Cette thèse a pour objectif de proposer une approche formelle basée sur les automates d’interface pour spécifier les contrats des composants réutilisables et vérifier leur interopérabilité fonctionnelle. Cette interopérabilité se traduit par la vérification des trois niveaux : signature, sémantique, et protocole. Le formalisme des automates d’interface est basé sur une approche « optimiste» qui prend en compte les contraintes de l’environnement. Cette approche considère que deux composants sont compatibles s’il existe un environnement convenable avec lequel ils peuvent interagir correctement. Dans un premier temps, nous proposons une approche préliminaire qui intègre la sémantique des paramètres des actions dans la vérification de la compatibilité et de la substitution des composants spécifiés par des automates d’interface. Dans un second temps, nous nous somme intéressés à adapter les composants réutilisables dont les contrats sont décrits par des automates d’interface enrichis par la sémantique des actions. En ce sens, nous avons proposé un algorithme qui permet de générer automatiquement la spécification d’un adaptateur de deux composants lorsque celui-ci existe. Dans un troisième temps, nous avons augmenté le pouvoir d’expression de notre approche proposée pour vérifier l’interopérabilité et les propriétés de sûreté des composants qui communiquent par des variables définies au niveau de leurs contrats d’interface. En particulier, nous étudions la préservation des invariants par composition et par raffinement. / The aim of this thesis is to propose a formal approach based on interface automata to specify the contracts of reusable components and to verify their functional interoperability. The functional interoperability is checked at three levels : signature, semantics, and protocol. Interface automata are based on an « optimistic » approach that takes into account the environment constraints. This approach considers that two components are compatible if there is a suitable environment with which they can interact properly. First, we propose an approach allowing the integration of the semantics of the action parameters in interface automata in order to strengthen the compatibility and substitution check between components. Second, we were interested in adapting reusable components whose contracts are described by interface automata enriched by the action semantics. In this context, we propose an algorithm of automatic generation of an adaptor of two mismatched components if possible. Third, we have increased the expressive power of our proposed approach to verify the interoperability and the safety properties of components that communicate by interface variables defined at the level of their contracts. In particular, we study the preservation of invariants by composition and refinement.

A Cyber-physical System (CPS) can be described as a network of interlinked, concurrent computational components that interact with the physical world. Such a system is usually of reactive nature and must satisfy strict timing requirements to guarantee a correct behaviour. The components can be of mixed-criticality which implies different progress models and communication models, depending whether the focus of a component lies on predictability or resource efficiency. In this dissertation I present a novel approach that bridges the gap between stream processing models and Labelled Transition Systems (LTSs). The former offer powerful tools to describe concurrent systems of, usually simple, components while the latter allow to describe complex, reactive, components and their mutual interaction. In order to achieve the bridge between the two domains I introduce the novel LTS Synchronous Interface Automaton (SIA) that allows to model the interaction protocol of a process via its interface and to incrementally compose simple processes into more complex ones while preserving the system properties. Exploiting these properties I introduce an analysis to identify permanent blocking situations in a network of composed processes. SIAs are wrapped by the novel component-based coordination model Process Network with Synchronous Communication (PNSC) that allows to describe a network of concurrent processes where multiple communication models and the co-existence and interaction of heterogeneous processes is supported due to well defined interfaces. The work presented in this dissertation follows a holistic approach which spans from the theory of the underlying model to an instantiation of the model as a novel coordination language, called Streamix. The language uses network operators to compose networks of concurrent processes in a structured and hierarchical way. The work is validated by a prototype implementation of a compiler and a Run-time System (RTS) that allows to compile a Streamix program and execute it on a platform with support for ISO C, POSIX threads, and a Linux operating system.

Le travail présenté dans cette thèse a lieu dans le domaine de développement basé sur les composants, il est une contribution à laspécification, l'adaptation et la vérification des systèmes à base de composants. Le but principal de cette thèse est la proposition d'uneapproche formelle pour construire progressivement des systèmes complexes en assemblant et en adaptant un ensemble de composants,où leur structure et leur comportement sont modélisés à l'aide de diagrammes SysML. Dans la première étape, nous avons défini uneapproche basée sur la méta-modélisation et la transformation des modèles pour vérifier la compatibilité des blocs ayant leurs protocolesd'interaction modélisés à l'aide de diagrammes de séquence SysML. Pour vérifier leur compatibilité, nous effectuons une transformationen automates d'interface (IAs), et nous utilisons l'approche optimiste définie sur les IA. Cette approche considère que deux composantssont compatibles s'il existe un environnement approprié avec lequel ils peuvent interagir correctement. Après cela, nous avons proposéde bénéficier de la hiérarchie, qui peut être présente dans les modèles de protocole d'interaction des blocs, pour alléger la vérification dela compatibilité des blocs. Dans l'étape suivante, nous avons pris en considération le problème des incohérences de noms de type one2oneentre les services des blocs. A ce stade, un adaptateur est généré pour un ensemble de blocs réutilisés qui ont leurs protocoles d'interactionmodélisés formellement par des automates d'interface. La génération de l'adaptateur est guidée par la spécification du bloc parent qui estfaite initialement par le concepteur. Notre approche est complétée par une phase de vérification qui nous permet de vérifier les exigencesSysML, exprimées formellement par les propriétés temporelles, sur les blocs SySML. Dans cette phase, nous avons exploité uniquementles adaptateurs générés pour vérifier la préservation des exigences initialement satisfaites par les blocs réutilisés. Ainsi, notre approchea l'intention de donner plus de chance d'éviter le problème de l'explosion de l'espace d'état au moment de la vérification. Dans le mêmecontexte, où nous avons un ensemble de blocs réutilisés et la spécification de leurs blocs parents, nous avons proposé d'utiliser des réseauxde Petri colorés (CPN) pour modéliser les interactions des blocs et générer des adaptateurs qui résolvent plus de types de problèmes. Dansce cas, l'adaptateur peut résoudre le problème de blocage en permettant le ré-ordonnancement des appels de services. / The work presented in this thesis takes place in the component-based development domain, it is a contribution to the specification,adaptation and verification of component-based systems. The main purpose of this thesis is the proposition of a formal approach tobuild incrementally complex systems by assembling and adapting a set of components, where their structure and behaviour are modelledusing SysML diagrams. In the first stage, we have defined a meta-model driven approach which is based on meta-modelling and modelstransformation, to verify the compatibility of blocks having their interaction protocols modelled using SysML sequence diagrams. To verifytheir compatibility, we perform a transformation into interface automata (IAs), and we base on the optimistic approach defined on IAs. Thisapproach consider that two components are compatible if there is a suitable environment with which they can interact correctly. Afterthat, we have proposed to benefit from the hierarchy, that may be present in the interaction protocol models of the blocks, to alleviate theverification of blocks compatibility. In the next stage, we have taken into consideration the problem of names mismatches of type one2onebetween services of blocks. At this stage, an adapter is generated for a set of reused blocks which have their interaction protocols modelledformally by interface automata. The generation of the adapter is guided by the specification of the parent block which is made initiallyby the designer. Our approach is completed by a verification phase which allows us to verify SysML requirements, expressed formallyby temporal properties, on SySML blocks. In this phase, we have exploited only the generated adapters to verify the preservation of therequirements initially satisfied by the reused blocks. Thus, our approach intends to give more chance to avoid the state space explosionproblem during the verification. In the same context, where we have a set of reused blocks and the specification of their parent blocks, wehave proposed to use coloured Petri nets (CPNs) to model the blocks interactions and to generate adapters that solve more type of problems.In this case the adapter can solve the problem of livelock by enabling the reordering of services calls.