Strategien für die Echtzeit-Programmierung

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1 Derek J. Hatley / Imtiaz A. Pirbhai Strategien für die Echtzeit-Programmierung Mit 207 Bildern Aus dem Amerikanischen übersetzt von ADP Dripke Publikationen GmbH Carl Hanser Verlag München Wien

2 IX Inhaltsverzeichnis Teil I Die Gesamtstrategie 1 Kapitel 1 Überblick Die "Geburt" des Anforderungsmodells 4 Einführung des Modells Die "Geburt" des Architekturmodells Kompatibilität der Modelle Anwendbarkeit der Modelle Der Systemlebenszyklus 8 Einige bedeutsame Hinweise 9 Kapitel 2 Die Aufgabe der Methoden Strukturierte Methoden: Eine Erläuterung 13 Wie und Was Anforderungsmodell des Systems 14 Das Prozeßmodell 15 Das Steuermodell 17 Zusammenfassung des Anforderungsmodells Systemarchitekturmodell 21 Architekturflußdiagramme und Modulspezifikationen 22 Architekturverbindungsdiagramme und -Spezifikationen 23 Zusammenfassung des Architekturmodells Systemspezifikationsmodell Der Entwicklungslebenszyklus 29 Iterative Entwicklung 29 Hierarchische Darstellung 29 Die Notwendigkeit früher Tests 31 Der gesamte Lebenszyklus 31 Zusammenfassung des Entwicklungslebenszyklus Strukturierte Methoden: Was sie nicht sind Zusammenfassung 34 Teil II Das Anforderungsmodell 35 Kapitel 3 Überblick Die Struktur des Modells 39

3 Inhaltsverzeichnis Kapitel 4 Das Prozeßmodell Datenkontextdiagramme 43 Der Kontextprozeß 45 Systemein-Aausgaben 45 Terminatoren Datenflußdiagramme 46 Prozesse 47 Transaktionszentren 48 4;.3 Leveling und Balancing Das Numerierungssystem Datenflüsse Datenspeicherstellen Prozeßspezifikationen 54 Strukturierte Sprache Interpretation des Prozeßmodells Zusammenfassung 60 Kapitel 5 Das Steuermodell Steuerkontextdiagramme Steuerflußdiagramme 65 Die Schnittstelle zwischen CFD und CSPEC Steuerflüsse Datenbedingungen Steuerspeicherstellen Steuerspezifikationen Prozeßsteuerung 73 Transaktionszentrumssteuerung Zusammenfassung 77 Kapitel 6 Finite-Zustands-Maschinen 79 Kategorien von Finite-Zustands-Maschinen Kombinatorische Maschinen Sequentielle Maschinen 83 Zustandsübergangsdiagramme 87 Zustandsübergangstabellen und -matrizen Einbindung der Finite-Zustands-Maschinen in CSPECs 91 Kombinatorische Steuerspezifikationen 91 Sequentielle Steuerspezifikationen 93

4 Inhaltsverzeichnis xi Zusammengesetzte Steuerspezifikationen 95 Mehrseitige Steuerspezifikationen Zusammenfassung 98 Kapitel 7 Timing-Anforderungen Wiederholungsrate Ehv/Ausgabeantwortzeitverhalten Zusammenfassung 104 Kapitel 8 Anforderungs-Dictionary Primitivenattribute Gruppenstruktur Dictionary-Datenbanken Zusammenfassung 113 Kapitel 9 Das Anforderungsmodell - Interpretation und Zusammenfassung Interpretation des Anforderungsmodells Zusammenfassung des Anforderungsmodells 117 Teil III Erstellung des Anforderungsmodells 121 Kapitel 10 Überblick Modellbenutzer und-ersteller Die Anforderungsquellen Der Modellerstellungsprozeß 125 Kapitel 11 Ein Anfang Benutzeranforderungsaussagen Separieren von Daten und Steuerung Erstellen des Systemkontextes Zerlegung der oberen Ebenen Zusammenfassung 140 Kapitel 12 Entwicklung der Modellstruktur Abstraktion und Zerlegung Das7±2-Prinzip Gruppenbildungs- und Zerlegungsprozesse '. 143

5 xu Inhaltsverzeichnis 12i4 Gruppenbildung und Zerlegung von Flüssen 146 Aufteilen und Verknüpfen von Flüssen 146 Mehrfachflüsse 149 Flußbäume Benennung von Prozessen und Flüssen 151 Abkürzungen, Einsatz von Speicherstellen Funktional identische Prozesse Überbetonung des Steuermodells Steuerungsintensive Systeme Der Teufel steckt im Detail: Anforderungen vs. Design Das Endprodukt Zusammenfassung 160 Kapitel 13 Vorbereitung der Prozeßspezifikationen Die Rolle der Prozeßspezifikationen Die Arten von PSPECs 164 Textuelle PSPECs 164 Gleichungen in PSPECs 164 Tabellen in PSPECs 166 Diagramme inpspecs Wichtige Signalkonventionen 168 Zeitkontinuierliche und zeitweilige Signale 168 Universeller Zugriff auf die Zeit Strukturierte Sprache Anmerkungen in Form von Kommentaren Zusammenfassung 172 Kapitel 14 Vorbereitung der Steuerspezifikationen Vermeiden von Steuerspezifikationen Kombinatorische Steuerung 174 Prozeßaktivierungstabellen 178 Steuerung von Transaktionszentren Sequentielle Steuerung 180 Wahl der Zustände 181 Wahl der Darstellung 181 Spezielle Konventionen der Methode 182 Erstellung einer sequentiellen Maschine Mehrseitige CSPECs 186

6 Inhaltsverzeichnis xm 14.5 CSPECs im Gesamtbild 189 "Fließende CSPEC" 190 Die Zeit in CSPECs 192 CSPECs in der Gesamtstruktur Zusammenfassung 193 Kapitel 15 Definition des Zeitaspektes Überblick über den Zeitaspekt Antwortzeitspezifikation Zusammenfassung 198 Kapitel 16 Dictionary-Verwaltung Flußtypen 199 Typendefinition 199 Attributdefinitionen Symbole im Dictionary Zusammenfassung 204 Teil IV Das Architekturmodell 207 Kapitel 17 Überblick Anforderung/Architektur-Schablone Symbole des Architekturmodells 213 Architekturmodule 213 Informationsflußvektor 214 Informationsflußkanal 215 Kapitel 18 Architekturdiagramme Architekturkontextdiagramme Flüsse und Verbindungen Architekturflußdiagramme 219 Zerlegung von Architekturflußdiagrammen 223 Redundanz Architekturverbindungsdiagramme Zusammenfassung 228

7 xiv Inhaltsverzeichnis Kapitel 19 Architektur-Dictionary und Modulspezifikationen Architekturmodulspezifikation Architekturverbindungsspezifikation Zeitanforderungen Architektur-Dictionary Zusammenfassung 239 Kapitel 20 Vervollständigung des Architekturmodells Zuweisung zu Hardware und Software Architektur von Hardware und Software Das vollständige Architekturmodell 243 Teil V Erstellung des Architekturmodells 247 Kapitel 21 Überblick 249 Zuverlässigkeit 249 Sicherheit 249 Wartbarkeit 249 Testbarkeit 249 Kosten 249 Technologie 250 Performance 250 Wachstums- und Erweiterungsmöglichkeit Architekturentwicklungsprozeß Systeme sind hierarchisch 252 Kapitel 22 Erweiterung des Anforderungsmodells Ein-und Ausgabeverarbeitung Benutzerschnittstellenverarbeitung Wartungs-und Selbsttestverarbeitung Das vollständige erweiterte Anforderungsmodell Technologieunabhängig vs. technologieunspezifisch Organisatorische Auswirkungen Zusammenfassung 268 Kapitel 23 Erstellen des Systemarchitekturmodells Architekturkontextdiagramm Architekturfluß-und -Verbindungsdiagramme 270

8 Inhaltsverzeichnis xv 23.3 Beispiel der Zuordnung von AFD und AID Modellkonsistenz und Balancing Das vollständige Architekturmodell Zusammenfassung 278 Kapitel 24 Erstellen der Hard-/Softwarearchitekturmodelle Partitionierung in Hard- und Software Anwendung der Schablone auf die Softwareanforderungen Entwicklung der Softwarearchitektur Der Hard-und Softwarearchitekturprozeß Zusammenfassung 291 Kapitel 25 Zusammenfassung der Architekturentwicklung Partitionierung des Modellierungsprozesses 294 Das Systemmodell 294 Die Hard-und Softwaremodelle 295 Teil VI Beispiele 299 Kapitel 26 Das Automobilverwaltungssystem Die Problemaussage 301 Steuerung der Reisegeschwindigkeit 301 Überwachung der Durchschnittsgeschwindigkeit 302 Überwachung des Benzinverbrauchs 302 Wartungsüberwachung Anforderungs-und Architekturentwicklung Anforderungsmodell Das Architekturmodell 326 Kapitel 27 Ein Heizungssystem Problemaussage 335 Überblick über das Heizungssystem 335 Temperatursteuereinheit 336 Das Heizungssubsystem 337 Controller 337 Eingabendes Controllers 337 Ausgabendes Controllers 337 Anforderungen an den Controller 338

9 xvi Inhaltsverzeichnis 27.2 Anforderungsmodell Das Architekturmodell 347 Kapitel 28 Verkaufsautomat Dialog mit dem Kunden Anforderungsmodell Das Architekturmodell 359 Anhänge 365 Anhang A Standardsymbole und Definitionen 367 A.l Einführung 367 A.2 Standardsymbole 367 A.2.1 Datenfluß 367 A.2.2 Steuerfluß 368 A.2.3 CSPEC-Balken 368 A.2.4Prozeß 368 A.2.5 Speicherstelle 369 A.2.6 Terminator (Quelle oder Ziel, auch extern) 369 A.2.7 Architekturmodul 370 A.2.8 Informationsflußvektor 370 A.2.9 Informationsflußkanal 371 A.3 Anforderungsmodell 371 A.3.1 Kontextdiagramme 372 Datenkontextdiagramm 372 Steuerkontextdiagramm 373 A.3.2 Flußdiagramme 374 Datenfiußdiagramm 374 Steuerflußdiagramm 375 A.3.3 Prozeß-und Steuerspezifikationen 377 Prozeßspezifikation 377 Steuerspezifikation 379 A.3.4 Timing-Spezifikationen 383 Timing-Spezifikation 383 A.3.5 Anforderungs-Dictionary 383 A.3.6 Balancing-Regeln des Anforderungsmodells 384 A.4 Architekturmodell 386 A.4.1 Architekturkontextdiagramm 386 A.4.2 Architekturfluß- und -Verbindungsdiagramme 388 Architekturflußdiagramme 389 Architekturverbindungsdiagramm 390

10 Inhaltsverzeichnis xvu A.4.3 Architekturmodul- und -Verbindungsspezifikationen 392 Architekturmodulspezifikation 392 Architekturverbindungsspezifikation 393 A.4.4 Architektur-Dictionary 393 A.4.5 Regeln für das Balancing 394 Anhang B Dokumentation der Modelle 397 Anhang C Informationsmodellierung - eine dritte Perspektive 401 Bibliographie 405 Sachwortverzeichnis 407