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Dagstuhl-Manifest zur Strategischen Bedeutung des Software Engineering in Deutschland
Im Rahmen des Dagstuhl Perspektiven Workshop 05402 "Challenges for Software Engineering Research" haben fĂÂŒhrende Software Engineering Professoren den derzeitigen Stand der Softwaretechnik in Deutschland charakterisiert und Handlungsempfehlungen fĂÂŒr Wirtschaft, Forschung und Politik abgeleitet. Das Manifest fasst die diese Empfehlungen und die Bedeutung und Entwicklung des Fachgebiets prĂ€gnant zusammen
Zertifizierbarer Entwicklungsprozess fĂŒr komplexe Informationsverarbeitungssysteme in der WĂ€getechnik
ï»żThe dissertation is about principles, methods and techniques during the
systematic development of embedded systems in the domain of measurement
techniques. The considered domain contains fields of application with
challenging and specific requirements of the information processing system.
E.g. the dynamic weighing systems need solutions with very high resolution
and lowest achievable measurement uncertainty in order to perform
high-speed-measurements in a mechanically disturbed environment. In
particular, the abilities for official calibration and metrologic
reliability are considered. The complex and high-performance functions are
required to guarantee measurement results. FPGA-based systems are used for
the implementation of these functions.The especially designed certifiable
development process (ZEfIRA) provides a procedural method for the
development of complex embedded systems. The metrologic reliability, the
legal requirements like calibratability, the validation and the
verification are included as a general criteria in the entire development
process. ZEfIRA is based on the 3W-model and is designed in an evolutionary
manner. This process starts with the analysis of a predecessor system
followed by the model-based development of a prototype, which leads into an
optimized and application-specific product solution.The study emphasizes
the influence of challenging requirements on the measurement system. It
will be presented, how these can be integrated into the modelling level
during the design and the implementation on a FPGA-based target platform.
The stages of the functional and technical design of the system are
analysed, whereas the realization of the partitions âFPGA logicâ and âFPGA
softcore solutionsâ are discussed in detail.Based on the preliminary design
of the information processing in an electromagnetic force compensation
(EMC) scale, the applicability of the process ZEfIRA and its developed
methods and principles are proved. On the one hand, the optimal
system-specific algorithms of signal processing, control and safety and on
the other hand whose technical implementation are essential. This was
realized with different performance parameters. In addition, the prototype
allows the possible comprehensive analysis for embedding system. In the
conclusion, the performance of ZEfIRA based on the prototype development is
evaluated.Die Dissertation befasst sich mit Prinzipien, Methoden und Techniken der
systematischen Entwicklung von komplexen Eingebetteten Systemen. Die
betrachtete DomÀne besitzt Anwendungsbereiche mit anspruchsvollen und
besonderen Anforderungen an die Informationsverarbeitung. In der
dynamischen WÀgetechnik sind z.B. Lösungen mit sehr hohen Auflösungen und
kleiner Messunsicherheit bei schnellen Messungen in einem mechanisch
gestörten Umfeld notwendig. Die Anforderungen an die EichfÀhigkeit und die
Metrologische Sicherheit sind Besonderheiten. Es werden komplexe und
hochleistungsfÀhige Funktionen zur Erzeugung der Messergebnisse verlangt.
In der Arbeit werden dafĂŒr vorwiegend FPGA-basierte Eingebettete Systeme
verwendet. Der entworfene zertifizierbare Prozess (ZEfIRA) bietet eine
Vorgehensweise fĂŒr die Entwicklung von Eingebetteten Systemen. Die
Metrologische Sicherheit, die EichfÀhigkeit, die Validier- und der
Verifizierbarkeit werden als Kriterien im gesamten Entwurfsprozess
berĂŒcksichtigt. ZEfIRA basiert auf einem 3W-Modell und ist evolutionĂ€r
angelegt. Innerhalb des Prozesses werden die Analyse eines eventuellen
VorlÀufersystems sowie die modellbasierte prototypische Entwicklung bis hin
zu einer produzierbaren Lösung (Produkt) durchgefĂŒhrt. Die Arbeit
verdeutlicht den groĂen Einfluss der spezifischen Anforderungen an das
Messsystem. Es wird gezeigt, wie diese bereits zu der Entwurfszeit auf
Modellebene und im Weiteren bei der Implementierung in einer FPGA-basierten
Zielplattform berĂŒcksichtigt werden. Es werden verschiedene Schritte des
funktionalen und technischen Systementwurfs untersucht und ausfĂŒhrlich die
Realisierungspartitionen âFPGA-Logikâ und âFPGA-Softcore-Lösungenâ
betrachtet. Als Beispiel zum Nachweis der Anwendbarkeit des Prozesses
ZEfIRA dient die prototypische Entwicklung des
Informationsverarbeitungssystems einer elektromagnetischen
Kraftkompensationswaage (EMKW). Ausschlaggebend sind die optimal an das
Gesamtsystem angepassten Signalverarbeitungs-, Regelungs- und
Sicherheitsalgorithmen und deren technische Umsetzung. Dieses wurde mit
verschiedenen Leistungsparametern, wie z.B. Latenz,
VerarbeitungskomplexitÀt und Genauigkeit realisiert. ErgÀnzend ermöglicht
der Prototyp umfassende Analysemöglichkeiten fĂŒr das Messsystem. Die
abschlieĂende Wertung ist eine AbschĂ€tzung der LeistungsfĂ€higkeit von
ZEfIRA auf Basis dieser prototypischen Entwicklung
Java in eingebetteten Systemen
Moderne, objektorientierte Sprachen spielen bei der Entwicklung von
Software fĂŒr eingebettete Systeme bislang kaum eine Rolle. Die GrĂŒnde
hierfĂŒr sind vielfĂ€ltig, meist wird jedoch die mangelnde Effizienz und
der gröĂere Speicherbedarf hervorgehoben.
Obwohl Java viele Eigenschaften hat, die sehr fĂŒr einen Einsatz in
eingebetteten Systemen sprechen, so hÀngt doch gerade Java vielfach
immer noch das Vorurteil an, in Systemen mit beschrÀnkter Rechenleistung
und Speicher zu viele Ressourcen zu benötigen.
Diese Arbeit soll dazu beitragen, diese Vorurteile abzutragen. Sie
stellt insbesondere Techniken vor, die den Speicherbedarf einer
JVM so gering wie möglich halten und diese effizient mit der zur
VerfĂŒgung stehenden Rechenleistung umgehen lassen. Viele der
dargestellten Verfahren und Algorithmen wurden in der Kertasarie
VM implementiert, einer virtuellen Maschine, die speziell fĂŒr den
Einsatz in eingebetteten Systemen konzipiert wurde.
Durch die weit verbreitete Vernetzung eingebetteter Systeme ĂŒber das
Internet stellt sich in vielen FĂ€llen zudem das Problem einer modernen,
abstrakten und effizienten Form der Kommunikation. Aus diesem Grund
liegt der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit auf dem Vergleich von
objektorientierten Middleware-Architekturen, insbesondere von
Java-RMI. Auch auf diesem Gebiet wird eine eigene, speziell an
eingebettete Systeme angepasste RMI-Variante vorgestellt.Modern, object oriented languages do not play an important role when developing software for embedded systems. There are many reasons for it, most often an inadequate performance and a greater memory demand are mentioned. In spite of the fact that Java has many features suitable for embedded systems, Java often faces the prejudice to consume too much resources in systems with limited processing power and memory. This work is a contribution to diminish this prejudices. It presents techniques to limit the memory demands of a Java Virtual Machine and to effectively cope with limited computing power. Many of the presented methods and algorithms are implemented in the Kertasarie VM, a JVM designed to run in embedded systems.Due to the fact of increasing network capabilities embedded systems often face the problem of a modern, abstract and efficient communication. Therefore the second emphasis of this work is put on the comparison of object oriented middleware architectures, especially Java-RMI. An own implementation for embedded systems is also presented
Entwurfsoptimierung von selbst-adaptiven Wartungsmechanismen fĂŒr software-intensive technische Systeme
Diese Arbeit stellt neuartige Konzepte zur effizienten EntscheidungsunterstĂŒtzung in der Rekonfiguration software-intensiver technischer Systeme mit limitiertem Wartungszugriff vor. Entgegen rein redundanzorientierter AnsĂ€tze, basiert die verfolgte Methodik auf der prĂ€diktiven Vorausberechnung adĂ€quater Konfigurationsalternativen im relevanten Lösungsraum. Das Wissen ĂŒber Konfigurationsbeziehung wird frĂŒhzeitig manifestiert und zur autarken kosteneffizienten AbwĂ€gung der Alternativen eingesetzt
Entwicklung und Evaluierung einer Erweiterung der BPMN-Spezifikation fĂŒr einen modellbasierten und automatisierten Regressionstest verteilter BIS
ï»żThe constantly growing complexity of hard- and software systems combined with
increasing functional scope and steadily decreasing product lifecycles is leading to an
increment of model based technology usage in development and testing. Many
challenges come along with developing and testing such complex software systems.
Top priority of each company is to deliver the required software solution in the
agreed time and budget frame. But reality shows, that time and cost pressure is
massively affecting the quality of the delivered software. Therefore new testing
methods have to be introduced in an early stage of the development process. While
model based development procedures have found their way into embedded
software systems during the past view years, the model based testing (MBT) of
distributed business information systems (BIS) has come more and more in the focus
of research and industry. This dissertation provides an overview of the status quo of
the technology MBT within the domain of distributed BIS and summarizes the actual
research questions. Out of these research questions the requirements to such a test
approach arise, which are being answered within the implementation section of this
dissertation. As a modelling notation the Business Process Modelling Notation
(BPMN) is being used, differentiating this MBT approach from other approaches
within the domain of embedded systems, which are using UML. Based on this and
with the example of a debtor process (IT supported payment process) from the
business-to-business (B2B) it will be shown, how an MBT approach can contribute to
sustainably increase quality as well as test coverage of distributed BIS.
Therefore within the frame of the dissertation testing tools developed by Seppmed
GmbH and MID GmbH are being evaluated and analyzed on praxis capability. In
detail it is being investigated, how far the testing tools in combination with other
applications are fulfilling the expectations of the dissertation. For this purpose the
testing of the realizing methodic is necessary. A cost analysis as well as impacts of
MBT implementation in existing development processes will be provided in the last
part of this thesis.Die stetig wachsende KomplexitÀt von Hard- und Softwaresystemen sowie der steigende
Funktionsumfang bei stets kĂŒrzer werdenden Produktzyklen fĂŒhren zunehmend zum Einsatz
von modellbasierten Technologien in der Entwicklung und bei den Tests. Bei der
Entwicklung und beim Test solcher komplexer Softwaresysteme werden Unternehmen
heute mit neuen Herausforderungen konfrontiert. Oberste Maxime eines jeden Unternehmens
ist, dass die angeforderte Softwarelösung im vereinbarten Zeit- und Budgetrahmen
geliefert werden muss. Die Praxis zeigt allerdings, dass sich Zeit- und Kostendruck massiv
auf die QualitĂ€t der ausgelieferten Software auswirken. Neue Testmethoden mĂŒssen daher
in einem frĂŒhen Stadium des Softwareentwicklungsprozesses Einzug halten. Nachdem
modellbasierte Entwicklungsmethoden bereits in den letzten Jahren zunehmend in eingebetteten
Softwaresystemen Einzug in die Entwicklungsabteilungen gehalten haben, ist das
modellbasierte Testen (MBT) von verteilten betrieblichen Informationssystemen (BIS)
verstĂ€rkt in den Fokus von Forschung und Industrie gerĂŒckt. Diese Dissertation gibt einen
Ăberblick ĂŒber den Stand der Technik bezĂŒglich des MBT in der DomĂ€ne der BIS und
fasst aktuelle Forschungsfragen zusammen. Aus den Forschungsfragen lassen sich Anforderungen
an einen solchen Testansatz formulieren, die dann im technischen Realisierungsteil
dieser Dissertation beantwortet werden. Anders als in den bisherigen MBTAnsÀtzen
aus der DomÀne der eingebetteten Systeme wird als Modellierungsnotation nicht
auf UML, sondern auf Business Process Modeling Notation (BPMN) gesetzt. Basierend
darauf wird anhand eines Fallbeispiels mit einem betriebswirtschaftlichen Debitorenprozess
(IT-gestĂŒtzter Zahlungsabwicklungsprozess) aus dem Business-to-Business (B2B) gezeigt,
wie ein MBT-Ansatz einen Beitrag dazu leisten kann, sowohl die Testabdeckung als auch
die TestqualitÀt von verteilten BIS nachhaltig zu verbessern. Dazu werden im Rahmen dieser
Dissertation Testwerkzeuge der Firmen Seppmed GmbH und der MID GmbH evaluiert
und auf ihre Praxistauglichkeit untersucht. Dabei soll im Speziellen untersucht werden,
inwiefern diese Werkzeuge in Kombination mit Testwerkzeugen die Anforderungen dieser
Dissertation erfĂŒllen. FĂŒr die Modellierung der TestfĂ€lle in BPMN ist es notwendig, die
BPMN-Spezifikation um Testspezifika zu erweitern. Die so gewonnenen manuellen TestfÀlle
werden durch eine spezielle Adaptierung, welche im Rahmen dieser Dissertation entwickelt
wurde, in fertig automatisierte und ausfĂŒhrbereite Testskripte ĂŒberfĂŒhrt. So entsteht
eine Methode, welche es ermöglicht, GeschĂ€ftsprozesse, die verteilt ĂŒber mehrere verschiedene
Softwaresysteme abgewickelt werden, End-to-End zu testen. Da die Notwendigkeit
und die Motivation dieser Dissertation aus der Praxis entstanden, wird die entwickelte Methode
dementsprechend unter Praxisbedingungen erprobt und evaluiert. Dabei konnte
festgestellt werden, dass sowohl die Testabdeckung (Prozessabdeckung) als auch die TestqualitÀt
am Fallbeispiel erhöht werden konnten und gleichzeitig eine Testzeitersparnis von
ca. 50% erreicht wurde
Eine Methode zur effizienten und effektiven UnterstĂŒtzung der kontinuierlichen Validierung im Kontext der PGE - Produktgenerationsentwicklung = A Method for an Efficient and Effective Support of Continuous Validation in the Context of PGE - Product Generation Engineering
In Zeiten immer komplexer werdender Produkte, die gleichzeitig hĂ€ufig einen höchst multi-disziplinĂ€ren Charakter aufweisen, wird es fĂŒr die Produktentwickler immer schwieriger, die Funktionsweisen und ZusammenhĂ€nge der Systeme ĂŒbergreifend und im Detail zu durchdringen. So lĂ€sst sich das Verhalten eines Teilsystems im Kontext des Ăbersystems im Verlauf der Entwicklung nur sehr schwer und mit hoher Unsicherheit voraussagen. Durch kontinuierliche ValidierungsaktivitĂ€ten können die Produktentwickler diese WissenslĂŒcken kompensieren und die Unsicherheit reduzieren. Jedoch sind die Produktentwicklungsprozesse aufgrund der immer kĂŒrzer werden Entwicklungszyklen einem groĂen Effizienzdruck unterworfen. Die Herausforderung ist dabei, dass eine Steigerung der Effizienz auch und vor allem der sehr aufwendigen AktivitĂ€t der Validierung nicht zu einem unverhĂ€ltnismĂ€Ăig ansteigenden Entwicklungsrisiko fĂŒhren darf.
In dieser Arbeit wird eine Methode zur Priorisierung von ValidierungsaktivitĂ€ten entwickelt, die auf der Bestimmung der KritikalitĂ€t einzelner Teilsysteme / Funktionen basiert. HierfĂŒr werden unterschiedliche Kriterien ermittelt und in geeigneter Weise zusammengefĂŒhrt. Die Unsicherheit der Entwickler bzgl. der Funktionsweise einzelner Teilsysteme sowie die Auswirkungen einer notwendigen Ănderung werden dabei berĂŒcksichtigt. Der auf diese Auswahl bzw. Priorisierung folgende Schritt der Definition der durchzufĂŒhrenden Tests wird ebenfalls methodisch unterstĂŒtzt. Hierbei kann keine konkrete und gleichzeitig allgemeingĂŒltige Herangehensweise definiert werden. Vielmehr wird in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, die die Entwickler dabei unterstĂŒtzt, die in den Unternehmen und einzelnen Abteilungen vorhandene Erfahrung bei der Testdefinition zielfĂŒhrend einzusetzen. Zu diesem Zweck wird ein Test-Beschreibungsmodell entwickelt, mit dem Tests beschrieben und dokumentiert werden können um daraus Referenzprozesse fĂŒr die zukĂŒnftige Validierung abzuleiten
Effizienter Regressionstest von E/E-Systemen nach ISO 26262
Selektive Regressionstestmethodiken analysieren auf Basis einer auf eine Systemdarstellung abgebildeten Modifikation, welche TestfĂ€lle fĂŒr eine systematische ĂberprĂŒfung der Ănderung selbst sowie aller potentiellen durch eine mögliche Fehlwirkung betroffenen Teilbereiche des Systems notwendig sind. Im Rahmen dieser Arbeit wird erstmals eine effiziente und spezifikationsbasierte Regressionstestmethodik nach ISO 26262 fĂŒr die E/E-Systemebene entwickelt
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