Um novo modelo para a especificação de hiperdocumentos denominado HMBS - Hyperdocument Model Based on Statecharts - é proposto. O HMBS adota como modelo formal subjacente a técnica Statecharts, cuja estrutura e semântica operacional são utilizadas para especificar a estrutura organizacional e a semântica de navegação de hiperdocumentos grandes e complexos. A definição do HMBS, bem como a semântica de navegação adotada, são apresentadas. Na definição apresenta-se como o modelo permite separar as informações referentes a estrutura organizacional e navegacional das representações físicas do hiperdocumento. Também são discutidas características do modelo que possibilitam ao autor analisar a estrutura do hiperdocumento, encorajando a especificação de hiperdocumentos estruturados. Para provar e validar a viabilidade prática do uso do HMBS num contexto real foi desenvolvido um ambiente de autoria e navegação de hiperdocumentos denominado HySCharts - Hyperdocumenf System based on Statecharts. Esse ambiente fornece facilidades de prototipação rápida e simulação interativa de hiperdocumentos. Para ilustrar como o modelo HMBS e o HySCharts podem ser utilizados no contexto de uma abordagem de projeto sistemática é utilizada como estudo de caso a especificação de um hiperdocumento que apresenta o Parque Ecológico de São Carlos / A new model for hyperdocument specification called HMBS - Hyperdocument Model Based on Statecharts - is proposed. HMBS uses the Statechart formalism as its underlying model. Statecharts structure and operational semantics are used to specify the organizational structure and the browsing semantics of large and complex hyperdocuments. The definition of HMBS is presented and its browsing semantics is described. It is shown how the model allows the separation of information related to the organizational and navigational structure from the hyperdocument\'s physical representation. Model features that allow authors to analyze the hyperdocument structure, encouraging the specification of structured hyperdocuments are also discussed. As a proof of concept and also to evaluate the feasibility of using HMBS in real-life applications a system called HySCharts - Hyperdocument System based on StateCharts - was developed. HySCharts is composed by an authoring and a browsing environments, supporting rapid prototyping and interactive simulation of hyperdocuments. A case study is presented that uses the specification of a hyperdocument introducing the Ecological Park of São Carlos to illustrate the use of HMBS and of the HySCharts environment integrated into a systematic design approach

A Engenharia de Software vem, ao longo das últimas décadas, merecendo cada vez mais atenção da comunidade cientifica. A capacidade de construir software com qualidade, dentro dos prazos e orçamentos, atendendo a demanda do mercado, um dos objetivos almejados pelas pesquisas nesta área. Dentro deste contexto, os Métodos Formais e a Reutilização de Software tem sido utilizados para aumentar a qualidade e a produtividade de Software. Os métodos formais possibilitam o desenvolvimento e a verificação de software através de uma notação matemática rigorosa. Este rigor matemático permite que aspectos de consistência, completeza e exatidão possam ser avaliados sistematicamente. Para serem consistentes, fatos declarados em uma especificação não devem ser contraditos em outro lugar. A consistência é garantida matematicamente, provando que fatos iniciais podem ser formalmente traçados (usando-se regras de inferência). A reutilização de software a uma técnica de aproveitamento de informações produzidas durante desenvolvimentos de software anteriores, com o objetivo de reduzir o esforço necessário para o desenvolvimento de um novo sistema. 0 pressuposto básico da reutilização é produzir sistemas de maior qualidade e confiabilidade de forma mais produtiva. Assim, a produtividade é aumentada a medida que soluções de problemas anteriores podem ser aproveitadas para resolver novos problemas. Existe uma tendência de explorar a reutilização nas fases iniciais do desenvolvimento de software. Esta tendência se justifica pela grande importância dada a estas fases. Entretanto, os produtos das fases iniciais são fortemente relacionados com o domínio da aplicação, fazendo com que a reutilização de especificações, de modelos de requisitos ou estratégias de projeto só possa ser realizada com sucesso entre aplicações da mesma família, ou seja, aplicações que compartilhem requisitos e restrições. A noção de domínio é, pois, fundamental a reutilização nas fases iniciais. Um trabalho importante nesta área é o de Maiden, que pesquisou a analogia como um paradigma para reutilização de especificações de requisitos, e identificou 22 domínios abstratos representados por um conjunto de predicados. Este trabalho esta inserido no projeto PROSOFT, que a um ambiente de desenvolvimento de software construído no Grupo de Sistemas de Informação do CPGCC/UFRGS sob a coordenação do Prof. Dr. Daltro Jose Nunes e tem como objetivo apoiar o engenheiro de software desde a analise de requisitos ate a implementação do programa utilizando métodos formais. Ambientes de desenvolvimento de software que se propõem a ajudar o engenheiro de software não podem desprezar o potencial da reutilização, visto que esta técnica oferece condição de se produzir software com mais qualidade de forma mais produtiva Na atual fase de desenvolvimento do PROSOFT, não existe um modelo de reutilização. Se um usuário desejar construir um novo sistema, o ambiente não apresenta suporte para auxiliá-lo na localização e recuperação de especificações de requisitos já implementadas que poderiam ser adaptadas a uma nova solução. Portanto este trabalho tem como objetivo apresentar e especificar formalmente uma ferramenta de reutilização de requisitos para o ambiente PROSOFT. O modelo de reutilização de requisitos desenvolvido por Maiden, "reutilização de especificá-lo de requisitos por analogia" , foi utilizado como referência. / During the last decades Software Engeneering has caught the attention of the scientific community. The ability to develop Software with quality, in the time and cost estimated according to the marketing, is one of the desired goals in this research area. In this context, Formal Methods and Software Reuse have been used to improve Software's quality. Formal Methods enables the software development and verification through a rigorous mathematical notation. This mathematical rigidity allows the systematic assessment of aspects like consistency, completion and correction. The consistency is mathematicaly guaranteed, proving that initial facts are formaly traced (using inference rules). Software Reuse is a technique for making good use of the information produced in previous developments, with the purpose of reducing the efforts to develop new sytems . The basic goal in reusing is to produce systems with higher quality and robustness in a more efficient fashion. There is a tendency to explore the reuse in the initial phases of software development. This is justified by the great importance given to these phases. Nevertheless, the products of the initial phases are strongly related to the application domain, causing the specifications, requirements model or projects strategies reuse succeed only with applications of the same class, that is, applications sharing requirements and restrictions. The notion of domain is fundamental for reusability of software in the initial phases. An important work in this area is Maiden's doctoral thesis, which presents the research of the analogy as a paradigm of requirements specifications reusability , and the identification of 22 abstract domains represented by a predicate set. This work is part of the PROSOFT project, a software development environment built by the CPGCC/UFRGS Information Systems Group, with the purpose of supporting the software engineer, from the requirements analysis to the program implementation using formal methods. Software development environments that propose to help the software engineer cannot ignore the potential for reuse, as this technique offers conditions to produce higher quality software in a more productive way. In the PROSOFT's current development, there is no reuse model. If the user wants to build a new system, the environment does not have any support to help him/her in the identification and recovery of requirements specifications that could be adjusted to the new solution. Hence this work has the purpose of presenting and formaly specifying a requirement reuse tool for the PROSOFT environment. Maiden's requirement reuse model "Analogical Requirement Specification Reuse" was used as reference.

A abordagem de sistemas multiagentes tem sido cada vez mais utilizada para o desenvolvimento de sistemas complexos, o que despertou o interesse das pesquisas na área de engenharia de software orientada a agentes (AOSE) e modelos organizacionais. Neste contexto, esta tese estuda a aplicabilidade de alguns métodos formais tradicionais de engenharia de software para a especificação formal de organizações de sistemas multiagentes, analisando o uso da linguagem de especificação formal RSL para representar o modelo organizacional PopOrg. A escolha da linguagem RSL ocorreu pelo fato de ela ser uma linguagem de especificação formal que cobre amplo espectro de métodos de especificação formal (baseados em modelos e baseados em propriedades, aplicativos e imperativos, sequenciais e concorrentes) e o modelo PopOrg foi escolhido por ser um modelo mínimo de organização de sistemas multiagentes, concebido para representar o conjunto mínimo de aspectos estruturais e operacionais que tais organizações devem ter. O uso da linguagem RSL foi avaliado tanto para a especificação do aspecto estrutural dos sistemas PopOrg, quanto para especificação operacional desses sistemas. Um estudo preliminar realizado com a linguagem CSP para a especificação operacional do modelo PopOrg também é apresentado, visto que serviu como base para a especificação em RSL. Ao final, apresenta-se uma sugestão de extensão da linguagem RSL para sua maior aplicabilidade à especificação de sistemas multiagentes. / The multiagent systems approach have been increasingly used for the development of complex systems, which aroused the interest of research in Agent Oriented Software Engineering (AOSE) and organizational models. In this context, this thesis studies the applicability of some traditional formal methods of software engineering for the formal specification of multiagent systems organizations, analyzing the use of RSL formal specification language to represent the PopOrg organizational model. The choice of RSL language occurred because it is a formal specification language that covers a wide spectrum of formal specification methods (models-based and properties-based, applicative and imperative, sequential and concurrent) and the PopOrg model was chosen because it is a minimal model of multiagent systems organization, designed to represent the minimum set of structural and operational aspects that such organizations should have. The use of RSL language was evaluated both for specifying the structural aspect of PopOrg systems and the operational specification for these systems. A preliminary study carried out with the CSP language for the operational specification of PopOrg model is also presented, as was the basis for the specification in RSL. In the end, a suggestion is given for an extension of the RSL language, to allow for its wider applicability to the specification of multiagent systems.

No presente trabalho serão apresentadas questões usuais em jogos diferenciais, nos quais os jogadores envolvidos têm objetivos diferentes; ou seja, enquanto um dos jogadores tenta fugir, o outro tenta pegar. Além disso, será definido um modelo de especificação para o jogo diferencial lobos e cordeiro. As Redes de Petri foram escolhidas como forma de especificação para o jogo proposto. Assim, o objetivo será estabelecer estratégias eficientes para o jogo lobos e cordeiro para que se possa realizar um estudo da complexidade das questões apresentadas para este jogo, levando-se em consideração a especificação formal apresentada para tal jogo. / In this work usual questions in differential games will be presented, in which the involved players have different objectives; that is, while one of the players tries "to run away", the other tries "to catch". Moreover, a specification for the differential game "wolves and lamb" will be defined. The Petri Nets had been chosen as specification formalism for the considered game. Thus, the objective is to establish efficient strategies for the game wolves and lamb so that we can carry out a study of the complexity of the presented questions, taking into consideration the presented formal specification for the game.

A integração estruturada e consistente de diversas especificações (ou visões) de um sistema é hoje uma questão essencial na moderna abordagem para especificação e desenvolvimento de software. Neste contexto, precisamos de uma teoria que fale sobre formalismos de especificação e que ao mesmo tempo nos ofereça conceitos e construções para estabelecer-mos relações entre eles. Com este trabalho temos o objetivo de discutir noções rigorosas para idéia de lógica, técnicas fundamentais para relacioná-Ias e mostrar a utilização destes concei¬tos para abordar a questão da interoperabilidade formal, especialmente de provas. Como formalização para idéia de lógica utilizaremos as Instituições de Goguen & Burstall e a extensão de Meseguer para General Logics. Como técnica para rela¬cionar lógicas trabalharemos com os mapeamentos Plain e Simples de Meseguer. Atenção especial é dada à discussão das propriedades destes mapeamentos com vis¬ta à reutilização de componentes lógicos, especialmente da relação de consequência entre fórmulas. Contribuições desta dissertação incluem um tratamento acessível para os con¬ceitos fundamentais necessários para estudar lógicas e sua integração, uma expo¬sição uniforme e detalhada de uma família de sistemas lógicos e uma apresentação categórica desta integração via mapeamentos. / The integration in a sound and structured way of several specifications (or views) of a system is a key research area in (modern) software specification and development. In this context, we need a theory to speak not only about specification logics, but also one that can offer us concepts and constructions to establish relations between these formalisms. In this work we have the purpose of discussing rigorous notions for the idea of logic, presenting fundamental techniques to relate them, and introducing important constructions to approach the problem of formal interoperability, most notably of proofs. As a formalization of the informal idea of a logical system, we use Goguen & Burstall's concept of Institutions and Meseguer's further extension to General Logics. Meseguer's Plain and Simple Maps of Institutions are the tools we use to relate and map logics. Besides, special attention is given for the discussion of the essential properties of these maps concerning the borrowing of logical components, specially of consequence relations. Contributions of this thesis include a smooth presentation of fundamental techniques to study and relate logics, an uniform and detailed exposition of a num¬ber of logical systems, and a categorical formalization of relations between these formalisms by way of maps between institutions.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:49:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Esta tese trata de um problema muito comum em verificação formal: explosão de estados. O problema desabilita a verificação automática de propriedades através da verificação de modelos. Isto é superado pelo uso de abstração de dados, em que o espaço de estados de umsistema é reduzido usandoumprincípio simples: descartando detalhes de tal forma que o espaço de estados torna-se finito exibindo ainda propriedades desejáveis. Isso habilita o uso de verificacao de modelos, já que o modelo mais simples (abstrato) pode ser usado no lugar do modelo original (concreto). Entretanto, abstrações podem perder propriedades já que o nível de precisão é degradado, para algumas propriedades. Abstrair tipos de dados é, normalmente, uma tarefa não-trivial e requer uma profunda experiência: o usuário deve prover domínios abstratos, uma relacao matemática entre os estados (concreto e abstrato), uma inicialização abstrata, e uma versão abstrata para cada operação. A abordagem proposta nesta tese transfere a maior parte dessa experiência para um procedimento sistemático que calcula relações de abstração. Essas relações são a base para as relações matemáticas entre os estados, como também suas imagens determinam os domínios abstratos (os valores de dados mínimos para preservar propriedades). Também propomos meta-modelos para estabelecer como o sistema abstrato é inicializado e como operações são tornadas fechadas sob os domínios abstratos. Isso elimina o conhecimento requerido do usuário para fornecer as versões abstratas para a inicialização e operações. Os meta-modelos garantem a correspondência entre os sistemas concreto e abstrato. Assim, nós derivamos especificações abstratasa partir de concretas de tal formaque a especificação concreta é mais determinística que a abstrata por construção. Esta é a idéia por trás da teoria sobrejacente de nossa abordagem de abstração de dados: refinamento de dados. A notação adotada é CSPZ uma integração formal das linguagens de especificação CSP e Z. Uma especificação CSPZ tem duas partes: uma parte comportamental (CSP) e outra de dados (Z). O procedimento de cálculo foca na parte de Z, mas os resultados são usados na especificação CSPZ por completo; isso segue da independência de dados da parte de CSP (os dados não podem afetar seu comportamento). Ao final, a verificação automática é obtida pela conversão da especificação CSPZ em CSP puro e em seguida pelo reuso do verificador de modelos padrão de CSP. Nossa abordagem compreende as seguintes tarefas: nós extraímos a parte de Z de uma especificação CSPZ (puramente sintática), calculamos as relações de abstração (através de uma análise sistemática de predicados com uso de ferramenta de suporte), construímos as relações matemáticas entre os estados, os esquemas abstratos (definidos por meta-modelos), e realizamos um pós-processamento na especificação abstrata. A última tarefa pode resultar em alguns ajustes nas relações de abstração. A novidade prática e maior contribuição de nossa abordagem é o cálculo sistemático das das relações de abstração, que são os elementos chave de todas abordagens de abstração de dados que estudamos ao longo dos últimos anos. O refinamento de dados entre o sistema produzido por nossa abordagem e o original (concreto) é a segunda contribuição deste trabalho. O procedimento sistemático é na verdade uma técnica de análise de predicado que usa as restrições sobre os dados para determinar seus valores mínimos que são suficientes para preservar o comportamento do sistema. Isso evita a execução (concreta ou simbólica) do sistema analisado. Os passos produzem mapeamentos que revelam alguns elementos cruciais: o espaço de estados abstrato e as relações matemáticas entre ele e o espaço de estados concreto. Essas relações são usadas para construir o sistema abstrato seguindo o formato estabelecido pelos meta-modelos. As limitações de nossa abordagem são também discutidas. Nós aplicamos a abordagem a alguns exemplos também analisados por outras técnicas da literatura. Discutimos também sobre trabalhos relacionados procurando destacar vantagens, desvantagens e aspectos complementares. Finalmente, apresentamos nossas conclusões e futuras direções para este trabalho

The term verification can mean different things to different people based on their background and the context of research. Comparably the term runtime might bring about similar disarray with lesser confusion. Whilst a software application executes on a system, there are libraries and codes that facilitates the execution of that binary, these processes and libraries make up the runtime environment, and verification in this context refers to the concrete techniques that verify a run and checks if it satisfies or defies the specified requirements. This study is specifically concerned with runtime verification systems, and how to make use of them in a limited-resource environment such as embedded systems or Programmable Logic Controller (PLC). It is of utmost importance to validate the conformance of a system, specially those in automotive and transportation industry. Vehicles such as trains are responsible to transport millions of people everyday which makes safety and reliability of the system the most prime component of bunch. Many manufacturers employs state of the art technologies and processes to endure the safety of the final product. Since most of the parts in vehicles (including trains) are computer controlled, the system (OS, application, control system, etc.) should undergo proper and comprehensive tests to single out even the smallest anomalies and misbehaviour. While traditional software testing can detect most of the anomalies, runtime verification can be used as a complementary method to passively monitor the running system and point out those behaviours and malfunctioning that are otherwise close to impossible to be caught. This thesis investigates runtime verification in train manufacturing, and propose a structured, contemporary process and system to monitor the train control system for conformance. Furthermore several methods of formal specification to be used for declaration of specification were explored and a suitable choice for this case study was suggested, in addition a proof of concept tool to demonstrate the entire process is developed as well.

We present a pattern system for property specification. It extends the existing patterns identified in [4] which allow to reason about occurrence and order of events, but not about time conditions. Introducing time-related patterns allows the specification of real-time requirements. The paper is limited to 3 pages. Therefore it contains only basic ideas. The details can be found in [9].

Many industrial control systems use programmable logic controllers (PLCs) since they provide a highly reliable, off-the-shelf hardware platform. On the programming side, function blocks (FBs) are reusable PLC components that can be composed to implement the required system behaviour. A higher quality system may be realized if the FBs are pre-certified to be compliant with an international standard such as IEC 61131-3. Unfortunately, the set of programming notations defined in IEC 61131-3 lack well-defined formal semantics. As a result, tool vendors and users of PLCs may have inconsistent interpretations of the expected system behaviour. To address this issue, we propose an engineering method for formally verifying the conformance of candidate implementations of FBs (and their compositions) to their high-level, input-output requirements. The proposed method is sufficiently general to handle FBs supplied by IEC 61131-3, and industrial FB applications involving real-time requirements. Our method involves several steps. First, we use tabular expressions to ensure the completeness and disjointness of the requirements for the FB. Second, we formalize the candidate implementation(s) of the FB in question. Third, we state and prove theorems regarding the consistency and correctness of the FB. All three steps are performed using the Prototype Verification Systems (PVS) proof assistant. As a first case study, we apply our approach to the IEC 61131-3 standard to examine the entire library of FBs and their supplied implementations described in structured text (ST) and function block diagrams (FBDs). As a second case study, we apply our approach to two realistic sub-systems taken from the nuclear domain. Applying the proposed method, we identified three kinds of issues: ambiguous behavioural descriptions, missing assumptions, and erroneous implementations. Furthermore, we suggest solutions to these issues. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / A formal verification approach for the function block based control systems

The use of third-party components is helpful while writing complex software systems, but it can be difficult to debug software that interacts with third-party components. To address this problem, a mechanism for determining if one is using the component correctly would be beneficial. Reading component documentation may or may not help, depending on its clarity and precision. A formally specified contract for that component would be better, and would also allow run-time contract verification via assertions. The client of the component could enable these assertions during development and debugging, and then disable them for the final production release to increase performance. This thesis presents nContract, a tool that provides configurable run-time contract verification without requiring component recompilation or source code access. nContract allows component developers to formally specify .NET components using attributes. This contract information is retrieved from the compiled component's metadata and a subclass is generated for each formally specified type. All members of the component's interface are overridden and contract assertions are wrapped around calls to the base class. As long as the component client uses a factory to create instances of the component's types, the decision of whether or not to create assertion-checked or unchecked objects can be deferred until run-time. / Master of Science