Static analysis techniques to verify mutual exclusion situations within SysML models

AVATAR is a real-time extension of SysML supported by the TTool open-source toolkit. So far, formal verification of AVATAR models has relied on reachability techniques that face a state explosion problem. The paper explores a new avenue: applying structural analysis to AVATAR model, so as to identify mutual exclusion situations. In practice, TTool translates a subset of an AVATAR model into a Petri net and solves an equation system built upon the incidence matrix of the net. TTool implements a push-button approach and displays verification results at the AVATAR model level. The approach is not restricted to AVATAR and may be adapted to other UML profiles

Méthodes de diagnostic avancées dans la validation formelle des modèles

Malgré l'existence d'un nombre important d'approches et outils de vérification à base de modèles, leur utilisation dans l'industrie reste très limitée. Parmi les raisons qui expliquent ce décalage il y a l'exploitation, aujourd'hui difficile, des résultats du processus de vérification. Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation des outils de vérification dans les processus actuels de modélisation de systèmes qui utilisent intensivement la validation à base de modèles. Nous établissons ensuite les limites des approches existantes, surtout en termes d'utilisabilité. A partir de cette étude, nous analysons les causes de l'état actuel des pratiques. Nous proposons une approche complète et outillée d'aide au diagnostic d'erreur qui améliore l'exploitation des résultats de vérification, en introduisant des techniques mettant à profit la visualisation d'information et l'ergonomie cognitive. En particulier, nous proposons un ensemble de recommandations pour la conception d'outils de diagnostic, un processus générique adaptable aux processus de validation intégrant une activité de diagnostic, ainsi qu'un framework basé sur les techniques de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) permettant une implémentation et une personnalisation rapide de visualisations. Notre approche a été appliquée à une chaîne d'outils existante, qui intègre la validation de modèles UML et SysML de systèmes temps réel critiques. Une validation empirique des résultats a démontré une amélioration significative de l'utilisabilité de l'outil de diagnostic, après la prise en compte de nos préconisations.A plethora of theoretical results are available which make possible the use of dynamic analysis and model-checking for software and system models expressed in high-level modeling languages like UML, SDL or AADL. Their usage is hindered by the complexity of information processing demanded from the modeller in order to apply them and to effectively exploit their results. Our thesis is that by improving the visual presentation of the analysis results, their exploitation can be highly improved. To support this thesis, we define a diagnostic trace analysis approach based on information visualisation and human factors techniques. This approach offers the basis for new types of scenario visualizations, improving diagnostic trace understanding. Our contribution was implemented in an existing UML/SysML analyzer and was validated in a controlled experiment that shows a significant increase in the usability of our tool, both in terms of task performance speed and in terms of user satisfaction. The pertinence of our approach is assessed through an evaluation, based on well-established evaluation mechanisms. In order to perform such an evaluation, we needed to adapt the notion of usability to the context of formal methods usability, and to adapt the evaluation process to our setting. The goal of this experiment was to see whether extending analysis tools with a well-designed event-based visualization would significantly improve analysis results exploitation and the results are meeting our expectations

UML/SysML semantic tunings

International audienceRecent years have seen a manifest increase in the use of modelling by the embedded systems industry. UML and SysML are two examples of languages used in this context. One of the reasons why the use of models is interesting is the possibility to perform early verification, validation and testing. A lot of work was devoted to developing theoretical results in verification and validation, and interesting results are available. Integrating these results in frameworks that take high-level models as an entry remains a challenging task, for several reasons that include the difficult scalability of the theoretical results. In previous work, we presented OMEGA 2, a framework that takes this challenge. Applying our framework on large industrial models revealed the fact that some features of the UML/SysML semantics which lead to bottlenecks in verification are not actually necessary in the models that we considered, thus leaving place for optimisations. This paper discusses the gap existing between the choices made in the general UML/SysML semantic framework and the actual needs of the users. We illustrate it based on the semantics of ports, for which we give a simplified version of the semantics. This semantics was implemented in our tools and we quantify the optimisation obtained when applying it to a set of case studies

Conception et vérification d'exigences de sûreté temporisées à base de contrats dans les modèles SysML

De nos jours, les systèmes informatiques croissent en taille et en complexité. Intégrés dans des dispositifs de différents domaines tels que l'avionique, l'aéronautique, l'électronique grand public, etc., ils sont souvent considérés comme critiques à l'égard de la vie humaine, des coûts et de l'environnement. Concevoir des systèmes embarqués temps-réel critiques sûrs et fiables est une tâche difficile, étant donné que leurs modèles sont souvent source d'erreurs. Une façon pour les concepteurs de contourner cette difficulté consiste à s'appuyer sur la modélisation compositionnelle de composants logiciels pilotée par les exigences. Le raisonnement à base de contrats permet de construire des composants sûrs à partir des exigences globales du système en interposant des spécifications abstraites et partielles entre les besoins du système et les composants eux-mêmes. Informellement, un contrat modélise le comportement abstrait d'un composant du point de vue de l'exigence à satisfaire (c.a.d garantie) dans un contexte donné (c.a.d. hypothèse). Les contrats peuvent être exploités pour décomposer et tracer les exigences au cours d'un développement itératif, mais aussi pour effectuer une vérification compositionnelle de la satisfaction des exigences. Dans cette thèse, nous présentons une méthodologie de raisonnement à base de contrats pour la conception et la vérification de systèmes sûrs développés en SysML. Ainsi, nous définissons en UML/SysML la syntaxe des contrats et des relations de raffinement entre contrats et/ou composants qui sont utilisées pour prouver la correction du système par rapport aux exigences. Ensuite, nous proposons un cadre formel qui modélise la sémantique d'un modèle UML/SysML étendu par des contrats selon une variante d'automates temporisés entrée/sortie et nous définissons la correspondance entre ces concepts. Nous formalisons les relations de raffinement par la relation d'inclusion de traces et nous prouvons leurs propriétés compositionnelles ce qui assure la correction de la méthodologie. L'approche est instanciée pour le profil OMEGA et la boîte à outils IFx2 qui génère partiellement les obligations de preuve. Finalement, plusieurs études de cas dont une issue de l'industrie complètent la théorie pour évaluer l'approche à base de contrats et ses résultats et les comparer aux méthodes classiques de model-checking.Nowadays computer systems grow larger in size and more complex. Embedded in devices from different domains like avionics, aeronautics, consumer electronics, etc., they are often considered critical with respect to human life, costs and environment. A development that results in safe and reliable critical real-time embedded systems is a challenging task, considering that errors are accidentally inserted in the design. A way for system designers to tackle this issue is to use a compositional design technique based on components and driven by requirements: it allows to infer from global requirements, component properties that must locally hold. Contract-based reasoning allows to compositionally derive correct components from global system requirements by interposing abstract and partial specifications for components. Informally, a contract models the abstract behavior a component exhibits from the point of view of the requirement to be satisfied (i.e. guarantee) in a given context (i.e. assumption). Contracts can be used to decompose and trace requirements during iterative design, but also to perform compositional verification of requirement satisfaction. In this thesis, we present a methodology for reasoning with contracts during system design and verification within SysML. Thus, we define the syntax for contracts in UML/SysML, as well as a set of refinement relations between contracts and/or components in order to prove the system's correctness with respect to requirements. Next, we provide a formal framework that models the semantics of a UML/SysML model extended with contracts as a mapping of the language concepts to a variant of Timed Input/Output Automata. The refinement relations are formalized based on the trace inclusion relation and compositional properties are proved to hold which ensures the soundness of the methodology. The approach is instantiated for the OMEGA Profile and IFx2 toolset with partial automatic generation of proof obligations. Finally, the approach is applied on several case studies, including an industry-grade system model, which show its efficiency by comparative verification results