PG Mauritius Entwicklung automotiver Softwaresysteme

Transkript

1 PG Mauritius Entwicklung automotiver Softwaresysteme Wilhelm Schäfer, Matthias Gehrke, Joel Greenyer, Stefan Henkler, Dietrich Travkin

2 Inhalt I. Motivation II. Aufgabenstellung III. Beispiel IV. Ziele & Was euch erwartet V. Organisatorisches PG Mauritius Stefan Henkler - 2

3 I. Auto und Software Engineering? o 61 Steuergeräte Davon 45 verschiedene o Nur drei entkoppelte Bussysteme inklusive eines optischen (3860 m Kabel; 64 Kg) o Ca Signale in 250 Bus -Nachrichten PG Mauritius Stefan Henkler - 3

4 Automotives Software Engineering o Charakteristika Harte Echtzeit Starke Ressourcenbeschränkung Hochgradig vernetzt Hohe Anforderung an Sicherheit und Zuverlässigkeit o Herausforderungen Dramatischer Anstieg der Komplexität (durch Vernetzung/Kommunikation) Heterogenität bei Hardware und Software Lieferkette mit Herstellern und Zuliefern [Liggesmeyer&Rombach2005, chapter 16] [Schuffele&Zurawka2004] PG Mauritius Stefan Henkler - 4

5 II. Aufgabenstellung o Betrachtungsgegenstand: Requirements Engineering Spezifikation von Anforderungen Verifikation und Validierung von Anforderungen Spezielles Augenmerk auf Kommunikation zwischen Komponenten/Subsystemen o Aufgabenstellung: Wie kann trotz der extrem steigenden Komplexität (z.b. durch die steigenden Kommunikation) Anforderungen geeignet Systematisiert, verifiziert und validiert werden In einen Entwurf überführt werden o Lösungsidee: Übertragen und anpassen von Ergebnissen aus dem Requirements- und Software-Engineering auf die AUTOSAR Architektur ( PG Mauritius Stefan Henkler - 5

6 Betrachtungsgegenstand Automotives Software Engineering Anforderungen Anforderungen werden an die einzelnen Zulieferer weitergeben 1 1 Zulieferer Design Hersteller hat Vorstellung Über das Gesamtprodukt Hersteller Teng Tload Vehicle Dynamics PG Mauritius Stefan Henkler - 6

7 Betrachtungsgegenstand Automotives Software Engineering Anforderungen 1 1 Zulieferer entwerfen Komponenten Unabhängig voneinander Zulieferer Design Teng Tload Hersteller Vehicle Dynamics Teng Tload Vehicle Dynamics PG Mauritius Stefan Henkler - 7

8 Betrachtungsgegenstand Automotives Software Engineering Anforderungen 1 1 Zulieferer Design Teng Tload Hersteller Vehicle Dynamics Teng Problemfall Kommunikation: Zusammenschalten der Komponenten schlägt häufig fehl, da die Kommunikation nicht geeignet Berücksichtigt wird Validierung Tload Vehicle Dynamics PG Mauritius Stefan Henkler - 8

9 Betrachtungsgegenstand Automotives Software Engineering Anforderungen 1 1 Anforderungen Überdeckt? Zulieferer Design Teng Tload Hersteller Vehicle Dynamics Teng Validierung Tload Vehicle Dynamics PG Mauritius Stefan Henkler - 9

10 Aufgabenstellung Automotives Software Engineering Anforderungen 1 1 Trotz steigender Komplexität: Anforderungen systematisieren, validieren und in Entwurf überführen Design Zulieferer Teng Tload Hersteller Vehicle Dynamics Validierung Teng Tload Vehicle Dynamics PG Mauritius Stefan Henkler - 10

11 Lösungsidee Anforderungen 1 1 Zulieferer Design Teng Tload Hersteller Vehicle Dynamics Teng Tload Übertragen und anpassen von Ergebnissen aus dem Requierements und Software Engineering auf die AUTOSAR Architektur ( Vehicle Dynamics PG Mauritius Stefan Henkler - 11

12 III. Beispiel Verhaltenssynthese Im folgenden wird am Beispiel des Shuttle Konvois (Railcab - eine Synthese von Kommunikationsverhalten vorgestellt. Ausgangspunkt sind dabei Sequenzdiagramme zur Interaktionsbeschreibung von Komponenten. Die Sequenzdiagramme sind dabei eine Art Anforderungsbeschreibungssprache. Die Verhaltensdiagramme werden hier als eine Modellierungssprache für den Entwurf verwendet, aus denen C++ Code generiert werden kann. Aufbauend auf dieser Arbeit können im Rahmen der PG weitere Verhaltenssynthese Verfahren erschlossen werden, in dem zum Beispiel weitere Anforderungsbeschreibungssprachen betrachtet werden. Z.B. die Umgebungsbeschreibung oder die Zielbeschreibung. Ähnlich zu dem Beispiel der Verhaltenssynthese kann auch eine automatische Testableitung aus gegeben Szenarien der Anforderungen erfolgen. Um diese Verfahren umzusetzen fallen unter anderem folgende Arbeiten an: Entwicklung eines Metamodells für die Modellierungssprache(n) (Anforderung und Entwurf) Auf Basis des Metamodells Editoren entwickeln (Eclipse, GEF, ) Auf Basis des Metamodells Synthese Verfahren entwickeln / Testgenerierungen entwickeln / Constraints für Formale Verifikation entwickeln Implementierungssprache Java, IDE Eclipse, Eclipse Frameworks wie GEF PG Mauritius Stefan Henkler - 12

13 Beispiel Verhaltenssynthese o Szenarien zur Beschreibung von Interaktionen zwischen Komponenten F ABA Tool Suite RT Synthese des Kommunikationsverhaltens Formale Verifikation des Verhaltens (Deadlock Freiheit) C++ Code Generierung aus den Verhaltensmodellen U J SequenceDiagram??? Timed Constraint Graph (Analysis) Structure Timed Constraint Graph (Analysis) Pattern (Modeling/Refinement) Lokale Fehler Timed Automata Code (Verification) Holger Giese, Stefan Henkler, Martin Hirsch, and Florian Klein, 'Nobody's perfect: Interactive Synthesis from Parametrized Real-Time Scenarios', in Proc. of the 5th ICSE 2006 Workshop on Scenarios and State Machines: Models, Algorithms and Tools (SCESM'06),Shanghai, China, pp , ACM Press, May PG Mauritius Stefan Henkler - 13

14 Beispiel Verhaltenssynthese o Szenarien zur Beschreibung von Interaktionen zwischen Komponenten Hier befinden wir uns noch bei einer Form der Anforderungsbeschreibung F U J ABA Tool Suite RT??? Structure Structure SequenceDiagram (Modeling) PG Mauritius Stefan Henkler - 14

15 Beispiel Verhaltenssynthese o Überführen der Szenarien in Timed Constraint Graphen, auf denen analysen durchgeführt werden F U J ABA Tool Suite RT??? Monitor Channel1 Actuator Structure Structure SequenceDiagram (lbm,p1,g) Wait LT1 (0,TOut4,c) Timed Constraint Graph (Analysis) DoLifeTick (lbm,p2,g) Initiate! (0,p3,w)? (0,p4,w) ready (lbm2,lbm2,g) Sent (lbm,p5,g) synchronisation MC: (lbc,lbc,g) received (bd_l, bd_u,g) forward (lbc,lbc,g) ready?! (0,p10,w) (0,p9,w) synchronisation CA: Wait InitReceive (lba2,lba2,g) received (lba,p13,g) (lba,p14,g) Timed Constraint Graph (Analysis) PG Mauritius Stefan Henkler - 15

16 Beispiel Verhaltenssynthese o Aus den Timed Constraint Graphen können Statecharts (Realtime Statecharts) synthetisiert werden Jetzt befinden wir uns im Entwurf F U J ABA Tool Suite RT Monitor Channel1 Actuator Wait LT1 (0,TOut4,c) (lbm,p1,g) DoLifeTick (lbm,p2,g) Initiate!? (0,p3,w) (0,p4,w) ready??? Structure Structure SequenceDiagram synchronisation MC: (lbc,lbc,g) (lbm2,lbm2,g) received Wait Sent (lba,p13,g) (bd_l, bd_u,g) InitReceive?! forward (0,p10,w) Monitor Channel1 (0,p9,w) Actuator synchronisation CA: (lbm,p5,g) (lba2,lba2,g) (lbc,lbc,g) received ready Wait LT1 (lba,p14,g) (0,TOut4,c) (lbm,p1,g) Timed Constraint Graph (Analysis) Pattern (Modeling/Refinement) DoLifeTick (lbm,p2,g) Initiate! (0,p3,w)? (0,p4,w) ready (lbm2,lbm2,g) Sent (lbm,p5,g) synchronisation MC: (lbc,lbc,g) received (bd_l, bd_u,g) forward (lbc,lbc,g) ready?! (0,p10,w) (0,p9,w) synchronisation CA: Wait InitReceive (lba2,lba2,g) received (lba,p13,g) (lba,p14,g) Pattern (Modeling/Refinement) PG Mauritius Stefan Henkler - 16

17 Beispiel Verhaltenssynthese o Durch Überführung der Realtime Statecharts nach Timed Automata, lässt sich das Modell formal verifizieren F U J ABA Tool Suite RT Monitor Channel1 Actuator Wait LT1 (0,TOut4,c) (lbm,p1,g) DoLifeTick (lbm,p2,g) Initiate!? (0,p3,w) (0,p4,w) ready??? Structure Structure SequenceDiagram synchronisation MC: (lbc,lbc,g) (lbm2,lbm2,g) received Wait Sent (lba,p13,g) (bd_l, bd_u,g) InitReceive?! forward (0,p10,w) (0,p9,w) synchronisation CA: (lbm,p5,g) (lba2,lba2,g) (lbc,lbc,g) received ready (lba,p14,g) Timed Constraint Graph (Analysis) Pattern (Modeling/Refinement) Code Timed Automata (Verification) Timed Automata (Verification) PG Mauritius Stefan Henkler - 17

18 Beispiel Verhaltenssynthese o Aus dem Realtime Statecharts Modell wird c++ Code generiert F U J ABA Tool Suite RT Monitor Channel1 Actuator Wait LT1 (0,TOut4,c) (lbm,p1,g) DoLifeTick (lbm,p2,g) Initiate!? (0,p3,w) (0,p4,w) ready??? Structure Structure SequenceDiagram synchronisation MC: (lbc,lbc,g) (lbm2,lbm2,g) received Wait Sent (lba,p13,g) (bd_l, bd_u,g) InitReceive?! forward (0,p10,w) (0,p9,w) synchronisation CA: (lbm,p5,g) (lba2,lba2,g) (lbc,lbc,g) received ready (lba,p14,g) Timed Constraint Graph (Analysis) Pattern (Modeling/Refinement) Code Timed Automata (Verification) Code PG Mauritius Stefan Henkler - 18

19 Beispiel Verhaltenssynthese o Gesamtüberblick über alle beteiligten Phasen Anforderungen, Entwurf und Implementierung (Code Generierung) F U J ABA Tool Suite RT Monitor Channel1 Actuator Wait LT1 (0,TOut4,c) (lbm,p1,g) DoLifeTick (lbm,p2,g) Initiate!? (0,p3,w) (0,p4,w) ready??? Structure Structure SequenceDiagram synchronisation MC: (lbc,lbc,g) (lbm2,lbm2,g) received Wait Sent (lba,p13,g) (bd_l, bd_u,g) InitReceive?! forward (0,p10,w) (0,p9,w) synchronisation CA: (lbm,p5,g) (lba2,lba2,g) (lbc,lbc,g) received ready (lba,p14,g) Timed Constraint Graph (Analysis) Pattern (Modeling/Refinement) Code Timed Automata (Verification) PG Mauritius Stefan Henkler - 19

20 IV. Ziele o Systematisierung der Anforderungsbeschreibung im Automobilbereich o Maßnahmen zur Steigerung der Validität der Anforderungen bis in den Entwurf o Rückführen von Validierungsergebnissen in die Anforderungsbeschreibungen Welche Anforderungen sind erfüllt und/oder überprüft? PG Mauritius Stefan Henkler - 20

21 Was euch erwartet PG Mauritius Stefan Henkler - 21

22 Was euch erwartet o Mischung aus Theorie und Praxis o Kennenlernen von topaktuellen Technologien und Modellierungsmethoden - mit domänenübergreifender Relevanz o Ausgewogene und kreative Teilaufgaben: Konzepte entwickeln, die dann in Editoren, Modellen, Algorithmen umgesetzt werden o Evaluierung an einem praxisrelevanten Anwendungsbeispiel PG Mauritius Stefan Henkler - 22

23 V. Organisatorisches o Prüfungsleistung: Projektgruppe (SWT) o Perspektiven Diplomarbeiten/SHK Tätigkeiten Die Fachgruppen Software Engineering und Database and Information Systems sind Nummer 1 in Deutschland im Bereich Software Engineering, weltweit Top 16 (Communications of the ACM (Juni 2007) ) s-lab und Industrie o Anmeldung: max. 15 Plätze Heute: Liste im Anschluss an Alle Vorträge Danach: an Stefan Henkler <shenkler@upb.de> o Weitere Informationen <shenkler@upb.de> PG Mauritius Stefan Henkler - 23

24 Organisatorisches o Prüfungsleistung: Projektgruppe (SWT) o Perspektiven Diplomarbeiten/SHK Tätigkeiten Die Fachgruppen Software Engineering und Database and Information Systems sind Nummer 1 in Deutschland im Bereich Software Engineering, weltweit Top 16 (Communications of the ACM (Juni 2007) ) s-lab und Industrie o Anmeldung: max. 15 Plätze Heute: Liste im Anschluss an Alle Vorträge Danach: an Stefan Henkler <shenkler@upb.de> o Weitere Informationen <shenkler@upb.de> PG Mauritius Stefan Henkler - 24