memoire - Hardware Verification Group

UNIVERSITE DE TUNIS EL MANAR
M
ME EM MO OI IR RE E
Présenté à
L’ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE TUNIS
En vue de l’obtention du
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DI IP PL LO OM ME E D D’ ’E ET TU UD DE ES S A AP PP PR RO OF FO ON ND DI IE ES S
En
Systèmes de Communications
Option : Communication Optique et Micro-ondes
Par
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Ingénieur en Télécommunications de SUP'COM
Thème :
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VE ER RI IF FI IC CA AT TI IO ON N F FO OR RM ME EL LL LE E D DE ES S P PR RO OC CE ES SS SE EU UR RS S
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Soutenu le 24 mai 2001 devant le jury composé de :
Mme Mariem JAIDANE Présidente
Mme Monia TURKI Membre
M. Adel GHAZEL Membre
M. Sofiene TAHAR Membre
M. Samir KALLEL Invité

Dédicaces
A mes parents
et à MA

Avant-propos
ii
AAVANTVANT--PROPOSPROPOS
Le travail de recherche présenté dans ce mémoire a été
élaboré dans le cadre de la préparation d'un Diplôme d’Etudes
Approfondies en Systèmes de Communications de l'Ecole
Nationale d’Ingénieur de Tunis (ENIT) en collaboration avec
l’Ecole Supérieure des Communications de Tunis (SUP'COM)
et l’Ecole des Polytechniques de Tunisie (EPT). Le sujet de ce
travail de recherche concerne la vérification formelle d’un
processeur DSP (Digital Signal Processor).
Au terme de ce travail, nous tenons à remercier en particulier:
§ Madame Meriam JAIDANE, Professeur à l'ENIT, pour
l'honneur qu'elle nous fait en acceptant de présider le jury
de notre DEA.
§ Madame Monia TURKI, Maître-assistante à l'ENIT, pour
avoir bien voulu faire partie du jury et juger notre travail de
recherche.
§ Monsieur Sofiène TAHAR, Professeur à l'université de
Concordia au Canada, pour nous avoir offert l’occasion de
travailler sur ce sujet et pour toute l’aide technique et morale
qu'il nous a apporté tout au long de ce travail.
§ Monsieur Adel GHAZEL, Maître-assistant à SUP'COM, pour
son soutien et ses conseils précieux qui ont été d'un appui
inestimable dans l'élaboration de ce travail.
Enfin, nous tenons à exprimer notre reconnaissance à toutes
les personnes qui ont contribué de prés ou de loin à la réussite
de ce travail de DEA.

Résumé
iii
RRESUMEESUME
L'objectif de ce travail de recherche a été l'application de la
vérification formelle, aux processeurs de la famille ADSP 2100,
en utilisant la méthode du prouveur de théorème HOL (Higher
Order Logic). Une approche structurée a été mise en œuvre en
considérant l'architecture du DSP en tant que sous-unités.
Après une spécification détaillée de l'architecture interne et de
tout le jeu d'instructions machine une spécification formelle a
été établie pour les différentes unités et sous unités du DSP.
Les essais de l'approche de vérification formelle proposée dans
ce travail ont montré sa capacité à traiter des systèmes
complexes. De même les résultats obtenus ont permis de
confirmer que le fonctionnement des processeurs testés répond
bien aux spécifications du constructeur.
Mots clés : Vérification formelle, HOL (Higher Order Logic), prouveur de théorème,
processeur DSP, composants ADSP-2100.

Table des matières
iv
TTABLE DES ABLE DES MMAATIERESTIERES
AVANT-PROPOS ..................................................................................................................................................................II
RESUME.................................................................................................................................................................................III
TABLE DES MATIERES ..................................................................................................................................................IV
LISTE DES ILLUSTRATIONS......................................................................................................................................VII
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: :
: INTRODUCTION GENERALE...........................................................................................................1
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C
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2 2
2
: :
: CONTEXTE DE L’ETUDE ET POSITION DU PROBLEME...................................................4
2.1. IMPORTANCE ET UTILITE DE LA VERIFICATION.......................................................................................................4
2.1.1. La progression technologique ........................................................................................................................4
2.1.2. La complexité conceptuelle et le bon fonctionnement................................................................................5
2.1.3. La vérification : Evaluation et Obligation...................................................................................................5
2.2. ETAT DE L’ART DES APPLICATIONS DE VERIFICATION...........................................................................................6
2.2.1. La vérification par simulation........................................................................................................................6
2.2.2. La vérification formelle...................................................................................................................................8
2.2.3. Comparaison de la simulation et de la vérification formelle....................................................................9
2.3. OBJECTIFS ET MOTIVATIONS DE L’ETUDE D’UN DSP...........................................................................................10
2.3.1. Architecture de la famille ADSP-2100........................................................................................................10
2.3.2. Exemples d’application à base des processeurs ADSP-2100.................................................................12
2.3.3. Approches de vérification..............................................................................................................................14
2.4. LA STRUCTURE DU RAPPORT ET LA DEMARCHE DE L’ETUDE..............................................................................14
2.4.1. La structure du rapport.................................................................................................................................14
2.4.2. La démarche de l’étude .................................................................................................................................15
2.5. CONCLUSION..............................................................................................................................................................15
C
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3
: :
: CONCEPTS ET OUTILS DE LA VERIFICATION FORMELLE .........................................16
3.1. LA VERIFICATION FONCTIONNELLE ........................................................................................................................16
3.1.1. Etat de l’art......................................................................................................................................................16
3.1.2. L’approche formelle.......................................................................................................................................17
3.1.3. La vérification de modèle..............................................................................................................................19
3.1.4. La vérification par prouveur de théorèmes ................................................................................................19
3.2. L’OUTIL HOL.............................................................................................................................................................20
3.2.1. Le langage ML ................................................................................................................................................20
3.2.2. Le système HOL..............................................................................................................................................21
3.2.2.1. La logique HOL .........................................................................................................................................21
3.2.2.2. Le prouveur HOL.......................................................................................................................................22
3.2.2.3. La construction des preuves.......................................................................................................................23
3.2.3. Un simple exemple..........................................................................................................................................23
3.2.3.1. La spécification du hardware.....................................................................................................................24
3.2.3.2. La vérification du hardware.......................................................................................................................25
3.3. CONCLUSION..............................................................................................................................................................27
C
CCH HHA AAP PPI IIT TTR RRE EE 4 44 : :: SPECIFICATION DE LA FAMILLE DE PROCESSEURS ADSP-2100...............................28
4.1. ARCHITECTURE ET CARAC TERISTIQUES .................................................................................................................28