Seminar: Grundlagen des Software Engineering für Avionic Systems Hauptseminar im Sommersemester 2012

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1 Seminar: Grundlagen des Software Engineering für Avionic Systems Hauptseminar im Sommersemester 2012 Programmierung verteilter Systeme Institut für Informatik Universität Augsburg Augsburg Tel.: Fax: Web:

2 Agenda Motivation Seminarthemen Organisatorisches Termine Bernhard Bauer, all rights reserved

3 Themen Software Qualifikation von fliegenden Systemen nach Do-178B Software Entwicklung nach dem V-Modell XT Software Entwicklung nach dem Standard ARINC653 Traceability von den Anforderungen in die Software bis zu den Tests Software Entwicklung mit der Programmiersprache Ada (83, 95, 2005) Einsatz der unterschiedlichen Bus- und Protokoll-Systeme in einem Avionik System Human Machine Interface (HMI) Definition nach ARINC739 Teststufen innerhalb der Entwicklung von Avionik Systemen Anforderungsanalyse und -Management innerhalb der Entwicklung von Avionik Systemen Bernhard Bauer, all rights reserved

4 Software Qualifikation von fliegenden Systemen nach Do-178B Die für die Zulassung von Luftfahrtsystemen zuständigen Luftfahrtbehörden EASA (European Aviation Safety Agency) und FAA (Federal Aviation Administration) fordern für den Einsatz einer Software im fliegenden System die Einhaltung des gültigen Softwareentwicklungsstandards DO-178B und weiterer Regularien. Die zur Softwareentwicklung notwendigen Prozesse sind ohne Ausnahmen nach dem Standard auszuführen. Herausarbeitung und Diskussion notwendiger Anforderungen entsprechend der unterschiedlichen Kritikalitätslevels (von Flugkritisch bis vernachlässigbar) Grundlagen von Vorgehensmodellen der Softwareentwicklung Bernhard Bauer, all rights reserved

5 Software Entwicklung nach dem V-Modell XT Das V-Modell ist ein Entwicklungsstandard, der in der Regel für Softwareprojekte als Vorgehensmodell genutzt wird. In der Luft- und Raumfahrt findet dieser Standard eine hohe Akzeptanz und wird dementsprechend in den meisten Fällen als Grundlage für die Projektentwicklung eingesetzt. Dabei werden die einzelnen Prozessdisziplinen von Anforderungsanalyse über SW Design und Entwicklung bis zum Testen in einzelnen Phasen organisiert. Die unterschiedlichen Phasen bilden dabei in der Darstellung ein charakteristisches "V". Im linken Ast finden die Definitionsabläufe und im rechten die dazugehörigen Verifizierungs- und Validierungsabläufe statt. Die neuere Form des V-Modells wird mit dem Zusatz XT geführt und eingesetzt. Herausarbeitung der Phasen und Abläufe des V-Modells XT Grundlagen von Vorgehensmodellen der Softwareentwicklung Bernhard Bauer, all rights reserved

6 Software Entwicklung nach dem Standard ARINC653 Der ARINC653 Standard (Avionics Application Standard Software Interface) ist speziell für den Avionikbereich entwickelt worden. Es ist eine Software Spezifikation für die Partitionierung von Speicher und Rechenzeit innerhalb sicherheitskritischer Real-Time Betriebssysteme. Dieser Standard soll das Zusammenführen von multiplen Applikationen auf unterschiedlichen Software Kritikalitätslevel basierend auf ein und derselben Hardware in Verbindung mit einer Integrierten Modularen Avionic Architektur erlauben - siehe auch IMA (integrated modular avionic). Dadurch soll innerhalb des Avionik-Systemes ein Deterministisches Verhalten gewährleistet werden. ARINC653 soll in seinen Ansätzen und Software Architektur erfasst werden und in seiner Anwendung erklärt werden. Sich daraus ergebende allgemeine Anforderungen an eine Software Architektur sollen herausgearbeitet werden. Grundlagen von Multitasking Software Architekturen Bernhard Bauer, all rights reserved

7 Traceability von den Anforderungen in die Software bis zu den Tests Ein wichtiger Bestandteil für die Qualifikation und Zulassung von softwarelastigen Avionik Systemen ist die Herstellung der Traceabililty, der sogenannten Phasendurchgängigkeit innerhalb der unterschiedlichen Prozessdisziplinen von Anforderungsanalyse über SW Design und Entwicklung bis zum Testen. Dabei stellt die Traceability von den Anforderungen in die Software und vice versa häufig eine große Herausforderung dar. Die Anforderungen sind in der Regel in High und Low Level System und Software Requirements unterteilt und müssen innerhalb der Software über Vor- (Preliminary) und Detail Design bis in den Source Code verlinked werden. Gleiches gilt natürlich auch für und in den unterschiedlichen Teststufen. Gängige Traceability Konzepte sollen untersucht und dargestellt werden in Hinblick auf die Schwierigkeiten, die sich mit einer konsistenten Phasendurchgängigkeit aller Items ergeben. Grundlagen von Vorgehensmodellen der Softwareentwicklung Grundlagen der Software Verifikation Bernhard Bauer, all rights reserved

8 Software Entwicklung mit der Programmiersprache Ada (83, 95, 2005) Die Programmiersprache Ada ist eine prozedurale Sprache die aufgrund ihrer Standardisierung und ihrer ausgeprägten Typisierung unter anderem Prüfungen sowohl zur Kompilierzeit als auch zur Programmlaufzeit, sowie zur Programmverifizierung zulässt. Dadurch findet diese Sprache besonderen Zulauf in sicherheitskritischen Bereichen, wie z.b. in der Avionik- Entwicklung. In der Regel sind die Compiler validiert und somit für den Einsatz von komplexen Real-Time Systemen gerne hergenommen. Trotz dieser Standardisierung werden Ada Entwicklungen durch entsprechende Coding- Standards aufgrund hoher Kritikalitätseinstufungen weiter eingeschränkt. Die Vorzüge von Ada sollen gegenüber den neuen Programmiersprachen wie C/C++/C# und Java herausgearbeitet werden. Grundlagen von Vorgehensmodellen der Softwareentwicklung Mindestens eine Programmiersprache in der Anwendung behandelt Bernhard Bauer, all rights reserved

9 Einsatz der unterschiedlichen Bus- und Protokoll-Systeme in einem Avionik System Zur Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Systemkomponenten (Peripheriegeräte) werden in den Avionik-Systemen unterschiedliche Bussysteme verwendet. Die gängigsten sind: MILBus1553b AFDX ARINC429 Bei Milbus z.b. wird der Datenaustausch über den BusController (BC) gesteuert und durch die RemoteTerminals (RT) empfangen. Um die Systeme über die entsprechenden Busse ansteuern zu können, muss die Software entsprechende Treiber dafür zur Verfügung stellen. Unterschiedlichen Bus-Systeme sollen erläutert und gegeneinander abgegrenzt werden. Außerdem sollen mögliche SW Architekturen mit Treiberschichten aufgezeigt und kurz erläutert werden Grundlagen von Bussystemen Bernhard Bauer, all rights reserved

10 Human Machine Interface (HMI) Definition nach ARINC739 Die Control- und Display Geräte (CDU) innerhalb eines Avionik Systemes werden nach dem ARINC739 Standard entwickelt. Dieser Standard regelt die Bildschirmformate und Keyboard Interaktion. In einem Luftfahrzeug wird der Großteil aller Funktionen über diese CDUs angezeigt und gesteuert. Um zum einen die Funktionsweise solcher CDUs zu verstehen und zum anderen die operative Software dazu entwickeln zu können, muss der Standard herangezogen werden. Die Bedienelemente und Eingabemöglichkeiten einer CDU nach dem Standard ARINC739 sollen skizziert und funktional erklärt werden Einlesen in Grundlagen Avionik Systeme Bernhard Bauer, all rights reserved

11 Teststufen innerhalb der Entwicklung von Avionik Systemen Testen ist eine unumgängliche und wichtige Stufe in der Entwicklung eines Embedded Systems. Zu spät erkannte Produktabweichungen führen zu Qualitätsverlusten, erhöhtem Zeitund Kostenaufwand in der Nachentwicklung und können dadurch das Produktimage nachhaltig belasten. Der Schwerpunkt liegt in der Entwicklung und der Integration von effizienten Testverfahren in Ihre Entwicklungsprozesse, um so nachvollziehbare Ergebnisse und Fortschritte zur Qualitätssicherung zu erzielen. Dazu müssen die unterschiedlichen Testphasen betrachtet werden, wie z.b. Unit-Test (Structural und Decision Coverage), Host-Test, Blackbox-Test, Target-Test sowie Integrationsund Regression-Tests. Unterschiedlichen Testphasen sollen aufgeführt, erläutert und in Relation zur Entwicklungsphase gebracht werden. Grundlagen von Vorgehensmodellen der Softwareentwicklung Grundlagen der Software Verifikation Bernhard Bauer, all rights reserved

12 Anforderungsanalyse und -Management innerhalb der Entwicklung von Avionik Systemen In jedem Systementwicklungsprozess stehen für viele Unternehmen, die sich einem globalisierten Wettbewerb stellen müssen, zunächst die Anforderungsanalyse (Requirement Engineering) und das Anforderungs-management im Mittelpunkt, da diese Unternehmen im Bereich der Entwicklung innovativer und komplexer Produkte mit einer wachsenden Anzahl von Anforderungen an ihr System konfrontiert werden. Desweiteren haben sie die Herausforderung, kosteneffizient und zeitnah die ideale Kundenlösung herzustellen. Nur die Erkenntnis über das richtige Schreiben von Anforderungen sowie der anschließenden Verwaltung (Anforderungsmanagement) führt am Ende zum Erfolg. Es sind zum einen die Methoden für die Analyse, Strukturierung, Prüfung und Bewertung von Anforderungen zu untersuchen und zum anderen sollen geeignete Werkzeuge aufgezeigt werden, um ein adäquates Anforderungsmanagement durchführen zu können. Grundlagen von Vorgehensmodellen der Softwareentwicklung Bernhard Bauer, all rights reserved

13 Organisatorisches Bewerbung an Name, Matrikelnummer, Studiengang, Semester Bereits gehörte Vorlesungen und Seminare im Hauptstudium Gegebenenfalls weitere qualifizierende Vorkenntnisse Drei priorisierte Themenwünsche STUDIS Zusätzliche Anmeldung in STUDIS ist zwingend erforderlich Seminararbeit Formatvorlage auf PvS-Website (Springer LNCS, LaTeX) Umfang: Seiten (exkl. Anhang) Abgabe aller für die Kompilierung notwendigen Ressourcen + Arbeit im pdf- Format Seminarvortrag Formatvorlage auf PvS-Website (PowerPoint, andere Programme erlaubt) Dauer: ca. 45 min / Person (35-40 min Vortrag, 5-10 min Diskussion) Anrechung des Seminars Alle Themen können in den Software Engineering Bereich eingebracht werden Bernhard Bauer, all rights reserved

14 Termine Kickoff-Meeting: KW 7 Bewerbungsschluss: KW 7 Verteilung der Themen: KW 8 Versand von Literaturhinweisen Anmeldung in STUDIS: offizieller Zeitraum 1. Besprechung: KW 9 (spätestens) Literaturüberblick abgeschlossen Grobgliederung erstellt 2. Besprechung: KW 14 (spätestens) Feingliederung erstellt Seminararbeit ~90% geschrieben Abgabe der Seminararbeiten: KW 16 (spätestens) Abgabe der Foliensätze: KW 17 (spätestens) Seminarvorträge: n.n. Bernhard Bauer, all rights reserved