L'interopérabilité des systèmes informatiques est un besoin important dans une société mondialisée où les entreprises tendent plus à communiquer et à intégrer leurs systèmes qu'à rester isolées. Cette notion implique de faire communiquer et de coordonner efficacement des systèmes qui souvent n'ont pas été conçus pour fonctionner ensemble. Afin d'obtenir l'interopérabilité, il s'avère donc toujours nécessaire de modifier les systèmes existants pour les intégrer dans un nouveau système, mais en réutilisant autant que possible les notions liées aux systèmes préexistants. Les langages de programmation, en tant qu'outils de construction de systèmes informatiques, jouent un rôle non négligeable dans les solutions aux problèmes d'interopérabilité, en particulier lorsque les systèmes ont été construits avec des langages différents. Les langages de programmation peuvent être considérés également comme des systèmes qui interopèrent grâce à des mécanismes spécifiques permettant aux programmes écrits dans les différents langages d'échanger des données et d'invoquer des algorithmes. Ces mécanismes sont appelés emph{interfaces à un langage étranger} (ILE). L'objectif de cette thèse est de définir théoriquement le concept de l'interopérabilité des langages de programmation et de proposer un cadre conceptuel pour étudier et spécifier des mécanismes d'interopérabilité, à partir de la combinaison systématique des sémantiques opérationnelles des langages. Notre cadre peut s'appliquer à la formalisation d'interfaces (ILE) existantes entre deux langages de programmation où l'un est implémenté dans l'autre, et à la conception de nouvelles interfaces entre langages de programmation qui ont des implémentations indépendantes. / Interoperability of computing systems is a real need in a ``global society' where most enterprises want to communicate and integrate their information systems. This concept implies to coordinate systems that were not designed at the start to work together. Hence, to obtain the interoperability, it is always necessary to modify the existing systems and integrate them into a new system, for which the concepts related to those legacy systems have been reused as most as possible. Programming languages are an essential tool for building computing systems, so they play a non negligible role in the solutions for interoperability, specially when systems have been built with different languages. We can also consider programming languages as interoperable systems that can work together by defining mechanisms that allow programs written in the different languages to exchange data and algorithm calls. Those mecanisms are incorportated into a {it foreign-language interface} (FLI). The main goal of this thesis is the definition of a conceptual framework for programming language interoperability. That framework is based on the systematic composition of the execution models of programming languages according to a mechanism for program interoperability. We use the formalism of structural operational semantics as the way to have precise descriptions of execution models of programming languages. Our framework can be used to describe existing interfaces (FLI) between two programming languages where one of the languages is implemented in the other language, and to design new interfaces for programming languages that have independent implementations.

Esterel est un langage impératif concurrent pour la programmation des systèmes réactifs. A l'exception de l'instruction "pause", les primitives du langage s'exécutent sans consommer de temps logique. L'exécution se décompose donc en une suite d'instants. Dans ce contexte, les boucles peuvent poser deux types de problèmes: d'une part une boucle instantanée peut bloquer l'écoulement du temps; d'autre part un bloc de code peut être traversé plusieurs fois au cours du même instant, conduisant à un comportement du programme dit "schizophrène". Les boucles instantanées sont proscrites par la sémantique. Elles doivent donc être détectées par les compilateurs et les programmes correspondants doivent être rejetés. Par ailleurs, la compilation efficace des programmes schizophrènes est difficile. Ainsi, alors que plusieurs compilateurs pour Esterel sont disponibles, les algorithmes employés pour compiler les boucles ne sont ni portables, ni formellement spécifiés, et encore moins prouvés. Dans ce document, nous étudions les boucles en Esterel, établissant une correspondance formelle entre la sémantique opérationnelle du langage et l'implémentation concrète d'un compilateur. Après avoir spécifié les problèmes posés par les boucles, nous développons des techniques d'analyse statique efficaces pour les détecter dans un code Esterel quelconque. Puis, de façon à guérir la schizophrénie, c'est à dire transformer efficacement les programmes schizophrènes en programmes non schizophrènes, nous introduisons dans le langage une nouvelle primitive appelée "gotopause". Elle permet de transférer le contrôle d'un point du programme à un autre de façon non instantanée, mais sans contrainte de localité. Elle préserve le modèle de concurrence synchrone d'Esterel. Nous décrivons un premier algorithme qui, en dépliant les boucles à l'aide de cette nouvelle instruction, produit pour tout programme Esterel correct un programme non schizophrène équivalent. Enfin, en combinant analyse statique et réécriture, nous obtenons un préprocesseur qui rejette les boucles instantanées et guérit la schizophrénie, à la fois portable et très efficace. Nous l'avons implémenté. De plus, grâce à une approche formelle de bout en bout, nous avons pu prouver la correction de ce préprocesseur.

L'Ingénierie des Systèmes (IS) est une approche pluridisciplinaire et collaborative pour mener à bâtir et structurer la conception puis la réalisation et le développement de systèmes complexes. L’IS repose à la fois sur une approche processus et sur la mise en oeuvre de modèles de systèmes s'appuyant de fait dans un contexte basé ou dirigé par des modèles. On parle alors d’Ingénierie Système Basée sur des Modèles (ISBM ou Model based Systems Engineering MBSE). L’ISBM introduit des concepts, méthodes et techniques pour construire et gérer des modèles. Elle a pour objectif l’atteinte et l’amélioration de leur qualité afin de procurer aux parties prenantes un degré de confiance jugé suffisant pour aider la prise des décisions de conception, d'amélioration et de réalisation. Ces décisions conditionnent le fonctionnement, la sûreté, la sécurité, les coûts, et plus généralement tout un ensemble de propriétés attendues à la fois du modèle comme du système modélisé, tout au long de la phase aval de l’ingénierie et de développement, jusqu’à la réalisation et au déploiement du système. La qualité des modèles est obtenue au travers des processus de Vérification et Validation (V&V). Les objectifs sont alors d’assurer que les modèles soient cohérents, bien formés, bien construits et représentés correctement. En effet, aux yeux des parties prenantes, les modèles doivent être fiables, fidèles et pertinents au regard des besoins des concepteurs, représentant aussi précisément que possible le point de vue du système en cours de conception. Des langages de modélisation dit « métier » (Domain Specific Modelling Languages ou DSML) sont spécifiquement créés pour pouvoir fournir des représentations i.e. des modèles dans les différents points de vue sur le système. Un DSML est basé sur une syntaxe et sur une sémantique. La sémantique de ces langages est en général fournie par des approches externes (vérificateurs de modèles). Ces dernières sont, à notre sens, une limitation clé pour le déploiement des stratégies de V&V dans le contexte de l’ISBM. En réponse à cette limitation, la contribution conceptuelle de cette thèse est présentée sous la forme d’un nouveau langage de métamodélisation, nommé xviCore (noyau exécutable, vérifiable et interopérable). xviCore fournit les concepts et les principes pour définir puis vérifier et valdier la syntaxe et la sémantique en phase de construction de tels DSML en combinant trois métalangages : un métalangage orienté objet pour la conception de la partie syntaxique, un métalangage pour la conception du comportement et un métalangage pour la conception de propriétés formelles. La contribution méthodologique de ces travaux permet ensuite le déploiement d’une stratégie de V&V «directe» en lieu et place des traditionnelles approches externes. Elle est basée sur la simulation et la preuve formelle de propriétés. Le mécanisme de simulation permet d’observer le comportement des modèles de systèmes au travers de leur exécution, tandis que le mécanisme de preuve permet de spécifier et ensuite de vérifier des propriétés formelles. La contribution technique se compose d’un ensemble des plugins Eclipse qui implémentent le métalangage xviCore, le mécanisme de simulation et le mécanisme de la preuve formelle. / Systems Engineering (SE) is an interdisciplinary and collaborative approach for successful design and management of large scale complex systems. Among other principles, SE promotes and mandates a model-based (or model-driven) approach for all stages of system design processes, denoted Model-Based Systems Engineering (MBSE). This implies concepts, techniques and tools for creating and managing various systems models for the purpose of stakeholders, and for reaching and improving the quality of models helping then stakeholders during decision-making processes, to make decisions faster and efficiently with enough confidence. Indeed, these decisions impact all along the downstream phases of system engineering and development until the realization and deployment of the real system, its functioning, safety, security, induced costs and so on. In this work, a particular attention is given to model verification and validation (V&V). The goals are to assure prior to decision-making processes, first, that models are coherent, well-formed and correctly build and represented, and second, that they are trustworthy and relevant, representing as accurately as possible the viewpoints of a system under design as expected by stakeholders.Such models provide stakeholders with confidence and trust, aiding them in making, but also in arguing decisions. Models are created by using modeling languages that are specifically tailored for a given viewpoint of a system, denoted Domain Specific Modeling Languages (DSMLs).The basic principles on which a DSML is based are its syntax and its semantics, but current DSMLs have been more studied from the syntactical point than from the semantical one that is often neglected or, when needed, provided by means of translating the DSML into third party formalisms. This is the key limitation preventing the deployment of a successful V&V strategy in MBSE context. To overcome this shortcoming, this thesis proposes first a conceptual contribution consisting of a new metamodeling language, called eXecutable, Verifiable and Interoperable Core (xviCore), allowing stakeholders to build DSMLs (called xviDSMLs), that along with their syntax also integrates semantics. Our solution combines, three meta-languages, an object-oriented metamodeling language for the specification of the syntactical part with a formal behavioral modeling language and a property modeling language for the semantical part. The methodological contribution of this work allows the deployment of successful V&V strategies allowing for direct (without transformation) model verification by simulation and properties proof. We propose a mechanism to simulate the expected behavior of a SoI through model execution based on the blackboard-based communication model, and a mechanism for specification and verification of formal properties. The technical contribution consists of an Eclipse-EMF deployable plug-in that implements the metamodeling language xviCore and the mechanisms for simulation and formal property verification.

La programmation orientée langage (Language-Oriented Programming – LOP) préconise l’utilisation de langages de modélisation dédiés exécutables (eXecutable Domain-Specific Modeling Languages – xDSMLs) pour la conception, le développement, la vérification et la validation de systèmes hautement concurrents. De tels systèmes placent l’expression de la concurrence dans les langages informatiques au coeur du processus d’ingénierie logicielle, par exemple à l’aide de formalismes dédiés appelés modèles de concurrence (Models of Concurrency – MoCs). Ceux-ci permettent une analyse poussée du comportement des systèmes durant les phases de vérification et de validation, mais demeurent complexes à comprendre, utiliser, et maîtriser. Dans cette thèse, nous développons et étendons une approche qui vise à faire collaborer l’approche LOP et les MoCs à travers le développement de xDSMLs dans lesquels la concurrence est spécifiée de façon explicite (Concurrency-aware xDSMLs). Dans de tels langages, on spécifie l’utilisation systématique d’un MoC au niveau de la sémantique d’exécution du langage, facilitant l’expérience pour l’utilisateur final qui n’a alors pas besoin d’appréhender et de maîtriser l’utilisation du MoC choisi.Un tel langage peut être raffiné lors de la phase de déploiement, pour s’adapter à la plateforme utilisée, et les systèmes décrits peuvent être analysés sur la base du MoC utilisé. / Language-Oriented Programming (LOP) advocates designing eXecutable Domain-Specific Modeling Languages (xDSMLs) to facilitate the design, development, verification and validation of modern softwareintensive and highly-concurrent systems. These systems place their needs of rich concurrency constructs at the heart of modern software engineering processes. To ease theirdevelopment, theoretical computer science has studied the use of dedicated paradigms for the specification of concurrent systems, called Models of Concurrency (MoCs). They enable the use of concurrencyaware analyses such as detecting deadlocks or starvation situations, but are complex to understand and master. In this thesis, we develop and extend an approach that aims at reconciling LOP and MoCs by designing so-called Concurrencyaware xDSMLs. In these languages, the systematic use of a MoC is specified at the language level, removing from the end-user the burden of understanding or using MoCs. It also allows the refinement of the language for specific execution platforms, and enables the use of concurrency-aware analyses on the systems.

Ce travail présente une architecture logicielle concrète dédiée aux besoins et caractéristiques des systèmes d'Intelligence Ambiante (AmI). Le modèle comportemental proposé, appelé Higher-order Agent (HoA), capture simultanément l'évolution de l'état mental de l'agent ainsi que l'état de son plan d'actions. Les expressions du plan sont écrites et composées en utilisant un langage algébrique formel, nommé AgLOTOS. Les plans sont construits automatiquement et à la volée, comme un système de processus concurrents, déduits des intentions de l'agent et de ses préférences d'exécution. Basé sur une sémantique de plans et d'actions concurrentes, un service de guidance est aussi proposé afin d'assister l'agent dans le choix de ses prochaines exécutions. Cette guidance permet d'améliorer la satisfaction des intentions de l'agent au regard des plans concurrents possibles et en fonction du contexte actuel de l'agent. La "localité" et le "temps" étant considérés comme des informations contextuelles clés dans l'activité de l'agent, nous les prenons en compte au travers de deux fonctions utilitaires originales conçues à partir des expériences des exécutions d'action et pouvant être combinées suivant les préférences stratégiques de l'agent. La structure compositionnelle des expressions AgLOTOS est mise à profit pour permettre des révisions ciblées du plan de l'agent, Les révisions des sous-plans sont donc réalisées automatiquement en fonction des mises à jour apportées aux intentions, tout en maintenant la consistance du comportement de l'agent. Un cas d'étude est développé afin de montrer comment l'agent peut agir, même s'il subit des changements inattendus de son contexte, en fonction de ses expériences passées qui révèlent certains cas de d'échecs. / This work presents a concrete software architecture dedicated to ambient intelligence (AmI) features and requirements. The proposed behavioral model, called Higher-order Agent (HoA) captures the evolution of the mental representation of the agent and the one of its plan simultaneously. Plan expressions are written and composed using a formal algebraic language, namely AgLOTOS, so that plans are built automatically and on the fly, as a system of concurrent processes. Due to the compositional structure of AgLOTOS expressions, the updates of sub-plans are realized automatically accordingly to the revising of intentions, hence maintaining the consistency of the agent. Based on a specific semantics, a guidance service is also proposed to assist the agent in its execution. This guidance allows to improve the satisfaction of the agent's intentions with respect to the possible concurrent plans and the current context of the agent. Adopting the idea that "location" and "time" are key stones information in the activity of the agent, we show how to enforce guidance by ordering the different possible plans. As a major contribution, we demonstrate two original utility functions that are designed from the past-experiences of the action executions, and that can be combined accordingly to the current balance policy of the agent. A use case scenario is developed to show how the agent can act, even if it suffers from unexpected changes of contexts, it does not have many experiences and whose past experiences reveals some failure cases.

Notre propos est la conception assistée par ordinateur des scénarios comprenant des contenus multimédia qui interagissent avec les actions extérieures, notamment celles de l’interprète (e.g., spectacles vivants, installations muséales interactives et jeux vidéo). Le contenu multimédia est structuré dans un ordre spatial et temporel selon les exigences de l’auteur. Par conséquent, la complexité potentiellement élevée de ces scénarios nécessite des langages de spécification adéquats pour leur complète description et vérification.Partitions Interactives est un formalisme qui a été proposé comme un modèle pour la composition et l’exécution des scénarios multimédias interactifs. En outre, un séquenceur inter-médias, appelé ISCORE,a été élaboré à partir de la sémantique Petri net proposée par ce formalisme. Au cours des dernières années, I-SCORE a été utilisé avec succès pour la composition et l’exécution des spectacles et des expositions interactives. Néanmoins, ces applications et les applications émergentes telles queles jeux vidéo et les installations muséales interactives, de plus en plus exigent deux caractéristiques que la version stable actuelle de I-SCORE ainsi que son modèle sous-jacent ne supportent pas : (1)des structures de contrôle flexibles comme des conditionnelles et des boucles ; et (2) des mécanismes pour la vérification automatique de scénarios.Dans cette thèse, nous présentons deux modèles formels pour la composition et la vérification automatique de scénarios interactifs multimédia avec des choix interactifs, i.e., des scénarios où l’interprète ou le système peut prendre des décisions au sujet de leur état d’exécution avec un certain degré de liberté définie par le compositeur.Dans notre première approche, nous définissons un nouveau langage de programmation appelé REACTIVEIS dont les programmes sont définis comme des arbres représentant l’aspect hiérarchique des scénarios interactifs et dont les noeuds contiennent les conditions nécessaires pour démarrer et arrêter les objets temporels (TOS). En outre, nous définissons une sémantique opérationnelle basé sur des arbres marqués, contenant dans leurs noeuds, les informations sur le début et la fin de chaque TO. Nous définissons également une interprétation déclarative de REACTIVEIS comme formules de la logique linéaire intuitionniste avec sous exponentiels (SELL). Nous montrons que cette interprétation est adéquate : les dérivations dans la logique correspondent à des traces du programme et vice-versa.Dans notre deuxième approche, nous présentons un système basé sur des Automates Temporisés.Dans le système proposé, nous modélisons des scénarios interactifs comme un réseau d’automates temporisés et les étendons avec des points interactifs gardés par des conditions, permettant ainsi la spécification de comportements avec branchements. Par ailleurs, nous profitons des outils matures et efficaces pour simuler et vérifier automatiquement des scénarios modélisés comme des automates temporisés. Dans notre système, les scénarios peuvent être synthétisés dans un matériel reconfigurable afin de fournir une faible latence et l’exécution en temps réel.Dans cette thèse, nous explorons également une nouvelle façon de définir et mettre en oeuvre des scénarios interactifs, visant à un modèle plus dynamique en utilisant le langage réactif REACTIVEML.Enfin, nous présentons une extension des scénarios interactifs utilisant des réseaux de Petri colorés(CPN) qui vise à traiter des données complexes, en particulier, les données statiques et dynamiques de flux audio. / Interactive multimedia deals with the computer-based design of scenarios consisting of multimediacontent that interacts with external actions and those of the performer (e.g., multimedialive-performance arts, interactive museum installations, and video games). The multimedia content is structured in a spatial and temporal order according to the author’s requirements. Therefore, thepotentially high complexity of these scenarios requires adequate specification languages for theircomplete description and verification.Interactive scores is a formalism which has been proposed as a model for composing and performing interactive multimedia scenarios. In addition, an inter-media sequencer, called I-SCORE, hasbeen developed following the Petri Net semantics proposed by this formalism. During the last years,I-SCORE has been used successfully for the composition and performance of live performances and interactive exhibitions. Nevertheless, these applications and emergent applications such as videogames and interactive museum installations, increasingly demand two features that the current stable version of I-SCORE as well as its underlying model do not support: (1) flexible control structures such as conditionals and loops; and (2) mechanisms for the automatic verification of scenarios.In this dissertation we present two formal models for composition and automatic verification of multimedia interactive scenarios with interactive choices, i.e., scenarios where the performer or thesystem can take decisions about their execution state with a certain degree of freedom defined bythe composer.In our first approach, we define a novel programming language called REACTIVEIS. This language extends the full capacity of temporal organization of interactive scenarios by allowing the composerto use a defined logical system for the specification of the starting and stopping conditions of temporal objects (TOs). REACTIVEIS programs are formally defined as tree-like structures representing the hierarchical aspect of interactive scenarios and whose nodes contain the conditions needed to startand stop the TOs. Moreover, we define an operational semantics based on labeled trees, containing in their nodes, the information about the start and stop times of each TO.We show that this operational semantics offers an intuitive yet precise description of the behavior of interactive scenarios.We also endowed REACTIVEIS with a declarative interpretation as formulas in Intuitionistic LinearLogic with Subexponentials (SELL). We shall show that such interpretation is adequate: derivations in the logic correspond to traces of the program and vice-versa. Hence, we can use all the meta-theory of Intuitionistic Linear Logic (ILL) to reason about interactive scenarios and develop tools for theverification and analysis of interactive scenarios.In our second approach, we present a Timed Automata (TA) based framework. In the proposed framework, we model interactive scenarios as a network of timed automata and extend them with interactive points (IPs) guarded by conditions, thus allowing for the specification of branching behaviors.Moreover, we take advantage of the mature and efficient tools for TA to simulate and automatically verify scenarios. In our framework, scenarios can be synthesized into a reconfigurable hardware in order to provide a low-latency and real-time execution by taking advantage of the physical parallelism,low-latency, and high-reliability of these devices. Furthermore, we implemented a tool to systematically construct bottom-up TA models from the composition environment of I-SCORE. Doing that, we provide a friendly and specialized environment for composing and automatic verification of interactive scenarios. Finally, we present an extension of interactive scenarios using Colored Petri Nets (CPNs) thataims to handle complex data, in particular, dynamic and static data audio streams. [...]

Les programmes informatiques sont rarement écrits d'un seul coup, et sont au contraire composés de changements successifs. Il est également fréquent qu'un logiciel soit mis à jour après sa sortie initiale. De tels changements peuvent avoir lieu pour diverses raisons, comme l'ajout de fonctionnalités ou la correction de bugs. Il est en tout cas important d'être capable de représenter ces changements et de raisonner à leur propos pour s'assurer qu'ils implémentent les changements voulus.En pratique, les différences entre programmes sont très souvent représentées comme des différences textuelles sur le code source, listant les lignes de textes ajoutées, supprimées ou modifiées. Cette représentation, bien qu'exacte, ne dit rien de leurs conséquences sémantiques. Pour cette raison, il existe un besoin pour de meilleures représentations des différences sémantiques entre programmes.Notre première contribution est un algorithme de construction de programmes de corrélation, c'est-à-dire, des programmes entrelaçant les instructions de deux autres programmes de telle sorte qu'ils simulent leur sémantiques. Ces programmes de corrélation peuvent alors être analysés pour calculer une sur-approximation des différences sémantiques entre les deux programmes d'entrée. Ce travail est directement inspiré d'un article de Partush et Yahav, qui décrit un algorithme similaire, mais incorrect en présence de boucles avec des instructions `break` ou `continue`. Pour garantir la correction de notre algorithme, nous l'avons formalisé et prouvé à l'aide de l'assistant de preuve Coq.Notre seconde et plus importante contribution est un cadre formel permettant de décrire précisément et de formellement vérifier des différences sémantiques. Ce cadre, complètement formalisé en Coq, représente la différence entre deux programmes à l'aide d'un troisième programme que nous appelons oracle. Contrairement à un programme de corrélation, un oracle n'entrelace pas nécessairement les instructions des deux programmes à comparer, et peut « sauter » des calculs intermédiaires.Un tel oracle est généralement écrit dans un langage de programmation différent des programmes à comparer, ce qui permet de concevoir des langages d'oracles spécifiques à certaines classes de différences, capables de mettre en relation des programmes qui plantent avec des programmes qui s'exécutent correctement.Nous avons conçu de tels langages d'oracles pour couvrir un large éventail de différences sur un langage impératif jouet. Nous avons également prouvé que notre cadre est au moins aussi expressif que celui de la Logique Relationnelle de Hoare en encodant plusieurs variantes de cette dernière sous forme de langages d'oracles, prouvant leur correction dans la foulée. / Computer programs are rarely written in one fell swoop. Instead, they are written in a series of incremental changes.It is also frequent for software to get updated after its initial release. Such changes can occur for various reasons, such as adding features, fixing bugs, or improving performances for instance. It is therefore important to be able to represent and reason about those changes, making sure that they indeed implement the intended modifications.In practice, program differences are very commonly represented as textual differences between a pair of source files, listing text lines that have been deleted, inserted or modified. This representation, while exact, does not address the semantic implications of those textual changes. Therefore, there is a need for better representations of the semantics of program differences.Our first contribution is an algorithm for the construction of a correlating program, that is, a program interleaving the instructions of two input programs in such a way that it simulates theirsemantics. Further static analysis can be performed on such correlating programs to compute an over-approximation of the semantic differences between the two input programs. This work draws direct inspiration from an article by Partush and Yahav, that describes a correlating program construction algorithm which we show to be unsound on loops that include `break` or `continue`statements. To guarantee its soundness, our alternative algorithm is formalized and mechanically checked within the Coq proof assistant.Our second and most important contribution is a formal framework allowing to precisely describe and formally verify semantic changes.This framework, fully formalized in Coq, represents the difference between two programs by a third program called an oracle.Unlike a correlating program, such an oracle is not required to interleave instructions of the programs under comparison, and may “skip” intermediate computation steps. In fact, such an oracle is typically written in a different programming language than the programs it relates, which allows designing correlating oracle languages specific to certain classes of program differences, andcapable of relating crashing programs with non-crashing ones.We design such oracle languages to cover a wide range of program differences on a toy imperative language. We also prove that our framework is at least as expressive as Relational Hoare Logic by encoding several variants as correlating oracle languages, proving their soundness in the process.

Un système GALS (Globalement Asynchrone, Localement Synchrone) est un ensemble de composants synchrones qui évoluent en même temps, chacun à propre rythme, et qui communiquent de manière asynchrone. Cette thèse propose un environnement formel de modélisation et de vérification dédié aux systèmes GALS, en se focalisant sur le comportement asynchrone.Notre environnement s’appuie sur un langage formel que nous avons conçu nommé GRL (GALS Représentation Language). GRL permet la spécification comportementale des composants synchrones, de la communication asynchrone, et des contraintes sur les rythmes des composants ainsi que sur les valeurs que prennent les entrées des composants. Pour analyser les spécifications GRL, nous utilisons CADP, une boîte à outils logicielle permettant la vérification de processus concurrents asynchrones par des techniques d'exploration d’espaces d’états. Dans ce but, nous avons défini une traduction de GRL vers LNT, un langage de spécification supporté par CADP. La traduction est implémentée dans un outil appelé GRL2LNT, permettant ainsi la génération automatique d’espaces d'états à partir de spécifications GRL.Pour permettre la vérification formelle des spécifications GRL, nous avons conçu un langage de propriétés nommé muGRL, qui est interprété sur les espaces d’états de GRL. Le langage muGRL est basé sur un ensemble de patrons qui capturent les propriétés des systèmes concurrents et des systèmes GALS, réduisant ainsi la complexité d'utiliser les logiques temporelles classiques. La sémantique de muGRL est définie par traduction vers MCL, le langage de logique temporelle fourni par CADP. Enfin, nous illustrons l’usage de GRL, muGRL et CADP pour la modélisation et la vérification d’applications GALS concrètes, comprenant des études de cas industrielles. / A GALS (Globally Asynchronous, Locally Synchronous) system consists of several synchronouscomponents that evolve concurrently, each with its own pace, and communicatealtogether asynchronously. This thesis proposes a formal modelling and verificationframework dedicated to GALS systems, with a focus on the asynchronous behaviour.As a cornerstone of our framework, we have designed a formal language, named GRL(GALS Representation Language). GRL enables the behavioural specification of synchronouscomponents, asynchronous communication, and constraints involving bothcomponent paces and the data carried by component inputs. To analyse GRL specifications,we took advantage of the CADP software toolbox for the verification of asynchronousconcurrent processes, using state space exploration techniques. For this purpose,we defined a translation from GRL to the LNT specification language supportedby CADP. The translation was implemented by a tool named GRL2LNT, thus enablingstate spaces to be automatically derived from GRL specifications.To enable the formal verification of GRL specifications, we designed a property specificationlanguage, named muGRL, which is interpreted on GRL state spaces. The muGRLlanguage is based on a set of patterns capturing properties of concurrent and GALSsystems, which reduces the complexity of using full-fledged temporal logics. The semanticsof muGRL are defined by a translation into the MCL temporal logic supported byCADP. Finally, we illustrated how GRL, muGRL, and CADP can be applied to modeland verify concrete GALS applications, including industrial case-studies.

La mémoire transactionnelle est un mécanisme de plus en plus populaire pour la programmation parallèle et concurrente. Dans la plupart des implantations, l’emboîtement de transactions n’est pas possible ce qui pénalise la modularité. Plutôt que les transactions, qui sont un choix possible d’implantation, nous considérons directement la notion de section atomique. Dans un objectif d’améliorer la modularité et l’expressivité, nous considérons un langage impératif simple étendu avec des instructions de parallélisme avec lancement et attente de processus légers et une instruction de section atomique à portée syntaxique, depuis laquelle des processus légers peuvent s’échapper. Dans ce contexte notre première contribution est la définition précise de l’atomicité et de la bonne synchronisation. Nous prouvons que pour des traces bien formées, la dernière implique la forme forte de la première. Ceci est fait sur des traces d’exécution abstraites dans le sens où nous ne définissons par précisément la syntaxe et la sémantique opérationnelle d’un langage de programmation. Cette première partie de notre travail peut être considérée comme une spécification pour un tel langage. Nous avons utilisé l’assistant de preuve Coq pour modéliser et prouver nos résultats. Notre deuxième contribution est la définition formelle du langage Atomic Fork Join (AFJ). Nous montrons que les traces de sa sémantique opérationnelle vérifient effectivement les conditions de bonne formation définies précédemment. La troisième contribution est la compilation de programmes AFJ en programmes Lock Unlock Fork Join (LUFJ) un langage avec processus léger et verrous mais sans sections atomiques. Nous étudions la correction de la compilation de AFJ vers LUFJ. / Transactions are becoming a popular mechanism for parallel and concurrent programming. In most implementations the nesting of transactions is not supported which hinders modularity. Rather than transactions, which are an implementation choice, we consider directly the notion of atomic section. For the sake of modularity with we consider a simple imperative language with fork/join parallelism and lexically scoped nested atomic sections from which threads can escape. In this context, our first contribution is the precise definition of atomicity, well-synchronisation and the proof that the latter implies the strong form of the former. This is done on execution traces without being specific to a language syntax and operational semantics. This first part of our work could be considered as a specification for the design and implementation of such a parallel language. A formalisation of our results in the Coq proof assistant is also available. Our second contribution is a formal definition of the Atomic Fork Join (AFJ) language and its operational semantics. We show that it indeed satisfies the conditions previously defined. The third contribution of our work is a compilation procedure of AFJ programs to programs another language with threads and locks but without atomic sections, named Lock Unlock Fork Join (LUFJ). We study the correctness of the compilation from AFJ to LUFJ.

Cette thèse porte sur les propriétés opérationnelles de deux extensions quantitatives du λ-calcul pur : le λ-calcul algébrique et le λ-calcul probabiliste.Dans la première partie, nous étudions la théorie de la β-réduction dans le λ-calcul algébrique. Ce calcul permet la formation de combinaisons linéaires finies de λ-termes. Bien que le système obtenu jouisse de la propriété de Church-Rosser, la relation de réduction devient triviale en présence de coefficients négatifs, ce qui la rend impropre à définir une notion de forme normale. Nous proposons une solution qui permet la définition d'une relation d'équivalence sur les termes, partielle mais cohérente. Nous introduisons une variante de la β-réduction, restreinte aux termes canoniques, dont nous montrons qu'elle caractérise en partie la notion de forme normale précédemment établie, démontrant au passage un théorème de factorisation.Dans la seconde partie, nous étudions la bisimulation et l'équivalence contextuelle dans un λ-calcul muni d'un choix probabliste. Nous donnons une technique pour établir que la bisimilarité applicative probabiliste est une congruence. Bien que notre méthode soit adaptée de celle de Howe, certains points techniques sont assez différents, et s'appuient sur des propriétés non triviales de « désintrication » sur les ensembles de nombres réels. Nous démontrons finalement que, bien que la bisimilarité soit en général strictement plus fine que l'équivalence contextuelle, elles coïncident sur les λ-termes purs. L'égalité correspondante est celle induite par les arbres de Lévy-Longo, généralement considérés comme l'équivalence extensionnelle la plus fine pour les λ-termes en évaluation paresseuse. / In this thesis we deal with the operational behaviours of two quantitative extensions of pure λ-calculus, namely the algebraic λ-calculus and the probabilistic λ-calculus.In the first part, we study the β-reduction theory of the algebraic λ-calculus, a calculus allowing formal finite linear combinations of λ-terms to be expressed. Although the system enjoys the Church-Rosser property, reduction collapses in presence of negative coefficients. We exhibit a solution to the consequent loss of the notion of (unique) normal form, allowing the definition of a partial, but consistent, term equivalence. We then introduce a variant of β-reduction defined on canonical terms only, which we show partially characterises the previously established notion of normal form. In the process, we prove a factorisation theorem.In the second part, we study bisimulation and context equivalence in a λ-calculus endowed with a probabilistic choice. We show a technique for proving congruence of probabilistic applicative bisimilarity. While the technique follows Howe's method, some of the technicalities are quite different, relying on non-trivial "disentangling" properties for sets of real numbers. Finally we show that, while bisimilarity is in general strictly finer than context equivalence, coincidence between the two relations is achieved on pure λ-terms. The resulting equality is that induced by Lévy-Longo trees, generally accepted as the finest extensional equivalence on pure λ-terms under a lazy regime.