Compiling SyncCharts to Synchronous C

SyncCharts are a synchronous Statechart variant to model reactive systems with a precise and deterministic semantics. The simulation and software synthesis for SyncCharts usually involve the compilation into Esterel, which is then further compiled into C code. This can produce efficient code, but has two principal drawbacks: 1) the arbitrary control flow that can be expressed with SyncChart transitions cannot be mapped directly to Esterel, and 2) it is very difficult to map the resulting C code back to the original SyncChart. This paper presents an alternative software synthesis approach for SyncCharts that compiles SyncCharts directly into Synchronous C (SC). The compilation preserves the structure of the original SyncChart, which is advantageous for validation and possibly certification. The compilation assigns thread priorities according to the data dependencies. It optimizes both the number of used threads as well as the maximal used priorities, which corresponds to fast SC code with little memory requirements

Time for Reactive System Modeling

Reactive systems interact with their environment by reading inputs and computing and feeding back outputs in reactive cycles that are also called ticks. Often they are safety critical systems and are increasingly modeled with highlevel modeling tools. The concepts of the corresponding modeling languages are typically aimed to facilitate formal reasoning about program constructiveness to guarantee deterministic output and are explicitly abstracted from execution time aspects. Nevertheless, the worst-case execution time of a tick can be a crucial value, where exceedance can lead to lost inputs or tardy reaction to critical events. This thesis proposes a general approach to interactive timing analysis, which enables the feedback of detailed timing values directly in the model representation to support timing aware modeling. The concept is based on a generic timing interface that enables the exchangeability of the modeling as well as the timing analysis tool for the flexible implementation of varying tool chains. The proposed timing analysis approach includes visual highlighting and modeling pragmatics features to guide the user to timing hotspots for timing related model revisions

Automatisches Zeichnen von Graphen für modellgetriebene Softwareentwicklung

As shown previously by Fuhrmann, there are several concepts for increasing the productivity of MDE by improving the practical handling of models. The automatic layout of graph-based models is a key enabler in this context. However, there is a striking contrast between the abundance of research results in the field of graph layout methods and the current state of graphical modeling tools, where only a tiny fraction of these results are ever adopted. This thesis aims to bridge this gap on three separate levels: specialized layout algorithms, configuration management, and software infrastructure. Regarding layout algorithms, here we focus on the layer-based approach. We examine its extension to include ports and hyperedges, which are essential features of certain kinds of graphs, e.g. data flow models. The main contribution is the handling of constraints on the positioning of ports, which is done mainly in the crossing minimization and edge routing phases. Hyperedges are represented with normal edges, simplifying their handling but introducing inaccuracies for counting crossings. A final extension discussed here is a sketch-driven approach for simple integration of user interactivity. An abstract layout is the selection of a layout algorithm with a mapping of its parameters to specific values. We discuss a new meta model allowing to specify the structure of a graph as well as its abstract layout and its concrete layout, i.e. positioning data computed by the layout algorithm. This forms a basis for efficient management of layout configurations. Furthermore, we investigate an evolutionary algorithm for searching the solution space of abstract layouts, taking readability criteria into account for evaluating solutions. The software infrastructure developed here targets the connection of arbitrary diagram viewers (front-ends) with arbitrary graph layout algorithms (back-ends). The main challenge is to find suitable abstractions that allow such generality and at the same time keep the complexity as low as possible. We discuss a possible realization based on the Eclipse platform, which is used by several modeling tools, e.g. the Graphical Modeling Framework. A web-based survey has been conducted among users of the layout infrastructure in order to evaluate to what extent the stated goals have been met. The overall feedback collected from this survey is very positive.Wie bereits von Fuhrmann gezeigt, kann die Produktivität modellgetriebener Softwareentwicklung durch zahlreiche Konzepte zur Verbesserung der praktischen Handhabung von Modellen erhöht werden. Dabei ist das automatische Layout graphenbasierter Modelle ein zentraler Schlüssel. Allerdings gibt es einen bemerkenswerten Kontrast zwischen der Fülle an Forschungsergebnissen im Bereich des Graphen-Layout und dem aktuellen Stand graphischer Modellierungswerkzeuge, bei denen nur ein kleiner Teil dieser Ergebnisse übernommen wird. Das Ziel dieser Arbeit ist diese Lücke auf drei separaten Ebenen zu überbrücken: spezialisierte Layout-Algorithmen, Verwaltung von Konfigurationen und Software-Infrastruktur. Im Bezug auf Layout-Algorithmen liegt der Schwerpunkt auf dem Layer-basierten Ansatz. Wir untersuchen dessen Erweiterung zur Unterstützung von Ports und Hyperkanten, was wesentliche Bestandteile bestimmter Arten von Graphen sind, z.B. Datenflussmodelle. Der Hauptbeitrag ist die Einbeziehung von Bedingungen für die Positionierung von Ports, vor allem während der Kreuzungsminimierung und der Kantenführungsphase. Hyperkanten werden durch normale Kanten repräsentiert, was deren Verarbeitung vereinfacht aber Ungenauigkeiten beim Zählen von Kreuzungen verursacht. Als letzte Erweiterung betrachten wir einen Sketch-basierten Ansatz für die einfache Integration von Nutzerinteraktivität. Ein abstraktes Layout ist die Auswahl eines Layout-Algorithmus zusammen mit einer Abbildung seiner Parameter auf konkrete Werte, während ein konkretes Layout Positionsdaten beschreibt, die von einem Algorithmus berechnet wurden. Wir diskutieren ein neues Metamodell, mit dem sowohl die Struktur als auch das abstrakte sowie das konkrete Layout eines Graphen spezifiziert werden kann. Dies bildet eine Grundlage für die effiziente Verwaltung von Layout-Konfigurationen. Zudem untersuchen wir einen evolutionären Algorithmus für die Suche im Lösungsraum abstrakter Layouts, wobei zur Bewertung von Lösungen Ästhetikkriterien ausgewertet werden. Die in dieser Arbeit entwickelte Software-Infrastruktur hat als Ziel, beliebige Graphen-basierte Diagramme (front-ends) mit beliebigen Layout-Algorithmen (back-ends) zu verbinden. Die größte Herausforderung dabei ist das Finden geeigneter Abstraktionen, die eine solche Allgemeingültigkeit erlauben und gleichzeitig die Komplexität so niedrig wie möglich halten. Wir betrachten eine mögliche Realisierung, die auf Eclipse basiert, eine von vielen Modellierungswerkzeugen verwendete Plattform. Eine Web-basierte Umfrage wurde unter Nutzern der Layout-Infrastruktur durchgeführt, um zu untersuchen inwieweit die gesteckten Ziele erfüllt worden sind. Die allgemeine Resonanz zu dieser Umfrage ist sehr positiv

SCCharts: Language and Interactive Incremental Compilation

Safety-critical systems are a subclass of reactive systems, a dominating class of computer systems these days. Such systems control the airbags in our cars, the flaps of an aircraft, nuclear power plants or pace makers. Software for these systems must be reliable. Hence, a language and tooling is needed that allows to build and maintain reliable software models. Furthermore, a reliable compiler is required to obtain decent machine-understandable and executable code from highly abstract models. This thesis presents SCCharts, a Statecharts-based synchronous and visual modeling language for specifying and designing safety-critical systems and for deriving their implementations. It elaborates on why a control-flow oriented and synchronous language is desirable and how incremental language features are chosen to flatten learning curve. It presents an interactive incremental model transformation based compilation approach termed SLIC. It shows how SLIC helps in supporting both, the modeler and the tool smith for building reliable models and maintaining a reliable compiler, respectively. A SLIC-based compiler for SCCharts including its high-level model transformations is presented. Furthermore, practicality aspects of the KIELER SCCharts language and tooling implementation complete the considerations to validate the proposed approach.Sicherheitskritische Systeme sind eine Unterklasse von reaktiven Systemen, welche heutzutage eine der wichtigsten und größten Klasse von Computersystemen darstellt. Solche Systeme kontrollieren die Airbags unserer Autos, die Landeklappen eines Passagierflugzeugs, Kernkraftwerke oder Herzschrittmacher. Software für solche Systeme muß absolut zuverlässig sein. Daher werden Computersprachen und Werkzeuge benötigt, die es erlauben, zuverlässige Softwaremodelle zu erstellen und zu warten. Weiterhin braucht es zuverlässige Kompiler, die aus solchen abstrakten Modellen korrekten maschinenlesbaren und ausführbaren Code erzeugen. Mit SCCharts präsentiert diese Arbeit eine zustandsmaschinenbasierte und synchrone Modellierungssprache für den Entwurf und zur Implementierung sicherheitskritischer Systeme. Es wird betrachtet, warum sich dafür eine kontrollflußorientierte und synchrone Sprache besonders gut eignet und welche Wahl inkrementeller Sprachbestandteile die Lernkurve senken können. Die Arbeit zeigt, wie ein als SLIC bezeichneter, interaktiver, inkrementeller und auf Modelltransformationen basierender Kompilierungsansatz sowohl dem Modellierer dabei helfen kann, zuverlässige Modelle zu erstellen, als auch den Werkzeugentwickler darin unterstützt, einen zuverlässigen Kompiler bereit zu stellen. Es wird ein auf SLIC basierender SCCharts Kompiler inklusive seiner high-level Modelltransformationen vorgestellt. Weiterhin wird der vorgestellte Ansatz mit Hilfe der beispielhaft umgesetzten KIELER SCCharts Sprach- und Werkzeugimplementierung auf seine Praktikabilität hin überprüft