Model based construction of embedded  real-time software : a methodology for small devices

Nyßen, Alexander; Lichter, Horst

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-26869

Model based construction of embedded real-time software : a methodology for small devices = Modellbasierte Konstruktion eingebetteter Echtzeitsoftware : eine Methodologie für kleine Geräte

Nyßen, Alexander

2009

Verantwortlichkeitsangabevon Alexander Nyßen

ImpressumAachen : RWTH Aachen, Department of Computer Science 2009

UmfangIV, 159 S. : graph. Darst.

ReiheAachener Informatik-Berichte ; 2009,3

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Zsfassung in engl. und dt. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Lichter, Horst (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-01-28

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-26869
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50615/files/Nyssen_Alexander.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Eingebettetes System (Genormte SW) ; Echtzeitsystem (Genormte SW) ; Softwareentwicklung (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; Modellbasierte Software-Entwicklung (frei) ; model-based software engineering (frei) ; embedded system (frei) ; real-time system (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Obwohl die modellbasierte Erstellung von Software - aufgrund ihrer höheren Abstraktion und ihrer Vorzüge in Bezug auf Nachverfolgbarkeit und Analysierbarkeit - ein adäquates Mittel zu sein scheint, um die heutige Komplexität von Software zu beherrschen, hat sie bislang nicht alle Anwendungsdomänen durchdrungen, insbesondere nicht die kleiner eingebetteter Echtzeitsysteme. Dies zurückführend auf die Tatsache, dass heutige modellbasierte Ansätze den besonderen technologischen, organisatorischen und ökonomischen Rahmenbedingungen dieser Domäne nicht in ausreichendem Maße Beachtung schenken, stellt diese Arbeit einen Ansatz vor, der diese Rahmenbedingungen explizit berücksichtigt. MeDUSA, eine modellbasierte Software-Konstruktionsmethode für kleine eingebettete Echtzeitsysteme, bildet den ersten zentralen Bestandteil der vorgestellten Lösung. Um den starken technologischen Einschränkungen gerecht zu werden, wurde sie als instanzgetriebene Methode konzipiert, die keine objektorientierten Konzepte einsetzt und so einen klassenbasierten Entwurf forciert, der nahtlos in eine prozedurale Implementierung, welche in der betrachteten Domäne nach wie vor den Stand der Technik repräsentiert, überführt werden kann. Um einen solch nahtlosen Übergang gewährleisten zu können wurde MeDUSA als Software-Konstruktionsmethode und nicht als bloße Designmethode konzipiert, so dass sie auch die Implementierungstätigkeiten explizit adressiert, und hierbei insbesondere den Übergang vom Entwurf in den Quellcode. Orientiert am Use Case-Konzept zeichnet sich die Methode durch ihre Systematik und durch eine stetig durchgeführte Echtzeitanalyse aus, um die harten Echtzeitanforderungen, denen die Software-Entwicklung in der Anwendungsdomäne Rechnung zu tragen hat, explizit zu berücksichtigen. ViPER, der unterstützende Werkzeugprototyp, bildet den zweiten wesentlichen Bestandteil der Lösung. Das Werkzeug bietet generische Unterstützung für die Modellierungsaktivitäten der MeDUSA-Methode in Form einer graphischen UML-Modellierungsumgebung sowie einer spezifischen Unterstützung zur Spezifikation und Simulation natürlichsprachiger Anwendungsfallbeschreibungen. ViPER beinhaltet zudem eine spezifische methodische Unterstützung für MeDUSA, in dem es sowohl eine elektronische Dokumentation der Methode zur Verfügung stellt, als auch Implementierungen der von MeDUSA eingesetzten UML-Profile, Prüfungsmöglichkeiten für die im Rahmen der Methode eingesetzten UML-Modelle, sowie spezifische Assistenten für bestimmte, im Rahmen der Methode definierte Aufgaben. Zusammen mit den zugrunde liegenden Sprachen, der Unified Modeling Language sowie der ANSI-C Programmiersprache, bilden MeDUSA und ViPER somit eine integrierte Methodologie, die auf gemeinsamen Konzepten und Prinzipien begründet ist. Ausdrücklich entworfen um den oben genannten Rahmenbedingungen gerecht zu werden, ist diese Methodologie damit in einer Domäne einsetzbar, für die bislang weitgehend methodische Ansätze fehlten.

While model-based software engineering - due to its increased abstraction and its advantages in terms of traceability and analyzability - seems to be the adequate means to deal with the increased complexity of software that one faces today, it does not seem to have penetrated all domains yet, in particular not the one of small embedded & realtime systems. Seeing this problem caused by the fact that current model-based approaches do not pay sufficient attention to the rather special technical, organizational, and economical constraints in the respective domain, this work presents an approach that explicitly takes these constraints into account. MeDUSA, a model-based software construction method for small embedded & realtime systems, is a principal item of the presented solution. To face the strong technical constraints it was especially designed as an instance-driven method, not incorporating any object-oriented concepts, but forcing a class-based design that can be seamlessly transferred into a procedural implementation, which is still state-of-the-art in the regarded domain. To guarantee such a seamless transition MeDUSA was furthermore designed to be a software construction rather than a mere design method, explicitly also addressing the implementation activities, and especially the transition from detailed design into source code. Being organized around the use case concept, the method excels at being very systematic and - inter alia by facilitating a continuous real-time analysis - also at being especially aware about the stringent real-time constraints that have to be faced in the domain of embedded & real-time systems. ViPER, the supporting tool prototype, forms the second essential part of the solution. It offers generic support for MeDUSA’s modeling activities by providing a graphical UML modeling environment, as well as special support for the specification and simulation of narrative, textual use case details. It furthermore demonstrates dedicated methodical support by embedding a hypertext documentation of MeDUSA’s definition, by providing implementations of the MeDUSA UML profiles and model constraints, and by offering dedicated wizards to support the execution of certain MeDUSA tasks. Together with their underlying languages, the Unified Modeling Language as well as the ANSI-C programming language, MeDUSA and ViPER thus form an integrated methodology, which is founded on shared concepts and principles. Especially developed to address above quoted constraints, the methodology is applicable to a domain, which has pretty much been elided so far.

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