L’objectif du project FerroCOTS est de faire évoluer l’architecture de contrôle-commande ferroviaire embarqué des relais électriques vers des Composant-sur-Etagère (COTS) programmables, ici des cartes FPGA (Field-Programmable Gate Array en anglais). Toutefois, l'absence d’une méthode appropriée de spécification et vérification formelles est un obstacle important au développement d’une architecture de contrôle-commande à base de COTS. Dans cette thèse, nous proposons tout d'abord des techniques systématiques de raffinement des exigences brutes et qui permettent de transformer des exigences informelles en des spécifications formelles, tout en guidant et assistant le processus de raffinement et l'étape de formalisation. En l'occurrence, deux méthodes de raffinement des exigences ont été développées. Le cadre de formalisation choisi pour cette méthode de formalisation des exigences est la logique temporelle CTL*, qui est un sur-ensemble des logiques CTL (Computation Tree Logic en anglais) et LTL (Linear Time Logic en anglais). Ainsi, les exigences raffinées peuvent être formalisées à l'aide de CTL*. En outre, ces formules en CTL* offrent une base formelle pour la vérification et la validation du système. Puis, à partir des spécifications formelles exprimées sous forme de propriétés CTL*, nous présentons une méthode pour générer des scénarios de test à partir des formules CTL*. La méthode de test utilise le concept de « non-vacuité » pour générer des scénarios de test « Intelligents », qui soient capables de conduire la simulation à une réfutation d’une propriété pour que les bugs dans un système sous test peuvent être détectés. / The goal of the FerroCOTS project is to develop an architecture of embedded railway command/control systems from electrical relays towards programmable Commercial-Off-The-Shelf (COTS) components, here some high-speed Field-Programmable Gate Array (FPGA) digital devices. However, the lack of appropriate formal specification and verification means is a huge obstacle to develop a COTS based control/command architecture. In this thesis, firstly we propose systematic requirement refinement techniques to transform informal requirements into formal specifications, while guiding and assisting the refinement process and the formalization step. In this case, two requirement refinement methods have been developed. The formalization framework chosen for requirement formalization is the temporal logic CTL*, which is a superset of the logic Computation Tree Logic (CTL) and the Linear Time Logic (LTL). Thus, the refined requirements are formalized using CTL*. In addition, the obtained CTL* formulas provide a formal basis for system verification and validation. On the other hand, based on formal specifications expressed as CTL* properties, we present a method for generating test cases from CTL* formulas. The test method uses the concept of non-vacuity to generate “Intelligent” test benches that are capable of driving the simulation to a property refutation so that the bug of the system under test can be detected.

Le développement croissant des réseaux et en particulier l'Internet a considérablement développé l'écart entre les systèmes d'information hétérogènes. En faisant une analyse sur les études de l'interopérabilité des systèmes d'information hétérogènes, nous découvrons que tous les travaux dans ce domaine tendent à la résolution des problèmes de l'hétérogénéité sémantique. Le W3C (World Wide Web Consortium) propose des normes pour représenter la sémantique par l'ontologie. L'ontologie est en train de devenir un support incontournable pour l'interopérabilité des systèmes d'information et en particulier dans la sémantique. La structure de l'ontologie est une combinaison de concepts, propriétés et relations. Cette combinaison est aussi appelée un graphe sémantique. Plusieurs langages ont été développés dans le cadre du Web sémantique et la plupart de ces langages utilisent la syntaxe XML (eXtensible Meta Language). Les langages OWL (Ontology Web Language) et RDF (Resource Description Framework) sont les langages les plus importants du web sémantique, ils sont basés sur XML.Le RDF est la première norme du W3C pour l'enrichissement des ressources sur le Web avec des descriptions détaillées et il augmente la facilité de traitement automatique des ressources Web. Les descriptions peuvent être des caractéristiques des ressources, telles que l'auteur ou le contenu d'un site web. Ces descriptions sont des métadonnées. Enrichir le Web avec des métadonnées permet le développement de ce qu'on appelle le Web Sémantique. Le RDF est aussi utilisé pour représenter les graphes sémantiques correspondant à une modélisation des connaissances spécifiques. Les fichiers RDF sont généralement stockés dans une base de données relationnelle et manipulés en utilisant le langage SQL ou les langages dérivés comme SPARQL. Malheureusement, cette solution, bien adaptée pour les petits graphes RDF n'est pas bien adaptée pour les grands graphes RDF. Ces graphes évoluent rapidement et leur adaptation au changement peut faire apparaître des incohérences. Conduire l'application des changements tout en maintenant la cohérence des graphes sémantiques est une tâche cruciale et coûteuse en termes de temps et de complexité. Un processus automatisé est donc essentiel. Pour ces graphes RDF de grande taille, nous suggérons une nouvelle façon en utilisant la vérification formelle " Le Model checking ".Le Model checking est une technique de vérification qui explore tous les états possibles du système. De cette manière, on peut montrer qu'un modèle d'un système donné satisfait une propriété donnée. Cette thèse apporte une nouvelle méthode de vérification et d'interrogation de graphes sémantiques. Nous proposons une approche nommé ScaleSem qui consiste à transformer les graphes sémantiques en graphes compréhensibles par le model checker (l'outil de vérification de la méthode Model checking). Il est nécessaire d'avoir des outils logiciels permettant de réaliser la traduction d'un graphe décrit dans un formalisme vers le même graphe (ou une adaptation) décrit dans un autre formalisme

Le développement croissant des réseaux et en particulier l'Internet a considérablement développé l'écart entre les systèmes d'information hétérogènes. En faisant une analyse sur les études de l'interopérabilité des systèmes d'information hétérogènes, nous découvrons que tous les travaux dans ce domaine tendent à la résolution des problèmes de l'hétérogénéité sémantique. Le W3C (World Wide Web Consortium) propose des normes pour représenter la sémantique par l'ontologie. L'ontologie est en train de devenir un support incontournable pour l'interopérabilité des systèmes d'information et en particulier dans la sémantique. La structure de l'ontologie est une combinaison de concepts, propriétés et relations. Cette combinaison est aussi appelée un graphe sémantique. Plusieurs langages ont été développés dans le cadre du Web sémantique et la plupart de ces langages utilisent la syntaxe XML (eXtensible Meta Language). Les langages OWL (Ontology Web Language) et RDF (Resource Description Framework) sont les langages les plus importants du web sémantique, ils sont basés sur XML.Le RDF est la première norme du W3C pour l'enrichissement des ressources sur le Web avec des descriptions détaillées et il augmente la facilité de traitement automatique des ressources Web. Les descriptions peuvent être des caractéristiques des ressources, telles que l'auteur ou le contenu d'un site web. Ces descriptions sont des métadonnées. Enrichir le Web avec des métadonnées permet le développement de ce qu'on appelle le Web Sémantique. Le RDF est aussi utilisé pour représenter les graphes sémantiques correspondant à une modélisation des connaissances spécifiques. Les fichiers RDF sont généralement stockés dans une base de données relationnelle et manipulés en utilisant le langage SQL ou les langages dérivés comme SPARQL. Malheureusement, cette solution, bien adaptée pour les petits graphes RDF n'est pas bien adaptée pour les grands graphes RDF. Ces graphes évoluent rapidement et leur adaptation au changement peut faire apparaître des incohérences. Conduire l’application des changements tout en maintenant la cohérence des graphes sémantiques est une tâche cruciale et coûteuse en termes de temps et de complexité. Un processus automatisé est donc essentiel. Pour ces graphes RDF de grande taille, nous suggérons une nouvelle façon en utilisant la vérification formelle « Le Model checking ».Le Model checking est une technique de vérification qui explore tous les états possibles du système. De cette manière, on peut montrer qu’un modèle d’un système donné satisfait une propriété donnée. Cette thèse apporte une nouvelle méthode de vérification et d’interrogation de graphes sémantiques. Nous proposons une approche nommé ScaleSem qui consiste à transformer les graphes sémantiques en graphes compréhensibles par le model checker (l’outil de vérification de la méthode Model checking). Il est nécessaire d’avoir des outils logiciels permettant de réaliser la traduction d’un graphe décrit dans un formalisme vers le même graphe (ou une adaptation) décrit dans un autre formalisme / The increasing development of networks and especially the Internet has greatly expanded the gap between heterogeneous information systems. In a review of studies of interoperability of heterogeneous information systems, we find that all the work in this area tends to be in solving the problems of semantic heterogeneity. The W3C (World Wide Web Consortium) standards proposed to represent the semantic ontology. Ontology is becoming an indispensable support for interoperability of information systems, and in particular the semantics. The structure of the ontology is a combination of concepts, properties and relations. This combination is also called a semantic graph. Several languages have been developed in the context of the Semantic Web. Most of these languages use syntax XML (eXtensible Meta Language). The OWL (Ontology Web Language) and RDF (Resource Description Framework) are the most important languages of the Semantic Web, and are based on XML.RDF is the first W3C standard for enriching resources on the Web with detailed descriptions, and increases the facility of automatic processing of Web resources. Descriptions may be characteristics of resources, such as the author or the content of a website. These descriptions are metadata. Enriching the Web with metadata allows the development of the so-called Semantic Web. RDF is used to represent semantic graphs corresponding to a specific knowledge modeling. RDF files are typically stored in a relational database and manipulated using SQL, or derived languages such as SPARQL. This solution is well suited for small RDF graphs, but is unfortunately not well suited for large RDF graphs. These graphs are rapidly evolving, and adapting them to change may reveal inconsistencies. Driving the implementation of changes while maintaining the consistency of a semantic graph is a crucial task, and costly in terms of time and complexity. An automated process is essential. For these large RDF graphs, we propose a new way using formal verification entitled "Model Checking".Model Checking is a verification technique that explores all possible states of the system. In this way, we can show that a model of a given system satisfies a given property. This thesis provides a new method for checking and querying semantic graphs. We propose an approach called ScaleSem which transforms semantic graphs into graphs understood by the Model Checker (The verification Tool of the Model Checking method). It is necessary to have software tools to perform the translation of a graph described in a certain formalism into the same graph (or adaptation) described in another formalism