Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s'intéressent à la validation fonctionnelle de contrôleurs logiques par des techniques de test de conformité et de validation en boucle fermée. Le modèle de spécification est décrit dans le langage industriel Grafcet et le contrôleur logique est supposé être un automate programmable industriel (API) mono-tâche. Afin de contribuer à ces techniques de validation fonctionnelle, ces travaux présentent : - Une extension d'une méthode de formalisation du Grafcet par traduction sous la forme d'une machine de Mealy. Cette extension permet de produire un modèle formel de la spécification lorsque le Grafcet est implanté selon un mode d'interprétation sans recherche de stabilité, qui n'est pas préconisé dans la norme IEC 60848 mais largement utilisé dans les applications industrielles. - Une contribution au test de conformité par la définition d'un ensemble de relations de conformité basées sur l'observation de plusieurs cycles d'exécution pour chaque pas de test. - Une contribution à la validation en boucle fermée par la définition d'un critère de fin d'observation et par une technique d'identification en boite grise pour la construction et l'analyse du système en boucle fermée. / The results presented in this PhD thesis deal with functional validation of logic controllers using conformance test and closed-loop validation techniques. The specification model is written in the Grafcet language and the logic controller is assumed to be a Programmable Logic Controller (PLC). In order to contribute to these validation techniques, this thesis presents: - An axtension to a fomalization methods for Grafcet languages by translation to a Mealy machine. This extension generates a formal model of a Grafcet specification that is interpreted without search of stability. This mode of interpretation is not recommended by the standard IEC 60848 but is widely used in industrial applications. - A contribution to conformance test by a definition of a set of conformance relation based on the observation of several execution cycles for each test step. - A contribution to closed-loop validation by the definition of a termination criterion and by a new gray-box identification technique that is used for construction and analysis of the closed-loop system.

En raison de la complexité croissante des systèmes réactifs, le test est devenu un des éléments essentiels dans le processus de leur développement. Les tests de conformité avec des méthodes formelles concernent la correction du contrôle fonctionnel, par le biais des tests d'un système en boîte noire avec une spécification formelle du système. Les techniques passives de test sont utilisées lorsque l’exécution des systèmes testés ne peut pas être perturbée ou l'interface du système n'est pas fournie. Les techniques passives de test sont fondées sur l'observation et la vérification des propriétés du comportement d'un système sans interférer avec son fonctionnement normal. Les tests contribuent également à établir les comportements anormaux pendant l’exécution sur la base de l'observation de toute déviation d'un comportement prédéterminé. L'objectif principal de cette thèse est de présenter une nouvelle approche pour la mise en place des tests passifs fondés sur l'analyse des parties contrôle et données du système sous test. Au cours des dernières décennies, de nombreuses théories et outils ont été développés pour effectuer les tests de conformité. De fait, les spécifications ou les propriétés des systèmes réactifs sont souvent modélisés par différentes variantes de Labeled Transition Systems (LTS). Toutefois, ces méthodes ne prennent pas explicitement en compte les parties données du système, étant donné que le modèle sous-jacent de LTS n’est pas en mesure de le faire. Par conséquent, avec ces approches il est nécessaire d'énumérer les valeurs des données avant la modélisation du système. Cela conduit souvent au problème de l'explosion combinatoire de l'état-espace. Pour palier à cette limitation, nous avons étudié un modèle appelé Input-Output Symbolic Transition Systems (IOSTS) qui inclut explicitement toutes les données d'un système réactif. De nombreuses techniques de tests passives prennent uniquement en considération la partie du contrôle du système en négligeant les données, ou elles sont confrontées à une quantité énorme de données du processus. Dans notre approche, nous prenons en compte la partie contrôle et données en intégrant les concepts d'exécution symbolique et nous améliorons l'analyse de traces en introduisant des techniques de slicing des traces d’exécution. Les propriétés sont décrites à l'aide d'IOSTS et nous illustrons dans notre approche comment elles peuvent être testées sur l'exécution réelle des traces en optimisant l'analyse. Ces propriétés peuvent être conçues pour tester la conformité fonctionnelle d'un protocole ainsi que des propriétés de sécurité. Au-delà de l'approche théorique, nous avons développé un outil logiciel qui implémente les algorithmes présentés dans nos travaux. Enfin, comme preuve de concept de notre approche et de l'outil logiciel, nous avons appliqué les techniques à deux études de cas réels : le protocole SIP et le protocole Bluetooth / Due to the increasing complexity of reactive systems, testing has become an important part in the process of the development of such systems. Conformance testing with formal methods refers to checking functional correctness, by means of testing, of a black-box system under test with respect to a formal system specification, i.e., a specification given in a language with a formal semantics. In this aspect, passive testing techniques are used when the implementation under test cannot be disturbed or the system interface is not provided. Passive testing techniques are based on the observation and verification of properties on the behavior of a system without interfering with its normal operation, it also helps to observe abnormal behavior in the implementation under test on the basis of observing any deviation from the predefined behavior. The main objective of this thesis is to present a new approach to perform passive testing based on the analysis of the control and data part of the system under test. During the last decades, many theories and tools have been developed to perform conformance testing. However, in these theories, the specifications or properties of reactive systems are often modeled by different variants of Labeled Transition Systems (LTS). However, these methodologies do not explicitly take into account the system's data, since the underlying model of LTS are not able to do that. Hence, it is mandatory to enumerate the values of the data before modeling the system. This often results in the state-space explosion problem. To overcome this limitation, we have studied a model called Input-Output Symbolic Transition Systems (IOSTS) which explicitly includes all the data of a reactive system. Many passive testing techniques consider only the control part of the system and neglect data, or are confronted with an overwhelming amount of data values to process. In our approach, we consider control and data parts by integrating the concepts of symbolic execution and we improve trace analysis by introducing trace slicing techniques. Properties are described using Input Output Symbolic Transition Systems (IOSTSs) and we illustrate in our approach how they can be tested on real execution traces optimizing the trace analysis. These properties can be designed to test the functional conformance of a protocol as well as security properties. In addition to the theoretical approach, we have developed a software tool that implements the algorithms presented in this paper. Finally, as a proof of concept of our approach and tool we have applied the techniques to two real-life case studies: the SIP and Bluetooth protocol

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s'intéressent à la génération et à la mise en œuvre de séquences de test pour le test de conformité de contrôleurs logiques. Dans le cadre de ces travaux, le Grafcet (IEC 60848 (2002)), langage de spécification graphique utilisé dans un contexte industriel, a été retenu comme modèle de spécification. Les contrôleurs logiques principalement considérés dans ces travaux sont les automates programmables industriels (API). Afin de valider la mise en œuvre du test de conformité pour des systèmes de contrôle/commande critiques, les travaux présentés proposent: - Une formalisation du langage de spécification Grafcet. En effet, l'application des méthodes usuelles de vérification et de validation nécessitent la connaissance du comportement à partir de modèles formels. Cependant, dans un contexte industriel, les modèles utilisés pour la description des spécifications fonctionnelles sont choisis en fonction de leur pouvoir d'expression et de leur facilité d'utilisation, mais ne disposent que rarement d'une sémantique formelle. - Une étude de la mise en œuvre de séquences de test et l'analyse des verdicts obtenus lors du changement simultané de plusieurs entrées logiques. Une campagne d'expérimentation a permis de quantifier, pour différentes configurations de l'implantation, le taux de verdicts erronés dus à ces changements simultanés. - Une définition du critère de SIC-testabilité d'une implantation. Ce critère, déterminé à partir de la spécification Grafcet, définit l'aptitude d'une implantation à être testée sans erreur de verdict. La génération automatique de séquences de test minimisant le risque de verdict erroné est ensuite étudiée. / The works presented in this PhD thesis deal with the generation and implementation of test sequences for conformance test of logic controllers. Within these works, Grafcet (IEC 60848 (2002)), graphical specification language used in industry, has been selected as the specification model. Logic controllers mainly considered in these works are Programmable Logic Controllers (PLC). In order to validate the carrying out of conformance test of critical control systems, this thesis presents: - A formalization of the Grafcet specification language. Indeed, to apply usual verification and validation methods, the behavior is required to be expressed through formal models. However, in industry, the models used to describe functional specifications are chosen for their expression power and usability, but these models rarely have a formal semantics. - A study of test sequences execution and analysis of obtained verdicts when several logical inputs are changed simultaneously. Series of experimentation have permitted to quantify, for different configurations of the implantation under test, the rate of erroneous verdicts due to these simultaneous changes. - A definition of the SIC-testability criterion for an implantation. This criterion, determined on the Grafect specification defines the ability of an implementation to be tested without any erroneous verdict. Automatic generation of test sequences that minimize the risk of erroneous verdict is then studied.