Подход к автоматизации дедуктивной верификации процесс-ориентированных программ, основанный на шаблонах: шаблоны, леммы и алгоритмы

Процесс-ориентированное программирование — это подход к разработке управляющего программного обеспечения, в котором программа определяется как набор взаимодействующих процессов. PoST — это процесс-ориентированный язык, который является расширением языка ST из стандарта IEC 61131-3. В области разработки управляющего программного обеспечения формальная верификация играет важную роль вследствие необходимости обеспечения высокой надежности такого программного обеспечения. Дедуктивная верификация — это метод формальной верификации, в котором программа и требования к ней представляются в виде логических формул, а для доказательства того, что программа удовлетворяет требованиям, используется логический вывод. К управляющему программному обеспечению часто предъявляются темпоральные требования. Мы формализуем такие требования для процесс-ориентированных программ в виде инвариантов цикла управления. Но инварианты цикла управления, представляющие требования, недостаточны для доказательства корректности программы. Поэтому мы добавляем дополнительные инварианты, которые содержат вспомогательную информацию. В данной статье рассматривается проблема автоматизации дедуктивной верификации процесс-ориентированных программ. Предложен подход, в котором темпоральные требования задаются с использованием шаблонов требований, которые строятся из базовых шаблонов. Для каждого шаблона требований определяются соответствующий шаблон дополнительных инвариантов и леммы. В статье описан предлагаемый подход и схемы базовых и производных шаблонов требований. Рассмотрены схемы базовых шаблонов дополнительных инвариантов, схемы лемм, определяемых для базовых шаблонов, а также набор базовых шаблонов и леммы для них. Определены схема производных шаблонов дополнительных инвариантов и схемы лемм, определяемых для производных шаблонов. Представлены алгоритмы построения производных шаблонов дополнительных инвариантов и лемм для них, а также метод доказательства этих лемм. Рассмотрены схемы доказательства условий корректности. Предложенный подход демонстрируется на примере. Также проведен анализ связанных работ.