circuits synchrones actuels. Une méthodologie pour évaluer comparativement les effets des fautes transitoires sur les circuits synchrones et asynchrones QDI est présentée. En outre, une méthode pour obtenir la résistance aux fautes transitoires des éléments mémorisants spécifiques aux circuits QDI (les portes de Muller) est également proposée. Enfin, des techniques de tolérance ont été étudiées pour augmenter encore la robustesse des portes de Muller aux fautes transitoires, et donc aussi la robustesse des systèmes asynchrones QDI.

Les technologies submicroniques ont inséré des nouveaux défis dans le projet de circuits intégrés à cause de la réduction des géométries, la réduction de la tension d'alimentation, l'augmentation de la fréquence et la densité élevée de la logique. Cette thèse est divisée dans deux contributions principales. La première contribution est liée à l'élaboration d'une nouvelle méthodologie capable de produire des circuits optimisés en ce qui concerne le retard et la puissance. On propose un nouvel flou de conception dans lequel le circuit est optimisé au niveau transistor. La deuxième contribution de cette thèse est reliée avec le développement des techniques pour les circuits durcis aux rayonnements. La technique Code Word State Preserving (CWSP) est utilisé pour appliquer la redondance dans les bascules. On propose aussi une nouvelle méthodologie dans lequel la taille de transistor est dimmensioné pour l'atténuation de faute type Single Event Transient. La méthode de sizing est basée sur un modèle analytique.

Les systèmes critiques, parmi lesquels les systèmes embarqués construits autour d'un microprocesseur mono-cœur exécutant un logiciel d'application, ne sont pas à l'abri d'interférences naturelles ou malveillantes qui peuvent provoquer des fautes transitoires. Cette thèse porte sur des protections qui peuvent être implantées pour détecter les effets de telles fautes transitoires sans faire d'hypothèses sur la multiplicité des erreurs générées. De plus, ces erreurs peuvent être soit des erreurs de flot de contrôle soit des erreurs sur les données. Une nouvelle méthode de vérification de flot de contrôle est tout d'abord proposée. Elle permet de vérifier, sans modifier le système initial, que les instructions du programme d'application sont lues sans erreur et dans le bon ordre. Les erreurs sur les données sont également prises en compte par une extension de la vérification de flot de contrôle. La méthode proposée offre un bon compromis entre les différents surcoûts, le temps de latence de détection et la couverture des erreurs. Les surcoûts peuvent aussi être ajustés aux besoins de l'application. La méthode est mise en œuvre sur un prototype, construit autour d'un microprocesseur Sparc v8. Les fonctions d'analyse de criticité développées dans le cadre de la méthodologie proposée sont également utilisées pour évaluer l'impact des options de compilation sur la robustesse intrinsèque du logiciel d'application. / Critical systems, including embedded systems built around a single core microprocessor running a software application, can be the target of natural or malicious interferences that may cause transient faults. This work focuses on protections that can be implemented to detect the effects of such transient faults without any assumption about the multiplicity of generated errors. In addition, those errors can be either control flow errors or data errors. A new control flow checking method is first proposed. It monitors, without modifying the original system, that the instructions of the microprocessor application program are read without error and in the proper order. Data errors are also taken into account by an extension of the control flow checking. The proposed method offers a good compromise between overheads, latency detection and errors coverage. Trade-offs can also be tuned according to the application constraints. The methodology is demonstrated on a prototype built around a Sparc v8 microprocessor. Criticality evaluation functions developed in the frame of the proposed methodology are also used to evaluate the impact of compilation options on the intrinsic robustness of the application software.

Les systèmes critiques, parmi lesquels les systèmes embarqués construits autour d'un microprocesseur mono-cœur exécutant un logiciel d'application, ne sont pas à l'abri d'interférences naturelles ou malveillantes qui peuvent provoquer des fautes transitoires. Cette thèse porte sur des protections qui peuvent être implantées pour détecter les effets de telles fautes transitoires sans faire d'hypothèses sur la multiplicité des erreurs générées. De plus, ces erreurs peuvent être soit des erreurs de flot de contrôle soit des erreurs sur les données. Une nouvelle méthode de vérification de flot de contrôle est tout d'abord proposée. Elle permet de vérifier, sans modifier le système initial, que les instructions du programme d'application sont lues sans erreur et dans le bon ordre. Les erreurs sur les données sont également prises en compte par une extension de la vérification de flot de contrôle. La méthode proposée offre un bon compromis entre les différents surcoûts, le temps de latence de détection et la couverture des erreurs. Les surcoûts peuvent aussi être ajustés aux besoins de l'application. La méthode est mise en œuvre sur un prototype, construit autour d'un microprocesseur Sparc v8. Les fonctions d'analyse de criticité développées dans le cadre de la méthodologie proposée sont également utilisées pour évaluer l'impact des options de compilation sur la robustesse intrinsèque du logiciel d'application.

Les injections de fautes laser induisent des fautes transitoires dans les circuits intégrés en générant localement des courants transitoires qui inversent temporairement les sorties des portes illuminées. L'injection de fautes laser peut être anticipée ou étudiée en utilisant des outils de simulation à différents niveaux d'abstraction: physique, électrique ou logique. Au niveau électrique, le modèle classique d'injection de fautes laser repose sur l'ajout de sources de courant aux différents nœuds sensibles des transistors MOS. Cependant, ce modèle ne prend pas en compte les grands composants de courant transitoire également induits entre le VDD et le GND des circuits intégrés conçus avec des technologies CMOS avancées. Ces courants de court-circuit provoquent un significatif IR drop qui contribue au processus d'injection de faute. Cette thèse décrit notre recherche sur l'évaluation de cette contribution. Il montre par des simulations et des expériences que lors de campagnes d'injection de fautes laser, le IR drop induite par laser est toujours présente lorsque l'on considère des circuits conçus dans des technologies submicroniques profondes. Il introduit un modèle de faute électrique amélioré prenant en compte le IR drop induite par laser. Il propose également une méthodologie qui utilise des outils CAD standard pour permettre l'utilisation du modèle électrique amélioré pour simuler des fautes induits par laser au niveau électrique dans des circuits à grande échelle. Sur la base de simulations et de résultats expérimentaux supplémentaires, nous avons constaté que, selon les caractéristiques de l'impulsion laser, le nombre de fautes injectées peut être sous-estimé par un facteur aussi grand que 3 si le IR drop induite par laser est ignorée. Cela pourrait conduire à des estimations incorrectes du seuil d'injection des fautes, ce qui est particulièrement pertinent pour la conception de techniques de contre-mesures pour les systèmes intégrés sécurisés. De plus, les résultats expérimentaux et de simulation montrent que même si l'injection de fautes laser est une technique d'injection de fautes très locale et précise, les IR drops induites ont un effet global se propageant à travers le réseau d'alimentation. Cela donne des preuves expérimentales que l'effet de l'illumination laser n'est pas aussi local que d'habitude. / Laser fault injections induce transient faults into ICs by locally generating transient currents that temporarily flip the outputs of the illuminated gates. Laser fault injection can be anticipated or studied by using simulation tools at different abstraction levels: physical, electrical or logical. At the electrical level, the classical laser-fault injection model is based on the addition of current sources to the various sensitive nodes of MOS transistors. However, this model does not take into account the large transient current components also induced between the VDD and GND of ICs designed with advanced CMOS technologies. These short-circuit currents provoke a significant IR drop that contribute to the fault injection process. This thesis describes our research on the assessment of this contribution. It shows by simulation and experiments that during laser fault injection campaigns, laser-induced IR drop is always present when considering circuits designed in deep submicron technologies. It introduces an enhanced electrical fault model taking the laser-induced IR-drop into account. It also proposes a methodology that uses standard CAD tools to allow the use of the enhanced electrical model to simulate laser-induced faults at the electrical level in large-scale circuits. On the basis of further simulations and experimental results, we found that, depending on the laser pulse characteristics, the number of injected faults may be underestimated by a factor as large as 3 if the laser-induced IR-drop is ignored. This could lead to incorrect estimations of the fault injection threshold, which is especially relevant to the design of countermeasure techniques for secure integrated systems. Furthermore, experimental and simulation results show that even though laser fault injection is a very local and accurate fault injection technique, the induced IR drops have a global effect spreading through the supply network. This gives experimental evidence that the effect of laser illumination is not as local as usually considered.

Les systèmes réactifs sont de plus en plus présents dans de nombreux secteurs d´activité tels que l´automobile, les télécommunications et l´aéronautique. Ces systèmes réalisent des tâches complexes qui sont souvent critiques. Au vu des conséquences catastrophiques que pourrait entraîner une défaillance dans ces systèmes, suite à la présence de fautes matérielles (processeurs et média de communication), il est essentiel de prendre en compte la tolérance aux fautes dans leur conception. En outre, plusieurs domaines exigent une évaluation quantitative du comportement de ces systèmes par rapport à l'occurrence et à l'activation des fautes. Afin de concevoir des systèmes sûrs de fonctionnement, j'ai proposé dans cette thèse trois méthodologies de conception basées sur la théorie d'ordonnancement et la redondance active et passive des composants logiciels du système. Ces trois méthodologies permettent de résoudre le problème de la génération automatique de distribution et d'ordonnancements temps réel, fiables et tolérants aux fautes. Ce problème étant NP-difficile, ces trois méthodologies sont basées sur des heuristiques de type ordonnancement de liste. Plus particulièrement, les deux premières méthodologies traitent le problème de la tolérance aux fautes matérielles des processeurs et des media de communication, respectivement pour des architectures à liaisons point-à-point et des architectures à liaison bus. La troisième méthodologie traite le problème de l'évaluation quantitative d'une distribution/ordonnancement en terme de fiabilité à l'aide d'une heuristique bi-critère originale. Ces méthodologies offrent de bonnes performances sur des graphes d'algorithme et d'architecture générés aléatoirement.