Bericht zur GPCE '07. Dipl.-Inf. Uwe Ryssel. 20. Dezember 2007

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1 Fakultät Informatik Institut für Angewandte Informatik, Lehrstuhl Technische Informationssysteme Bericht zur GPCE '07 Dipl.-Inf. Uwe Ryssel 20. Dezember 2007

2 Inhalt Konferenz und Konferenzaustragungsort Grundlagen Auswahl an vorgestellten Problemen Eigener Beitrag Zusammenfassung Bericht zur GPCE '07 Folie 2 von 30

3 Inhalt Konferenz und Konferenzaustragungsort Grundlagen Auswahl an vorgestellten Problemen Eigener Beitrag Zusammenfassung Bericht zur GPCE '07 Folie 3 von 30

4 Konferenz GPCE Generative Programming and Component Engineering Findet jährlich abwechselnd in Nordamerika und Europa statt 2002 Pittsburgh (Pennsylvania, USA) 2003 Erfurt (Deutschland) 2004 Vancouver (Kanada) 2005 Tallinn (Estland) 2006 Portland (Oregon, USA) Oktober 2007 in Salzburg (Österreich) Zusammen mit der Embedded Systems Week 2008 in Nashville (Tennessee, USA) Bericht zur GPCE '07 Folie 4 von 30

5 Themen und Workshops Generative Programming (Programme, die andere Programme synthetisieren) Component Engineering (Komponentenorientierte Softwareentwicklung) Domain-Specific Languages (Notierung von Programmspezifikationen in einer speziellen domänenspezifischen Sprache) Workshops: AOPLE '07 (Aspect-Oriented Product Line Engineering) APGES '07 (Automatic Program Generation for Embedded Systems) 21 Vorträge GPCE + 7 Vorträge APGES Bericht zur GPCE '07 Folie 5 von 30

6 Austragungsort Salzburg Hauptstadt des Bundeslandes Salzburg/Österreich EW (viertgrößte Stadt Österreichs) Geburtsstadt von Wolfgang Amadeus Mozart Altstadt seit 1997 UNESCO-Weltkulturerbe 15 v. Chr römische Stadt Iuvavum 739 Bischofssitz (bis 1803) 775 Name Salzburg nachweisbar Quelle: Wikipedia Bericht zur GPCE '07 Folie 6 von 30

7 Festung Hohensalzburg Wahrzeichen von Salzburg 1077 mit Bau begonnen Größte Erweiterung während des Dreißigjährigen Kriegs um 1450 Quelle: Wikipedia und hohensalzburg.com heute Bericht zur GPCE '07 Folie 7 von 30

8 Inhalt Konferenz und Konferenzaustragungsort Grundlagen Auswahl an vorgestellten Problemen Eigener Beitrag Zusammenfassung Bericht zur GPCE '07 Folie 8 von 30

9 Domain-Specific Languages (DSL) Formale Sprache, die für ein bestimmtes Problemfeld (Domäne) entworfen wurde Beispiele (textuell/grafisch) TeX (Dokumentenbeschreibung) Makefiles (Kompilierabläufe mit Abhängigkeiten) SQL (Datenbankabfragen) HTML (Websites) SysML (Modellierung von Systemen) Kann auch in andere Sprachen eingebettet werden Präprozessor/Makros (z.b. in C/C++) Erweiterung des Compilers/Interpreters Bericht zur GPCE '07 Folie 9 von 30

10 Component Engineering Komponentenbasierte (Software-)Entwicklung Unterteilung von Anwendungen in wiederverwendbaren Komponenten Idealfall: Neue Anwendungen werden aus vorhandenen Komponenten zusammengebaut Realität: Neu Komponenten müssen implementiert werden Vorhandene Komponenten müssen angepasst werden Idealfall nur innerhalb einer abgegrenzten Domäne (Software-Produktlinie) möglich Bericht zur GPCE '07 Folie 10 von 30

11 Generative Programmierung Komponentenbibliothek DSL Problembeschreibung/ Anforderungen optimierte lauffähige Programme Generator Automatische Wiederverwendung von Code Automatische Generierung von optimierten Programmen Bericht zur GPCE '07 Folie 11 von 30

12 Inhalt Konferenz und Konferenzaustragungsort Grundlagen Auswahl an vorgestellten Problemen Eigener Beitrag Zusammenfassung Bericht zur GPCE '07 Folie 12 von 30

13 Ausgewählte Probleme Welche Probleme werden mit der Generativen Programmierung gelöst? Höheren Abstraktionsstufe Lösungsbeschreibung zu komplex und fehleranfällig, Abstrahierung auf Problembeschreibung (DSL Generator Programm) Automatische Wiederverwendung Komponentenorientierte Sicht Beispielprobleme und dessen Lösungen Vermeiden von Programmierfehlern Beschreibung eines Problems zur besseren Optimierung Systemmodellierung mit mehreren Komponentenmodellen Variantenmanagement Bericht zur GPCE '07 Folie 13 von 30

14 Einbettung von SQL, XPath in Java, PHP Problem: String query = "SELECT id FROM users WHERE name='" + username + "' AND pw='" + password + "'"; -> SELECT id FROM users WHERE name='uwe' AND pw='abc' -> SELECT id FROM users WHERE name='uwe' AND pw='' OR 'x'='x' Lösung: Sprache (Java, PHP) erweitern String username =, pw = ; SQL q = < SELECT id FROM users WHERE username = ${username} AND pw = ${pw} >; wird von Compiler in Methodenaufrufe umgewandelt Nicht literale pw erzeugen Exceptions Bericht zur GPCE '07 Folie 14 von 30

15 Context-Aware Scanning for Parsing Extensible Languages Problem: Code enthält durch Erweiterungen viele verschiedene Sprachen: Java, SQL, XML, XPath usw. Jede Sprache hat eigene Schlüsselwörter, Variablennamen class Demo { int method { int SELECT, limit = 18; ResultSet rs = using c query { SELECT id FROM users WHERE users.age >= limit }; } } Lösung: Entwicklung von neuen Parser- und Scanneralgorithmen Bericht zur GPCE '07 Folie 15 von 30

16 Schnelle Bibliotheken mit SPIRAL Gesucht: schnelle Mathe-Bibliotheken (FFT, Matrixmultiplikation usw.) Problem: Unterschiedliche Hardware (Dual Core, Quad Core, Vektorrechner, GPU, FPGA) Zugehöriger Code (C, Assembler) muss immer an Hardware angepasst werden Optimierung durch Compiler nur in engen Grenzen möglich (schlechter C-Code kann schlecht optimiert werden) Lösung: formale Definition des math. Problems und automatische Generierung von optimierbaren C-Code Bericht zur GPCE '07 Folie 16 von 30

17 Schnelle Bibliotheken mit SPIRAL, Beispiel DFT mit Blocklänge N=100 Zerlegung in "Teil"-DFTs verringert Rechenaufwand Wie soll zerlegt werden? Ausprobieren!!! Verschiedene Varianten ( ) werden generiert und ausgetestet Beste wird genommen und in Bibliothek abgelegt siehe Quelle: spiral.net Bericht zur GPCE '07 Folie 17 von 30

18 CALM A type-centric framework Problem: Einsatz verschiedener Komponentenmodelle Typechecking von Komponentenbeschreibungssprachen zu schwach oder zu kompliziert bzw. skaliert schlecht (z.b. OCL) Bericht zur GPCE '07 Folie 18 von 30

19 CALM Typisierungsebenen Lösung: Einführen einer Metaebene mit Typisierung: Styles legt Grundtypen (kinds) fest: Interface (API, NV), Module (Komponente, Funktionsblock), Connector (Methodenaufruf, NV-Binding) Modules legt Typen (types) fest: Konkrete Interfacetypen, Komponenten Scenario konkretes System (instance) Durch Styles können verschiedene Komponentenmodelle beschrieben und verknüpft werden CALM-Typsystem ist Basis von CADENA ( Bericht zur GPCE '07 Folie 19 von 30

20 Inhalt Konferenz und Konferenzaustragungsort Grundlagen Auswahl an vorgestellten Problemen Eigener Beitrag Zusammenfassung Bericht zur GPCE '07 Folie 20 von 30

21 Eigener Vortrag Generative Design of Hardware-in-the-Loop Models Problem: Beim Test von Steuerungen im Automobil werden Umgebungsmodelle benötigt (z.b. in MATLAB Simulink) (Modellierung des Bremssystems, der Autos, der Straße) Modelle treten in sehr vielen ähnlichen Variationen auf Kompatibilität zwischen Komponenten ist zu bewerten Bericht zur GPCE '07 Folie 21 von 30

22 Beispielmodelle Bericht zur GPCE '07 Folie 22 von 30

23 Beispielmodelle Bericht zur GPCE '07 Folie 23 von 30

24 Generierung der Simulink-Modelle Anforderungen Generierte Simulink-Modelle Aktive Bibliothek Generator Bericht zur GPCE '07 Folie 24 von 30

25 Model migration X Y? Aktive Bibliothek Generator Aktive Bibliothek von Grund auf erzeugen ist nicht praktikabel, da meist schon Komponenten vorhanden sind und diese wiederverwendet werden können Bibliotheksmigration soll automatisiert werden Bericht zur GPCE '07 Folie 25 von 30

26 Model analyzer Additional semantic information Model analyzer Active Library Extrahiert Aktive Elemente von existierenden Modellen Zusammenfassen der Varianten durch Vergleich der formal beschriebenen Aktiven Elemente Bericht zur GPCE '07 Folie 26 von 30

27 Geschlossener Entwicklungskreis Aktive Bibliothek Generator Hinzufügen einer neuen Variante zu einem existierenden AE 'Tube' Erzeugen einer neuen Variante Model analyzer Bericht zur GPCE '07 Folie 27 von 30

28 Zusammenfassung Konferenz GPCE Generative Programming, DSL, Komponenten Auswahl an vorgestellten Problemen und deren Lösungen Eigener Beitrag Bericht zur GPCE '07 Folie 28 von 30

29 Ausblick Ungelöste Probleme: Korrektheit des Generierungsprozesses Syntaxkorrektheit und Vollständigkeit Ist generierter Code immer syntaktisch richtig? Ist Code lauffähig oder fehlen Teile? Anforderungserfüllung Entspricht die generierte Lösung dem Problem, welches man z.b. per DSL formuliert hat? Beschreibungen von Abhängigkeiten OCL usw. zu komplex Bericht zur GPCE '07 Folie 29 von 30

30 Fragen und Diskussion Bericht zur GPCE '07 Folie 30 von 30