Towards a Correct-by-Construction design flow : A case-study from railway signaling systems

As technological advancements and manufacturing techniques continues to bring us more complex and powerful hardware, software engineers struggle to keep up with this rapid progress and reap the benefits brought by this hardware. In the field of safety-critical system development, where a thorough understanding and deterministic nature of the hardware often is required, the cost of development closely relates to the complexity of the hardware used. For software developers to be able to reap the benefits of the technological advancement in hardware design, a Correct-by-Construction with a model- based design flow seem promising. Even though there seem to be significant benefits in using a Correct-by-Construction workflow for developing safety- critical systems, it is far from exclusively used within the industry. Therefore, this thesis illustrates how a model-based design flow should be applied when developing safety-critical systems for usage in the rail transport sector. This thesis also explores the benefits Correct-by-Construction can bring to the development process of safety-critical systems. Within this thesis, two different modeling tools, ForSyDe and Simulink, were used to achieve a model-based design flow. The functionality of these tools is investigated to see how they can be used for developing safety-critical systems, meeting the EN 50128 standard. The result presented is an example of how these tools can be used within a model-based design flow which meets the EN 50128 standard for developing Safety Integrity Level (SIL) 4 systems. The thesis also compares the tools investigated and highlights their differences. Finally, future work required to create a complete Correct-by-Construction workflow that complies with the EN 50128 standard requirements for system development is identified. Allt eftersom teknologiska framsteg och tillverkningstekniker fortsätter att ge oss tillgång till mer komplex och kraftfull hårdvara så kämpar mjukvaruingenjörer fibrilit med att kunna hänga med i denna utvecklingstakt och kunna utnyttja de nya möjligheterna som denna nya hårdvara ger. Inom fältet för säkerhetskritiska system, där en genomgående förståelse av och deterministiska egenskaper för hårdvara ofta krävs, så är kostnaden för utveckling nära relaterat till komplexiteten för hårdvaran som används. För att kunna ta till vara på de fördelar som dessa nya teknologiska framsteg för med sig så föreslås ofta användningen av utvecklingsprocessen Korrektvid- Konstruktion. Även fast det verkar finnas stora fördelar med att använda Korrekt-vid-Konstruktion som utvecklingsprocess så har det inte sett en bred användning inom industrin. På grund av detta så försöker denna avhandling svara på hur ett modelleringsbaserat utvecklingsflöde kan användas vid utveckling av säkerhetskritiska system för tågtransportsektorn. Arbetet undersöker även fördelarna med användningen av Korrekt-vid-Konstruktion vid utveckling av säkerhetskritiska system. Arbetet i denna avhandling undersöker hur två olika modeleringsverktyg, ForSyDe och Simulink, kan användas i ett modeleringsbasert utvecklingsflöde. Funktionaliteten för dessa modeleringsverktyg undersöks för att se hur dem kan användas för utveckling av säkerhetskritiska system på ett sätt som klarar av kraven i EN 50128 standarden. Resultaten som presenteras är ett exempel på hur dessa verktyg kan användas i ett modeleringsbaserat utvecklingsflöde som möter kraven i EN 50128 standarden för utveckling av SIL 4 system. Arbetet jämför även de undersökta modeleringsverktygen för att påvisa deras skillnader. Till sist så beskrivs det framtida arbete som krävs för att få till en komplett utvecklingsprocess som är Korrekt-vid-Konstruktion och även möter systemutvecklingskraven i EN 50128 standarden