Entwurf eingebetteter Systeme: Ausführbare Modelle und Fehlersuche

Graphische Modelle können mit Hilfe modellgetriebener Ansätze als Programmiersprachen für eingebettete Systeme genutzt werden. Die Arbeit schließt vorhandene Lücken und liefert einen Beitrag zur Zustandsvisualisierung während der Laufzeit zum Zweck der Fehlersuche in solchen Modellen. Dieser resultiert in der flexiblen Debugging-Architektur ModelScope. Die Leistungsfähigkeit von ModelScope wird durch Anbindung unterschiedlicher Modellierungsparadigmen und Ausführungsplattformen validiert

Eine Technologie für das durchgängige und automatisierte Testen eingebetteter Software

Eingebettete Systeme unterliegen Anforderungen, die den Test der Software erforderlich machen. Zur Automatisierung werden dabei verschiedene Technologien eingesetzt: Für den Test nah am Quelltext sind spezielle Unit-Test Werkzeuge erforderlich, der Test von Steuer- und Regelfunktionen erfordert Model-, Software- und Hardware-in-the-Loop Werkzeuge. In dieser Arbeit wird deren Integrierbarkeit untersucht. Der Fokus liegt auf einer neuen Programmiersprache zur Implementierung von Testfällen

Entwurfsmethodik für hybride Software- und Systemarchitektur

Die Softwaretechnik gewinnt in der Automobilindustrie durch Trends wie das automatisierte Fahren und die Vernetzung von Fahrzeugen mit der Infrastruktur weiter an Bedeutung. Software-basierte Funktionen müssen dabei neben der Implementierung und dem Test in einer frühen Phase der Entwicklung im Rahmen eines gemeinsamen Systems aus Softwarekomponenten und Steuergeräten entworfen werden. Die Spezifikation von Kommunikationsbeziehungen zwischen Softwarekomponenten wird heute über den Ansatz einer Signal-orientierten Architektur erreicht. Die vorliegende Arbeit analysiert das hierzu entsprechende Entwurfsmodell und entwickelt es zu einem hybriden Modell aus Signal- und Service-Orientierung weiter. Die Modellentwicklung wird weitergehend durch eine Entwurfsmethodik gestützt und im Rahmen des Systementwurfs in das V-Modell eingebunden. Hierdurch entsteht eine Alternative zur heutigen Spezifikation von Kommunikationsbeziehungen auf Basis von Signalen durch Services. Speziell bei Änderungen tragen diese den Vorteil, dass Folgeanpassungen an den Kommunikationsschnittstellen eines Steuergeräts reduziert werden. Die Softwareimplementierung, welche heute durch eine strikte Synchronisation mit der Entwicklung und Weiterentwicklung von Steuergeräten beeinflusst ist, wird dadurch vereinfacht

Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Design Models (POTAD)

One answer to many current challenges in the electronic domain of automotive development, is a continuous model-based engineering process that integrates models of system and software development. A system model describes by the use of the logical system architecture the func-tions of a vehicle and through the technical system architecture the realising electronics, such as control units, sensors/actuators and data busses. During software development, a software design model for selected functions of the logical system architecture must be constructed with consideration of the technical architecture and further requirements. Current model-based development approaches claim to automate the transition between different development phases by the concept of model transformations. This concept lends itself to generate a skele-ton of the software design model from the system architecture model, thereby automating a part of the software engineering activities. The analysis of this work shows that the collected domain specific requirements, which must be made on a model transformation mechanism for such a scenario, are not fulfilled by current approaches. The approach taken in this work, the Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) uses the system architecture as an analysis model within software development and systemizes the connection with the design model on the basis of analysis and design patterns. By means of this systematisation, a POTAD transformation rule instantiates for an analysis pattern different design patterns under consideration of non-functional requirements and the technical system architecture. At the same time, links between an analysis and design pattern are created, which are used to trace design decision later. The feasibility of the solution is shown by a prototype, which follows the POTAD development process and executes the transformation rules formulated in the POTAD transformation lan-guage.POTAD was verified by several student works based on a case study, which covers typical characteristics of the examined domain. The results of these works showed the suitability and improved the methodology as well as the transformation language and pointed out the limits of the approach taken.Eine Antwort auf viele aktuelle Anforderungen im Elektrik/Elektronik-Bereich der Fahrzeugent-wicklung ist ein durchgängig modellbasierter Entwicklungsprozess, der Modelle der System- und Softwareentwicklung integriert. Ein Systemmodell beschreibt mit der logischen System-architektur die Funktionen eines Fahrzeugs und mit der technischen Systemarchitektur die realisierende Elektrik/Elektronik, wie z. B. Steuergeräte, Sensoren/Aktoren und Bussysteme. Im Rahmen der Softwareentwicklung muss für einzelne Funktionen aus der logischen System-architektur unter Berücksichtigung der technischen Systemarchitektur und weiterer An-forderungen ein Softwaredesignmodell erstellt werden. Aktuelle modellbasierte Entwicklungs-ansätze versprechen mit Hilfe des Konzepts der Modelltransformation den Übergang zwischen Modellen unterschiedlicher Entwicklungsphasen automatisieren zu können. Dieses Konzept bietet sich dazu an, aus einem Systemarchitekturmodell ein Grundgerüst eines Softwaredesign-modells zu erzeugen und damit einen Teil der Softwareentwicklungsaktivitäten zu auto-matisieren.Die Analyse dieser Arbeit zeigt, dass die erarbeiteten domänenspezifischen Anforderungen, die für solch ein Szenario an einen Modelltransformationsmechanismus gestellt werden müssen, durch aktuelle Ansätze nicht vollständig erfüllt werden. Der eigene Ansatz Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) verwendet die logische Systemarchitektur im Rahmen der Softwareentwicklung als Analysemodell und systematisiert dessen Zusammenhang mit dem Designmodell auf der Basis von Analyse- und Designmustern. Für ein im Analysemodell gefundenes Analysemuster instanziiert eine POTAD-Transformationsregel mit Hilfe dieser Systematik in Abhängigkeit nichtfunktionaler An-forderungen und der technischen Systemarchitektur unterschiedliche Designmuster im Design-modell. Gleichzeitig werden Verknüpfungen zwischen den Analyse- und Designmustern angelegt, die zur späteren Verfolgung von Designentscheidungen genutzt werden. Anhand eines dem POTAD-Entwicklungsprozess folgenden Prototyps, der die in der POTAD-Transformationssprache formulierten Regeln ausführen kann und die Verfolgbarkeit werkzeug-seitig unterstützt, wird die Realisierbarkeit des Lösungsansatzes gezeigt. POTAD wurde durch studentische Arbeiten anhand einer Fallstudie überprüft, die typische Eigenschaften der betrachteten Domäne abdeckt. Die Ergebnisse dieser Arbeiten haben die Tauglichkeit von POTAD gezeigt, die Methodik und die Transformationssprache verbessert und Grenzen aufgezeigt

Modellgetriebene Softwareentwicklung für Lego NXT

Model Driven Software Development (MDSD) soll die Hemmschwelle für die Anwendung von komplexen Frameworks reduzieren und den Weg für fachliche Modellierung frei machen. Aus Modellen werden dabei fehlerfreie, architekturkonforme Programme generiert. Die verwendete Generatortechnologie jedoch stellt aufgrund komplizierter Buildvorgänge selbst ein Lernhindernis dar, das die Nutzerakzeptanz modellgetriebener Entwicklungsumgebungen reduziert, in einer Erprobungsphase vielleicht sogar verhindert. In dieser Arbeit wird der Aufbau einer vollintegrierten Entwicklungsumgebung für Lego Mindstorms Roboter beschreiben. Die Benutzergruppe der Lego Robotikprogrammierer stellt aufgrund ihrer intrinsischen Motivation besonders hohe Anforderungen an die Benutzerfreundlichkeit. Ein Vergleich mit der Lego eigenen Sprache NXT-G soll die Vorteile der modellgetriebenen Entwicklung zeigen. --

Agenda-driven case management

Im Gegensatz zu Routinetätigkeiten lassen sich wissensintensive Geschäftsprozesse – also Prozesse mit einem hohen Anteil an wissensintensiven Tätigkeiten, die von sogenannten Wissensarbeitern durchgeführt werden – nur schwer durch IT unterstützen. Das liegt vor allem daran, dass über den konkreten Lösungsweg und die dafür benötigten Daten nichts oder nur wenig im Vorfeld bekannt ist. Zwei wesentliche Ursachen hierfür sind, dass erstens der Ablauf von sehr vielen Parametern abhängig ist und dass zweitens diese Parameter sich auch über die Zeit verändern können. Solche Prozesse lassen sich unter anderem bei Trägern von Sozialleistungen oder in der privaten Versicherungswirtschaft beobachten. Dort steuern als Case Manager bezeichnete Wissensarbeiter komplizierte Leistungsfälle und koordinieren erforderliche Maßnahmen so, dass die Leistungen wirtschaftlich und bedarfsgerecht erbracht werden. Case Manager sind aufgrund ihrer Erfahrung, ihres breitgefächerten Fachwissens und der starken Vernetzung mit anderen Experten in der Lage, die wesentlichen Parameter der Prozesse zu erkennen, deren Veränderung stets nachzuverfolgen und den Ablauf entsprechend anzupassen. Wie in der Dissertation gezeigt wird, können wissensintensive Prozesse nicht mit den herkömmlichen Methoden des Process Mining analysiert und mit Workflow-Managementsystemen unterstützt werden. Deshalb werden neue Konzepte und alternative Ansätze vorgestellt und erprobt, um solche Prozesse analysierbar zu machen und Case Manager bei deren Ausführung zu unterstützen. Die zentralen Beiträge der Dissertation sind ein Metamodell mit den adCM-Grundkonzepten, ein Konzept zur anwendungsübergreifenden Protokollierung der Aktivitäten eines Case Managers unter Berücksichtigung des Metamodells (Monitoring), eine Methode zur Messung von Ereignisprotokollkomplexität, eine Methode zur Erhebung von Wissen über den Prozess auf Grundlage der Ereignisprotokolle (Discovery) und eine Werkzeugarchitektur zur operativen Unterstützung von Wissensarbeitern, um das Wissen über den Prozess kontextbezogen bereitzustellen

Co-Konfiguration von Hardware- und Systemsoftware-Produktlinien

Hardwarearchitekturen im Kontext von Eingebetteten Systemen werden immer komplexer und bewegen sich zukünftig immer häufiger in Richtung von Multi- oder Manycore-Systemen. Damit diese Systeme ihre optimale Leistungsfähigkeit – für die oftmals speziellen Aufgaben im Kontext von Eingebetteten Systemen – ausspielen können, beschäftigen sich ganze Forschungszweige mit der anwendungsspezifischen Maßschneiderung dieser Systeme. Insbesondere die Popularität von Hardwarebeschreibungssprachen trägt dazu ihren Teil bei. Jedoch ist die Entwicklung von solchen Systemen, selbst bei der Verwendung von Hardwarebeschreibungssprachen und der damit verbundenen höheren Abstraktionsebene, aufwendig und fehleranfällig. Die Verwendung von Hardwarebeschreibungssprachen lässt allerdings die Grenze zwischen Hard- und Software verschwimmen, denn Hardware kann nun – ähnlich wie auch Software – in textueller Form beschrieben werden. Dies eröffnet Möglichkeiten zur Übertragung von Konzepten aus der Software- auf die Hardwareentwicklung. Ein Konzept um der wachsenden Komplexität im Bereich der Softwareentwicklung zu begegnen, ist die organisierte Wiederverwendung von Komponenten, wie sie in der Produktlinienentwicklung zum Einsatz kommt. Inwieweit sich Produktlinienkonzepte auf Hardwarearchitekturen übertragen lassen und wie Hardware-Produktlinien entworfen werden können, soll in dieser Arbeit detailliert untersucht werden. Die Vorteile der Produktlinientechniken, wie die Möglichkeit zur Wiederverwendung von erprobten und zuverlässigen Komponenten, könnten so auch für Hardwarearchitekturen genutzt werden, um die Entwicklungskomplexität zu reduzieren und so mit erheblich geringerem Aufwand spezifische Hardwarearchitekturen entwickeln zu können. Zudem kann durch die gemeinsame Codebasis einer Produktlinie eine schnellere Markteinführungszeit unter geringeren Entwicklungskosten realisiert werden. Auf Basis dieser neuen Konzepte beschäftigt sich diese Arbeit zudem mit der Fragestellung, wie zukünftig solche parallelen Systeme programmiert und automatisiert optimiert werden können, um den Entwickler von der Anwendung über die Systemsoftware bis hin zur Hardware mit einer automatisierten Werkzeugkette bei der Umsetzung zu unterstützen. Im Fokus stehen dabei die in dieser Arbeit entworfenen Techniken zur durchgängigen Konfigurierung von Hardware und Systemsoftware. Diese Techniken beruhen im Wesentlichen auf den Programmierschnittstellen zwischen den Schichten, deren Zugriffsmuster sich statisch analysieren lassen. Die so gewonnenen Konfigurationsinformationen lassen sich dann zur automatisierten Maßschneiderung der Systemsoftware- und Hardware-Produktlinie für ein spezifisches Anwendungsszenario nutzen. Die anwendungsspezifische Optimierung der Systeme wird in dieser Arbeit mittels einer Entwurfsraumexploration durchgeführt. Der Fokus der Entwurfsraumexploration liegt allerdings nicht allein auf der Hardwarearchitektur, sondern umfasst ebenso die Softwareebene. Denn neben der Maßschneiderung der Systemsoftware, wird auch die auf einer parallelen Programmierschnittstelle aufsetzende Anwendung innerhalb der Entwurfsraumexploration automatisch skaliert, um die Leistungsfähigkeit von Manycore-Systemen ausschöpfen zu können

Middleware für Ubiquitäre Systeme: Ein Modellgetriebener Ansatz

Dieser Dissertation liegt die Hypothese zugrunde, dass modell-getriebene Softwareentwicklung (MDSD) den Widerspruch zwischen "top-down"- und "bottom-up"- Entwicklung durch einen "middle-out" Ansatz auflöst, welcher zwischen Technologie und Abstraktion vermittelt. MDSD wird als Mittel verwendet, um Middleware für Ubiquitäre Systeme auf dem einen Turm von Modellen zu bauen, ohne den Bezug zur konkreten Technologie zu verlieren

A comprehensive description of a model-based, continous development process for AUTOSAR systems with integrated quality assurance

Der AUTOSAR-Standard definiert neben einer durchgängig werkzeuggestützten und modellbasierten Methodik zur Entwicklung von Steuergeräte-Software eine technische Infrastruktur als standardisierte Steuergeräte-Basissoftware zur Implementierung dieser Systeme im Automobil. Die wesentlichen Herausforderungen in der Entwicklung automotiver Systeme ergeben sich dabei nicht nur aus der stetig steigenden Menge korrekt umzusetzender Funktionalität, sondern auch aus der wachsenden Anzahl zusätzlich zu erfüllender Qualitätsanforderungen, wie z.B. Sicherheit, Performanz oder Kosten. Die Integration von Ansätzen zur frühzeitigen, Entwicklungsphasen begleitenden Überprüfung von Korrektheits- und Qualitätskriterien kann dabei maßgeblich zur Beherrschbarkeit der Komplexität dieser Systeme beitragen. Es wird ein entsprechend durchgängig werkzeuggestützter und modellbasierter Entwicklungsprozess, basierend auf dem V-Modell sowie dessen Integration in die AUTOSAR-Methodik definiert. Neben der Überprüfung der funktionalen Korrektheit durch systematische Testverfahren sieht das erweiterte Prozessmodell die Bewertung beliebiger Qualitätskriterien für das zu entwickelnde System vor. Es wird beschrieben, wie insbesondere im AUTOSAR-Kontext der Entwurf der Systemarchitektur die hierfür entscheidende Design-Phase darstellt und als Grundlage für Qualitätsabschätzungen durch Architektur-Evaluation dienen kann. Die Vorgehensweise in den einzelnen Entwicklungsschritten wird detailliert anhand einer umfangreichen, vollständig AUTOSAR-konformen Fallstudie, bestehend aus einem vereinfachten PKW-Komfortsystem, demonstriert. Die durchgängige Toolkette umfasst alle Phasen von der Anforderungsspezifikation bis zur Implementierung auf einem prototypischen Hardware-Demonstrator bestehend aus vier über CAN vernetzten Steuergeräten und HIL-Schnittstellen für die Testdurchführung. Es wird auf ausgewählte Implementierungsdetails, notwendige Workarounds und Besonderheiten der prototypischen Umsetzung eingegangen.The AUTOSAR standard defines a seamless tool supported and model based methodology for ECU software design and engineering. Furthermore, the standard specifies a technical infrastructure by means of standardized basic software modules for ECU networks, serving as a uniform implementation platform for AUTOSAR systems. The major challenges in automotive systems development not only arise as a result of the contiuously growing amount of functionality to be realized correctly, but also from the increasing number of quality requirements to be taken into account, e.g. safety, performance, and costs. The integration of approaches for early checking of correctness and quality criteria accompanying the different development phases makes a significant contribution towards coping with the complexity of such systems. We describe such a model based development process and a corresponding tool chain based on the V-modell and its embedding into the AUTOSAR methodology. For the validation of functional correctness systematic testing approaches are applied, and for quality criteria according evaluation methods are used. We discuss that especially in the context of AUTOSAR, the phase of architectural system design is crucial for the quality properties of the system under development, and to what extent architecture evaluation can be used for quality estimation. The practices in the different development steps are illustrated in detail by means of a comprehensive, AUTOSAR compliant case study, i.e. a body comfort system. The tool chain proposed comprises all development stages, starting from the requirements specification, and concluding with the system implementation on a hardware demonstrator prototype. The demonstrator consists of ECUs coupled via CAN, as well as HIL interfaces for test case applications. We give detailled insights in selected impl. issues, workarounds required, and the configuration steps needed for the AUTOSAR operating system. A discussion of the pro's and con's regarding the potential of AUTOSAR concludes