TINA (Time Petri Net Analyser) Vérification avec les outils TINA/Fiacre

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1 TINA (Time Petri Net Analyser) Vérification avec les outils TINA/Fiacre Bernard Berthomieu Didier le Botlan Silvano Dal Zilio François Vernadat École d été Temps Réel Inria Rennes Bretagne Atlantique Rennes Août 2015 (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

2 Processus de vérification 3 étapes : Modélisation modèle formel M de l application propriétés attendues P, dans la logique L Abstraction de M préservant les formules de L graphe d états abstraits fini A Vérification des formules P sur A (Model-Checking) VRAI ou un contre-exemple (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

3 Avec TINA Modèles formels Réseaux de Petri Temporels + Priorités, Données, Chronomètres Descriptions de haut niveau en FIACRE (compilées) Abstractions Graphes de couverture Espaces d états exacts Réductions ordre partiel Graphes de classes Vérification State/Event LTL (natif) Mu-Calcul (natif) exportation abstraction vers outils CADP, MEC (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

4 Réseaux de Petri Emetteur Tampon Recepteur 5 emis perdu recu Places = conditions Transitions = transforment les conditions Si Pre(t) M alors M t M Pre(t) + Post(t) Expriment nativement choix ET parallélisme (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

5 États (marquages) et transitions d états Emetteur Tampon Recepteur 5 emis perdu recu emis Emetteur Tampon Recepteur Emetteur Tampon Recepteur 4 5 emis perdu recu recu emis perdu recu Emetteur Tampon Recepteur 5 perdu emis perdu recu (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

6 Propriétés des réseaux de Petri Générales borné : le marquage de toute place est borné quasi-vivant : toute transition est tirable depuis un marquage atteignable pseudo-vivant : absence de blocages vivant : toute transition est quasi-vivante depuis tout marquage reïnitialisable : on peut toujours retrouver le marquage initial Spécifiques Atteignabilité : est ce que m est atteignable? Propriétés plus riches exprimées en logiques temporelles par ex. (t1 (p2 p3 + p4 p6)) (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

7 Réseaux de Petri Abstractions Abstractions Aussi... Graphes de couverture (bornes sup, détectent places non bornées) Graphes des marquages (espace d états exact) Réductions ordre partiel Ensembles persistants (blocages) Pas couvrants (blocages+) Pas persistants (blocages+) Analyse structurelle Surapproximations par ensembles semi-linéaires Méthodes symboliques (SDD) (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

8 Explorations implicites Réductions ordre partiel Exhaustif : 2 n états, n 2 n 1 transitions Ensembles persistants : (n + 1) états, n transitions Graphes de pas couvrants : 2 états, 1 transitions (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

9 Piscine Exact Pas couvrants Ens persistants Pas persistants tina -R tina -V tina -P tina -Q K = 10 Etats s K = 100 Etats 280M s K = 1000 Etats? 4M s? K = Etats? 400M s? (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

10 Réseaux Temporels (Merlin 74) RdP + Intervalles temporels Espaces d états infinis (temps dense) Caractère borné indécidable (mais conditions suffisantes) (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

11 États et transitions d états (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

12 E 0 = (m 0, I 0 ) m 0 : p 1, p 2 (2) I 0 : solutions en t 1 of États et transitions d états 4 t 1 9 t E 1 0 E1 = (m 1, I 1 ) avec (θ 1 [4, 9]) : m 1 : p 3, p 4, p 5 I 1 : solutions en (t 2, t 3, t 4, t 5) of 0 t t t t 5 3 t E 2 1 E2 = (m 2, I 2 ) avec (θ 2 [0, 2]) : m 2 : p 2, p 3, p 5 I 2 : solutions en (t 3, t 4, t 5) of max(0, 1 θ 2 ) t 3 3 θ 2 0 t 4 2 θ 2 0 t 5 3 θ 2 L échéancier (t 1.t 2, 5.0) est tirable. (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

13 TPNs Abstractions Abstractions : Graphes de classes d états Classe d état = ensemble d états classe = marquage (état discret) + polyèdre (information temporelle) Differentes constructions, préservant : Marquages + traces (LTL) (SCG [BM83] [BD91]) Marquages (SCG ) Marquages + états + traces (SSCG [BV03]) Marquages + états (SSCG ) Marquages + états + traces + branchements (CTL ) (ASCG [BV03]) Aussi : Espaces d états en temps discret Méthodes symboliques (BDD, préservent Marquages) Théorème : Abstractions finies ssi réseau est borné (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

14 Exemples C 0 = (p 0 p 3, {0 t 0 4, 5 t 2 6}) C 1 = (p 1 p 3, {3 t 1 4, 1 t 2 6}) C 2 = (p 2 p 3, {0 t 2 3}) C 3 = (p 2 p 4, {}) C 4 = (p 1 p 4, {0 t 1 3}) C 0 = (p 0 p 3, {0 t 0 0, 0 t 2 0}) C 1 = (p 1 p 3, {0 t 1 0, 1 t 2 3}) C 2 = (p 2 p 3, {3 t 2 6}) C 3 = (p 2 p 4, {}) C 4 = (p 1 p 4, {1 t 1 4}) C 5 = (p 1 p 3, {0 t 1 0, 0 t 2 < 1}) C 6 = (p 1 p 3, {0 t 1 0, 3 < t 2 4}) (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

15 Passage à niveau M M + LTL E E + LTL E + CTL M + LTL (discret) M + LTL (discret) tina -M tina -W tina -E tina -S tina -A tina -D tina -F Classes (1 train) Transitions Classes (2 trains) Transitions Classes (3 trains) Transitions Classes (4 trains) Transitions Classes (5 trains) Transitions Classes ?? (6 trains) Transitions ?? (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

16 Priorités Réseaux Temporels + Priorités (PrTPN) Priorités augmentent l expressivité des TPN (PrTPN bornés TA) Pour PrTPN, l écoulement du temps peut rendre une transition non tirable Abstractions Classes d états restent applicables (SSCG, ASCG, mais pas SCG) (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

17 Suspension et reprise de transitions Réseaux Temporels à Chronomètres (SwTPN) Une transition sensibilisée peut être Active ou Suspendue Applications : systèmes ordonnancés, préemption temporelle Abstractions Graphes de classes adaptables, MAIS accessibilité indécidable... Surapproximations fournissent des conditions suffisantes ou nécessaires (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

18 Time Transition System = Systèmes de Keller Prise en compte des données marquages états (vecteurs d entiers) transitions additives transitions arbitraires + contraintes temporelles à la TPN On perd : décidabilité du caractère borné en Tina : format tts = TPN + traitement de données synchronisé (en C) Abstractions Méthode des classes d états reste applicable (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

19 Vérification State/Event-LTL (CMU) Propositions atomiques d états (marquages des places) de transitions (transitions tirables) Opérateurs logiques et temporels Trace = suite alternée infinie d états et de transitions (Pour toute trace) P P vraie dans le premier état (transition) P P vraie dans le prochain état (transition) P P vraie dans tout état (transition) P P vraie dans un état (transition) au moins P P vraie infiniment souvent (P Q) Q répond à P Specification patterns : http ://patterns.projects.cis.ksu.edu (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

20 Le vérificateur SELT Formules S/E-LTL + arithmétique, e.g. (t1 (p2 p3 + p4 p6)) Contre exemples Abrégés - [] (t1 => <> t4); FALSE state 0: p1 p2*2 -t1... (preserving - t4 /\ t1)-> * [accepting] state 12: p3 p4 p5 -t5... (preserving - t4)-> state 12: p3 p4 p5 Peuvent être rejoués dans le simulateur Tina (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

21 TINA Toolbox nd (netdraw) Graphic and textual editor Of Time Petri Net or Transition Systems Drawing, printing functions Interfaced with other tools tina, sift (state space generators) (http :// Input : Petri nets + time, priorities, preemption, data (API) Builds : behavior abstractions, Preserving some classes of properties Output : in verbose form or in model-checkers formats selt, muse Model checkers for State/Event-LTL temporal logic and modal mu-calculus struct, plan, etc Structural analysis, Path analysis, converters, etc (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

22 Descriptions de haut niveau FIACRE (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

23 Fiacre Features Formally defined (semantics, compositional) Strongly typed Rich set of primitive data types Processes (basic components) Parameterized labelled automata State transitions expressed symbolically ; high-level constructions Labels for communication and/or synchronization May share variables with other components Components Hierarchically defined Specify interactions between components or process instances Constrain interactions (time, priorities) Control scope of shared variables (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

24 FIACRE : exemple process barrier_p [Down,Lower,Up,Raise: sync] is states up lowering down raising init up from up Down; to lowering from lowering Lower; to down from down Up; to raising from raising select Raise; to up [] Down; to lowering end component barrier [Down,Up: sync] is port Lower, Raise : none in [1,2] barrier_p [Down, Lower, Up, Raise] (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

25 Prospective Fiacre Edition & Simulation Interprétation des résultats de vérification au niveau Fiacre Connexions amont : AADL, SysML, Mauve,... Passage à l échelle Parallélisation : Exploration et vérification Représentation symbolique (diagrammes de décision) Vérification compositionnelle.../... Optimisation de modèles Simplification de modèles (réductions, etc) Prise en compte informations spécifiques (symétries, invariants) Interprétation abstraite, pour systèmes infinis (Fiacre) (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

26 Projets Polychrony SDL FIACRE Front Flac Frac LOTOS TTS CADP TINA (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1

27 Outils Liens Projets Topcased : Spices : OpenEmbeDD : openembedd.org Itemis : itemis-anr.org Quarteft : quarteft.loria.fr CESAR : OpenETCS : openetcs.org/ INGEQUIP, MOISE : (LAAS-CNRS) ETR 2015 TINA/Fiacre 25 Août / 1