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Les travaux présentés dans ce document portent sur la vérification<br />de modèles de systèmes sur puce, au niveau transactionnel (TLM).<br />Nous présentons le niveau transactionnel et ses variantes, et<br />rappelons en quoi ce nouveau niveau d'abstraction est aujourd'hui<br />nécessaire en plus du niveau de transfert de registre (RTL) pour<br />répondre aux contraintes de productivités et de qualités de plus en<br />plus fortes, et comment il s'intègre dans le flot de conception.<br /><br />Nous présentons un nouvel outil, LusSy, permettant la vérification<br />formelle de modèles transactionnels écrits en SystemC. Sa structure<br />interne s'apparente à celle d'un compilateur: Une partie frontale,<br />Pinapa, qui lit le programme source, une extraction de la<br />sémantique, Bise, dans notre formalisme intermédiaire \hpiom, une<br />série d'optimisations dans le composant Birth, et des générateurs<br />de code pour les outils de preuves pour Lustre et SMV.<br /><br />Lussy est conçu et écrit de manière à avoir aussi peu de limitation<br />que possible sur la forme du code SystemC accepté en entrée. \pinapa<br />utilise une approche innovante qui lui permet de s'affranchir de la<br />plupart des limitations dont souffrent les outils similaires.<br />L'extraction de la sémantique implémente plusieurs constructions TLM<br />qu'aucun autre outil disponible aujourd'hui ne gère. Il ne demande<br />pas d'annotation manuelle du code source, toute la chaîne étant<br />entièrement automatisée.<br /><br />Lussy est capable de prouver formellement des propriétés sur des<br />modèles de petites taille, et ses composants sont réutilisables pour<br />des outils de preuve compositionnelle, ou d'analyse de code autre<br />que le model-checking qui passeront mieux à l'échelle que l'approche<br />actuelle.<br /><br />Nous présentons les principes de chaque étape de la transformation,<br />ainsi que notre implémentation. Les résultats sont donnés pour des<br />exemples simples et petits, et pour une étude de cas de taille<br />moyenne, EASY. Les expérimentations avec Lussy nous ont permis de<br />comparer les différents outils de preuves que nous avons utilisés,<br />et d'évaluer l'efficacité des optimisations que nous avons<br />implémentées.

Les Réseaux de Régulation Biologique (RRB) sont communément utilisés en biologie systémique pour modéliser, comprendre et contrôler les dynamiques de production des protéines au sein des cellules. Bien qu'offrant une représentation très abstraite des systèmes biologiques, l'analyse formelle de tels modèles se heurte rapidement à l'explosion combinatoire des comportements engendrés. Cette thèse traite de la modélisation, de la simulation et de la vérification formelle des grands RRB à travers l'introduction d'un nouveau formalisme : les Frappes de Processus. La simplicité de ce formalisme permet notamment l'élaboration d'analyses statiques efficaces des systèmes complexes en général. Cette thèse aborde en premier lieu le raffinement du temps dans les modèles stochastiques via l'introduction d'un facteur d'absorption de stochasticité. Ceci apporte un compromis et une flexibilité entre des spécifications temporelles et stochastiques dans les modélisations hybrides. Une simulation générique (non-markovienne) des calculs de processus est alors proposée et appliquée aux Frappes de Processus. En outre de l'analyse statique des points fixes des Frappes de Processus, cette thèse développe une interprétation abstraite de ces Frappes de Processus permettant des approximations supérieures et inférieures très efficaces de propriétés d'atteignabilité discrète. Cette analyse permet également de faire émerger des composants requis pour la satisfaction de ces propriétés, guidant ainsi le contrôle du système. D'une complexité théorique limitée, cette approche promet de supporter l'analyse de très grands RRB et constitue une ainsi contribution qui ouvre sur de multiples perspectives.

Les technologies actuelles permettent l'intégration sur une même puce de systèmes complexes (SoCs) qui sont composés de blocs préconçus (IPs) pouvant être interconnectés grâce à un réseau sur la puce (NoCs). De manière générale, les IPs sont validés par diverses techniques (simulation, test, vérification formelle) et le problème majeur reste la validation des infrastructures des communications. Cette thèse se concentre sur la vérification formelle des réseaux sur puce à l'aide d'un outil de preuve automatique, le démonstrateur de théorèmes ACL2. Un méta-modèle pour les réseaux sur puce a été développé et implémenté dans ACL2. Il satisfait des propriétés de correction générique, conséquences logiques d'un ensemble d'obligations de preuve sur les constituants principaux du réseau (topologie, routage, technique de commutation,...). La preuve de correction pour une instance spécifique de réseau sur puce est alors réduite à la vérification de ces obligations de preuve. Cette thèse poursuit les travaux entrepris dans ce domaine en étendant ce méta-modèle dans plusieurs directions : prise en compte plus fine de la modélisation temporelle, du contrôle de flux, des mécanismes de priorités,... Les résultats sont démontrés sur plusieurs réseaux actuels : Hermes (Université fédérale du Rio Grande do Sul, Brésil et LIRMM) et Nostrum (Royal Institute Of Technology, Suéde).

Les travaux présentés dans ce mémoire s'intéressent aux mécanismes de redondance spécifiés par un protocole de réseau de terrain sur Ethernet. L'objectif est de valider la spécification par rapport à des exigences de disponibilité. Le contexte industriel des travaux nous a amenés à : 1) privilégier une validation par vérification formelle. Le model-checking temporel a été retenu. En effet, le caractère critique des applications industrielles pour lesquelles doit être intégré le protocole impose une vérification exhaustive des propriétés. Les nombreux paramètres temporels permettant de décrire le fonctionnement du protocole nous ont amenés à favoriser une technique prenant en compte le temps. 2) proposer une modélisation par automates temporisés modulaire ainsi qu'une méthode d'instanciation. Celles-ci permettent d'adapter facilement le modèle à vérifier à une architecture de réseau de terrain envisagée lors de la phase d'étude d'une affaire. 3) proposer des abstractions qui favorisent la vérification du modèle par le moteur de model-checking temporel. Les propriétés vérifiées traduisent l'aptitude des mécanismes de redondance à compenser une défaillance du médium ou de l'animation des échanges. Afin d'illustrer la pertinence de ces propositions, la méthode d'instanciation est appliquée à deux architectures et une campagne de vérifications est menée et analysée.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la vérification formelle de systèmes informatiques. Plus exactement nous nous intéressons au calcul de l'ensemble d'accessibilité d'automates étendus par des variables à domaines infinis. Bien que cet ensemble ne soit pas récursif en général, des techniques à base d'accélération permettent de le calculer en pratique. Cependant ces méthodes sont encore mal connues. Nous nous intéressons à l'étude de l'accélération, des points de vue théorique, algorithmique et implantation logicielle.

La vérification automatique est aujourd'hui devenue un domaine central de recherche en informatique. Depuis plus de 25 ans, une riche théorie a été développée menant à de nombreux outils, à la fois académiques et industriels, permettant la vérification de propriétés booléennes -- celles qui peuvent être soit vraies soit fausses. Les besoins actuels évoluent vers une analyse plus fine, c'est-à-dire plus quantitative. L'extension des techniques de vérification aux domaines quantitatifs a débuté depuis 15 ans avec les systèmes probabilistes. Cependant, de nombreuses autres propriétés quantitatives existent, telles que la durée de vie d'un équipement, la consommation énergétique d'une application, la fiabilité d'un programme, ou le nombre de résultats d'une requête dans une base de données. Exprimer ces propriétés requiert de nouveaux langages de spécification, ainsi que des algorithmes vérifiant ces propriétés sur une structure donnée. Cette thèse a pour objectif l'étude de plusieurs formalismes permettant de spécifier de telles propriétés, qu'ils soient dénotationnels -- expressions régulières, logiques monadiques ou logiques temporelles -- ou davantage opérationnels, comme des automates pondérés, éventuellement étendus avec des jetons. Un premier objectif de ce manuscript est l'étude de résultats d'expressivité comparant ces formalismes. En particulier, on donne des traductions efficaces des formalismes dénotationnels vers celui opérationnel. Ces objets, ainsi que les résultats associés, sont présentés dans un cadre unifié de structures de graphes. Ils peuvent, entre autres, s'appliquer aux mots et arbres finis, aux mots emboîtés (nested words), aux images ou aux traces de Mazurkiewicz. Par conséquent, la vérification de propriétés quantitatives de traces de programmes (potentiellement récursifs, ou concurrents), les requêtes sur des documents XML (modélisant par exemple des bases de données), ou le traitement des langues naturelles sont des applications possibles. On s'intéresse ensuite aux questions algorithmiques que soulèvent naturellement ces résultats, tels que l'évaluation, la satisfaction et le model checking. En particulier, on étudie la décidabilité et la complexité de certains de ces problèmes, en fonction du semi-anneau sous-jacent et des structures considérées (mots, arbres...). Finalement, on considère des restrictions intéressantes des formalismes précédents. Certaines permettent d'étendre l'ensemble des semi-anneau sur lesquels on peut spécifier des propriétés quantitatives. Une autre est dédiée à l'étude du cas spécial de spécifications probabilistes : on étudie en particulier des fragments syntaxiques de nos formalismes génériques de spécification générant uniquement des comportements probabilistes.

L'utilisation des méthodes formelles est de plus en plus courante dans le développement logiciel, et les systèmes de types sont la méthode formelle qui a le plus de succès. L'avancement des méthodes formelles présente de nouveaux défis, ainsi que de nouvelles opportunités. L'un des défis est d'assurer qu'un compilateur préserve la sémantique des programmes, de sorte que les propriétés que l'on garantit à propos de son code source s'appliquent également au code exécutable. Cette thèse présente un compilateur qui traduit un langage fonctionnel d'ordre supérieur avec polymorphisme vers un langage assembleur typé, dont la propriété principale est que la préservation des types est vérifiée de manière automatisée, à l'aide d'annotations de types sur le code du compilateur. Notre compilateur implante les transformations de code essentielles pour un langage fonctionnel d'ordre supérieur, nommément une conversion CPS, une conversion des fermetures et une génération de code. Nous présentons les détails des représentation fortement typées des langages intermédiaires, et les contraintes qu'elles imposent sur l'implantation des transformations de code. Notre objectif est de garantir la préservation des types avec un minimum d'annotations, et sans compromettre les qualités générales de modularité et de lisibilité du code du compilateur. Cet objectif est atteint en grande partie dans le traitement des fonctionnalités de base du langage (les «types simples»), contrairement au traitement du polymorphisme qui demande encore un travail substantiel pour satisfaire la vérification de type. / Formal methods are rapidly improving and gaining ground in software. Type systems are the most successful and popular formal method used to develop software. As the technology of type systems progresses, new needs and new opportunities appear. One of those needs is to ensure the faithfulness of the translation from source code to machine code, so that the properties you prove about the code you write also apply to the code you run. This thesis presents a compiler from a polymorphic higher-order functional language to typed assembly language, whose main property is that type preservation is verified statically, through type annotations on the compiler's code. Our compiler implements the essential code transformations for a higher-order functional language, namely a CPS conversion and closure conversion as well as a code generation. The thesis presents the details of the strongly typed intermediate representations and the constraints they set on the implementation of code transformations. Our goal is to guarantee type preservation with a minimum of type annotations, and without compromising readability and modularity of the code. This goal is already a reality for simple types, and we discuss the problems remaining for polymorphism, which still requires substantial extra work to satisfy the type checker.

De nos jours, les services Web sont très utilisés notamment par les entreprises pour rendre accessibles leurs métiers, leurs données et leurs savoir-faire via le Web. L'émergence des services Web a permis aux applications d'être présentées comme un ensemble de services métiers bien structurés et correctement décrits, plutôt que comme un ensemble d'objets et de méthodes. La composition automatique de services est une tâche complexe mais qui rend les services interopérables, ainsi leur interaction permet d'offrir une valeur ajoutée dans le traitement des requêtes des utilisateurs en prenant en compte des critères fonctionnels et non fonctionnels de la qualité de service. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons plus précisément aux services à base de localisation (LBS) qui permettent d'intégrer des informations géographiques, et de fournir des informations accessibles depuis des appareils mobiles via, les réseaux mobiles en faisant usage des positions géographiques de ces appareils. L'objectif de ce travail est de proposer une approche orientée modèles pour spécifier, valider et mettre en œuvre des processus de composition automatique de services à des fins de sécurité routière dans les transports. Cette approche est basée sur deux outils formels à savoir les Réseaux de Petri (RdP) et l'algèbre (max,+). Pour cela, nous préconisons l'utilisation des workflow patterns dans la composition, où chaque pattern est traduit par un modèle RdP et ensuite par une équation mathématique dans l'algèbre (max,+). Les modèles formels développés ont conduits, d'une part, à la description graphique et analytique des processus considérés, et d'autre part, à l'évaluation et la vérification quantitatives et qualitatives de ces processus. Une plateforme, appelée TransportML, pour la collaboration et l'interopérabilité de services à base de positionnement a été implémentée. Les résultats obtenus par la simulation des modèles formels sont comparés à ceux issus des simulations du fonctionnement de la plateforme et des expérimentations sur le terrain.Cette thèse est effectuée dans le cadre des projets Européens FP7 ASSET (2008-2011) et TeleFOT (2008-2012).

Nous proposons de nouveaux algorithmes et de nouvelles structures de données pour la vérifi cation formelle de systèmes réactifs nis sur architectures parallèles. Ces travaux se basent sur les techniques de véri cation par model checking. Notre approche cible des architectures multi-processeurs et multi-coeurs, avec mémoire partagée, qui correspondent aux générations de serveurs les plus performants disponibles actuellement. Dans ce contexte, notre objectif principal est de proposer des approches qui soient à la fois effi caces au niveau des performances, mais aussi compatibles avec les politiques de partage dynamique du travail utilisées par les algorithmes de génération d'espaces d'états en parallèle ; ainsi, nous ne plaçons pas de contraintes sur la manière dont le travail ou les données sont partagés entre les processeurs. Parallèlement à la défi nition de nouveaux algorithmes de model checking pour machines multi-coeurs, nous nous intéressons également aux algorithmes de vérifi cation probabiliste. Par probabiliste, nous entendons des algorithmes de model checking qui ont une forte probabilité de visiter tous les états durant la vérifi cation d'un système. La véri fication probabiliste permet des gains importants au niveau de la mémoire utilisée, en échange d'une faible probabilité de ne pas être exhaustif ; il s'agit donc d'une stratégie permettant de répondre au problème de l'explosion combinatoire.