L’augmentation de la complexité des systèmes temps-réel répartis embarqués (TR2E) et leur implication dans de nombreux domaines de notre quotidien imposent de nouvelles mé thodes de réalisation. Dans les domaines dits critiques (transport, médecine...) ces systèmes doivent satisfaire des contraintes dures pour garantir leur bon fonctionnement et éviter toutes défaillances qui engendreraient des conséquences financières ou humaines dramatiques. L’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) introduit le “modèle” - i.e. une description abstraite du système - et un ensemble d’outils (édition, transformation...) permettant la simplification et l’automatisation des étapes de conception, de validation et de génération du système. Ainsi, différentes abstractions du système sont élaborées dans des formalismes spécifiques de manière à couvrir un aspect du système et à permettre la réutilisation des outils d’analyse et de génération existants. Cependant, ces multiples représentations évoluent à des niveaux d’abstractions différents et il n’est pas toujours évident de mettre en corrélation système analysé et système généré. Ce travail de thèse exploite les concepts et les mécanismes offerts par l’IDM pour améliorer la fiabilité du processus de réalisation des systèmes critiques basé sur les modèles. L’approche que nous avons définie repose sur la définition du langage de modélisation architecturale et comportementale AADL-HI Ravenscar - un sous-ensemble du langage AADL (Architecture Analysis & Design Language) et de son annexe comportementale - contraint pour permettre conjointement l’analyse et la génération de l’ensemble des composants de l’application y compris de son exécutif, avec une sémantique proche d’un langage de programmation impératif... / The increasing complexity of distributed realtime and embedded (DRE) systems and their implication in various domains imply new design and development methods. In safety- criticial domains such as space, aeronautical, transport or medicine, their failure could result in the failure of the mission, or in dramatic damages such as human losses. This particular class of systems comes with strong requirements to satisfy safety, reliability and security properties. The Model-driven Engineering (MDE) introduces the concept of «model» - an abstract description of the system and a set of tools (editor, transformation engine, code generator) to simplify and automatize the design, the validation and the implementation of the system. Thus, various abstractions are realized using different domain-specific modeling languages in order to assess one particular aspect of the system and to re-use model-based analysis tools and generative technologies. These various representations may share some commonalities but the consistency between them is hard to validate (for example : Is the analyzed system the same as the generated one ?).This PhD thesis leverages MDE concepts and mechanisms, to enhance the reliability of the model-based development process of DRE systems. Our approach is based on the definition of the architectural and behavioral modeling language AADLHI Ravenscar, a restriction of AADL (Architecture Analysis & Design Language) and its behavioral annex. This subset of AADL constructs, comes up with a semantic close to the one of an imperative programming language, to drive both the analysis and the code generation of the application components and its relying execution platform (middleware) components...

Les systèmes embarqués critiques (utilisés dans le domaine avionique, militaire ou médical) doivent assurer une continuité de service et la sécurité des données qu'ils contiennent ou échangent. La garantie de ces exigences s'effectue au travers d'un processus de développement rigoureux qui s'attache à détecter et corriger toute erreur avant la mise en production du système. Toutefois, plusieurs exemples (explosion de la fusée Ariane 5, échec de la mission Mars Climate Orbiter} ont montré les limites de ces méthodes. De plus, l'augmentation des fonctionnalités fournies par ces systèmes complique la garantie de règles de sécurité et de sûreté. Ce travail de thèse propose une méthode de conception de systèmes critiques visant à faciliter le respect des politiques de sécurité et de sûreté dans la production de systèmes critiques. L'approche décrite au sein de ce manuscrit définit des règles de spécifications des systèmes sûrs et sécurisés qui sont utilisés au cours d'un cycle de développement qui (i) valide, (ii) implante et (iii) certifie automatiquement le système. La validation de l'architecture (i) assure la bonne constitution des spécifications et garantit leur faisabilité. L'implantation automatique (ii) génère le système à partir des spécifications validées, garantissant la bonne traduction des spécifications en code exécutable. L'aspect certification (iii) compare l'exécution du système avec ses spécifications et vérifie sa conformité avec les standards de certification inhérents aux systèmes critiques. Cette partie de notre approche assure que les systèmes implantés respectent les contraintes de sécurité et de sûreté décrites par l'utilisateur

La construction d'une application répartie fait en général intervenir une couche logicielle particulière, appelée intergiciel, qui prend en charge la transmission des données entre les différents noeuds de l'application. La conception d'applications pour les systèmes embarqués temps-réel implique la prise en compte de certaines contraintes spécifiques à ce domaine, que ce soit en terme fiabilité ou de dimensions à la fois temporelles et spatiales. Ces contraintes doivent notamment être respectées par l'intergiciel. L'objet de ces travaux est la description des applications temps-réel réparties embarquées en vue de configurer automatiquement l'intergiciel adéquat. L'étude se focalise sur la définition d'un processus de conception permettant d'intégrer les phases de description, de vérification et de génération de l'application complète. Pour cela, nous nous reposons sur le langage de description d'architecture AADL. Nous l'exploitons comme passerelle entre la phase de description de l'architecture applicative, les formalismes de vérification, la génération du code exécutable et la configuration de l'exécutif réparti. Nous montrons comment spécifier un exécutif pour AADL afin de produire automatiquement le code applicatif et l'intergiciel pour une application répartie. Nous montrons également comment exploiter ces spécifications pour produire un réseau de Petri afin d'étudier l'intégrité des flux d'exécution dans l'architecture. Afin de valider notre processus de conception, nous avons conçu et développé Ocarina, un compilateur pour AADL qui utilise l'intergiciel schizophrène PolyORB comme exécutif.

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Context.In the context of Software Architecture, AADL (ArchitectureAnalysis and Design Language) is one of the latest standards (SAE StandardAS5506) used for analyzing and designing of architectures of software sys-tems. Dependability evaluation of an avionic system, modeled in AADL, isconducted using petri nets standard PNML (ISO standard ISO/IEC15909-2).A maintainability analysis of PNML dependability model is also con-ducted. Objectives. In this study we investigate maintainability analysis of PNMLdependability model of an avionic system designed in AADL. Structural,functional, fault-tolerance and recovery dependencies are modeled, imple-mented, simulated and validated in PNML. Maintainability analysis withrespect to ‘changeability’ factor is also conducted. Methods.This study is a semi-combination of ’case-study’ and ’implemen-tation’ research methodologies. The implementation of case-study systemis conducted by modeling the case-study system in AADL using OSATE2tool and simulating the dependability models in PNML using Wolfgangtool. PNML dependability models are validated by comparing with GSPNdependability models of previously published research. Results. As a result of this research, PNML dependability model was ob-tained. The difficulties that influenced the research in AADL Error ModelAnnex and the OSATE2 tool are also analyzed and documented. PNMLand GSPN are compared for complexity. And maintainability analysis forPNML dependability model w.r.t ‘changeability’ factor is also an outcomeof this research. This research is recommended for software testing at ar-chitecture level as a standardized way for testing the software componentsfor faults and errors and their impact on dependable components. Conclusions. We conclude that PNML is an ISO standard and is the al-ternative for GSPN for dependability. Also, AADL Error Model Annex isstill evolving and there is a need of availability of proper literature publiclyfor better understanding. Also, PNML dependability model possesses the‘changeability’ factor of maintainability analysis and therefore it is able toadapt changes in the architecture. Also, dependability factors of a softwarecan be tested at architecture level using the standards; AADL and PNML

À l’heure actuelle et depuis plusieurs années, les nouveaux systèmes développés par les industriels ne cessent de se complexifier, de faire intervenir toujours plus de technologies différentes et cela, pour maximiser la rentabilité, améliorer les fonctionnalités, voire proposer de nouveaux services. L’approche d’ingénierie système à base de modèles (ISBM) adresse particulièrement ces problématiques et est de plus en plus plébiscitée par les industriels. Pour autant, l’ISBM ne permet pas d’assurer la sûreté de fonctionnement (SdF) de nos systèmes modernes. C’est pourquoi ces travaux visent à assurer la cohésion de l’ISBM avec les études de SdF ainsi que sa valorisation pour ces études. Le langage de modélisation SysML est choisi pour réifier l’ensemble des résultats des activités d’ingénierie système sous la forme d’un modèle système. Ce modèle système est ensuite manipulé par les processus de la méthodologie MéDISIS, définie dans la thèse, afin de faciliter les études de SdF. La thèse aborde notamment la génération d’AMDEC fonctionnelle et l’application de la méthodologie FIDES pour l’évaluation de fiabilité, avec l’aide de bases de données pérénisant les informations dysfonctionnelles. Les principes précédents sont aussi appliqués à un projet industriel conséquent : le projet LEA qui consiste à la réalisation d’un prototype de véhicule hypersonique. La thèse met l’accent sur l’étude de SdF des composants de type COTS qui sont courant au sein du projet LEA. / Nowadays, industrial systems are getting more and more complicated, integrating various technologies. Their designs involve many different engineering fields to maximize rentability and to offer the most up to date functionalities and services. The Model-Based System Engineering (MBSE) approach address specifically these issues by allowing a more global way of designing a complex system from many points of view. However, MBSE does not ensure dependability. That is the reason why, in this thesis, our work aims to connect the MBSE approach with dependability analysis. The SysML modeling language is used to reify the results of system engineering activities, to obtain a model of the system. This model is then computed to extract data that will help dependability analysis. These automatic processes of extraction and redaction are part of the MéDISIS methodology which is defined in this thesis. Two aspect of the MéDISIS methodology are discussed: the generation of functional FMEA and the use of the FIDES methodology in association with SysML to evaluate the failure rate of COTS. This work and the whole MéDISIS methodology are applied in the industrial context of the LEA project. This project, financed by MBDA, consists in designing an hypersonic vehicle.

Safety-critical systems require high quality and dependability levels, where system correctness and safety are major features to avoid any severe outcome. Time and cost are also important challenges that are imposed during the development process. Describing the behavior of a system in a high level provides a realistic vision and anticipation of the system. This presents a valuable opportunity for verifying the system before wasting the intended resources to develop the system. Architecture Description Languages (ADLs) provide the ability to comprise and represent the system level details of components, interactions and configuration. Architecture Analysis and Design Language (AADL) as a family member of ADLs proved its effectiveness in designing software intensive systems. In this report, we present a case study to validate “An Architecture-Based Verification Technique for AADL Specifications”. The technique involves a combination of model checking and model-based testing approaches adapted to an architectural perspective. The objectives of the verification process are 1) to ensure completeness and consistency of an AADL specification, and 2) to ensure conformance of an implementation with respect to its AADL specification. The technique has only been applied to small examples, and the goal of this thesis work is to validate it against a safety-critical system developed by a major vehicle manufacturer. Validation of the technique begins by investigating the system and specifying it in AADL. The defined verification criteria are subsequently applied to the AADL specification which drives the verification process. The case study presents interesting results while performing the model checking (the completeness and consistency checking). Conformance testing, on the other hand, could not be performed on the implemented system but is an interesting topic for future work.

AADL est dédié à la conception de haut niveau et l'évaluation de systèmes embarqués. Il permet de décrire la structure d'un système et ses aspects fonctionnels par une approche à base de composants. Des processus localement synchrones sont alloués sur une architecture distribuée et communiquent de manière globalement asynchrone (système GALS). Une spécificité du modèle polychrone est qu'il permet de spécifier un système dont les composants peuvent avoir leur propre horloge d'activation : il est bien adapté à une méthodologie de conception GALS. Dans ce cadre, l'atelier Polychrony fournit des modèles et des méthodes pour la modélisation, la transformation et la validation de systèmes embarqués. Cette thèse propose une méthodologie pour la modélisation et la validation de systèmes embarqués spécifiés en AADL via le langage synchrone multi-horloge Signal. Cette méthodologie comprend la modélisation de niveau système en AADL, des transformations automatiques du modèle AADL vers le modèle polychrone, la distribution de code, la vérification formelle et la simulation du modèle polychrone. Notre transformation prend en compte l'architecture du système, décrite dans un cadre IMA, et les aspects fonctionnels, les composants logiciels pouvant être mis en œuvre en Signal. Les composants AADL sont modélisés dans le modèle polychrone en utilisant une bibliothèque de services ARINC. L'annexe comportementale d'AADL est interprétée dans ce modèle via SSA. La génération de code distribué est obtenue avec Polychrony. La vérification formelle et la simulation sont effectuées sur deux études de cas qui illustrent notre méthodologie pour la conception fiable des applications AADL.

La production de systèmes temps-réel répartis embarqués (TR2E) est une opération lourde en temps et en coût de développement. De plus, les applications temps-réel doivent satisfaire des contraintes dures pour assurer leur bon fonctionnement (respect des échéances temporelles...). L'utilisation des langages de description d'architecture vise à réduire le coût de développement de ces applications. AADL (Architecture Analysis & Design Language) fait partie de cette famille de langages. Il propose la notion de ``composant'' (matériel ou logiciel) dont la sémantique bien définie permet de décrire plusieurs aspects d'un système TR2E. Les différentes contraintes qui doivent être satisfaites sont intégrées dans le modèle AADL sous forme de propriétés. Ce travail de thèse exploite les fonctionnalités offertes par AADL pour spécifier les besoins exacts d'une application AADL afin de la produire automatiquement. En effet, le processus de production que nous proposons (1) génère automatiquement le code pour intégrer les composants applicatifs à la plate-forme d'exécution, (2) génère automatiquement une importante partie des composants intergiciels taillés sur mesure pour l'application et (3) déploie automatiquement les composants applicatifs et intergiciels afin d'obtenir un système fortement dédié à l'application. Notamment, la plate-forme d'exécution supportant les composants AADL est elle même configurée statiquement en fonction des propriétés spécifiées. L'approche adoptée réduit le temps de développement et permet d'obtenir un code personnalisé et analysable. La configuration et le déploiement (souvent séparés du processus de développement) sont désormais automatiques et intégrés à la chaîne de production.

<p>Development of software-intensive systems such as embedded systems for telecommunications, avionics and automotives occurs under severe quality, schedule and budget constraints. As the size and complexity of software-intensive systems increase dramatically, the problems originating from the design and specification of the system architecture becomes increasingly significant. Architecture-based development approaches promise to improve the efficiency of software-intensive system development processes by reducing costs and time, while increasing quality. This paradox is partially explained by the fact that the system architecture abstracts away unnecessary details, so that developers can concentrate both on the system as a whole, and on its individual pieces, whether it's the components, the components' interfaces, or connections among components. The use of architecture description languages (ADLs) provides an important basis for verification since it describes how the system should behave, in a high level view and in a form where automated tests can be generated. Analysis and testing based on architecture specifications allow detection of problems and faults early in the development process, even before the implementation phase, thereby reducing a significant amount of costs and time. Furthermore, tests derived from the architecture specification can later be applied to the implementation to see the conformance of the implementation with respect to the specification. This thesis extends the knowledge base in the area of architecture-based verification. In this thesis report, an airplane control system is specified using the Architecture Analysis and Description Language (AADL). This specification will serve as a starting point of a system development process where developed architecture-based verification algorithms are applied.</p>