Korrektheitsbegriffe für modellbasierte Codegeneratoren

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Felix Dunkle
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1 Korrektheitsbegriffe für modellbasierte Codegeneratoren Institut für Informatik Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg 9.IT Dr. Mirko Conrad The MathWorks München Prof. Dr. Wolf Zimmermann Institut für Informatik Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

2 Überblick Motivation 1 Motivation Motivation Absicherung der Codegenerierung 2 Problematik Ziele 3 Vorgehen 4

3 Motivation Motivation Absicherung der Codegenerierung Entwicklung eingebetteter Steuergerätesoftware im Automobilbereich erfolgt zunehmend modellbasiert mit automatischer Codegenerierung modellbasierte Spezifikation C-Code Codegenerierung Vorteile automatischer Codegenerierung erhebliche Steigerung der Softwarequalität Reduzierung der Entwicklungszeiten um 20-50% permanenten Konsistenz zwischen Modell und Code in allen Entwicklungsphasen

Spezifikation C-Code Codegenerierung Vorteile automatischer Codegenerierung erhebliche Steigerung der

4 Motivation Absicherung der Codegenerierung Beispiel: Pedalinterpretation für TmA

5 Motivation Absicherung der Codegenerierung Beispiel: Pedalinterpretation für TmA

6 Motivation Absicherung der Codegenerierung Beispiel: Pedalinterpretation für TmA

Motivation Absicherung der Codegenerierung Qualifikation des Codegenerators durch modellbasiertes Testen Stimulation mit zeitveränderlichen

7 Motivation Absicherung der Codegenerierung Qualifikation des Codegenerators durch modellbasiertes Testen Stimulation mit zeitveränderlichen Signalen Vergleich der Ausgangssignale verschiedener Implementierungsphasen Voraussetzung: geeignete Begriffe der Korrektheit für generierte Programme

zeitveränderlichen Signalen Vergleich der Ausgangssignale verschiedener

8 Problematik Ziele idealesmodel Verfeinerung Implementierung Modell Gleitkommaarithmetik unbegrenzt Ressourcen unendlich kurze Berechnungszyklen Zielhardware Festkommaarithmetik (8 bzw. 16 Bit) beschränkte Ressourcen beschränkte Ausführungsgeschwindigkeit

kurze Berechnungszyklen Zielhardware Festkommaarithmetik (8 bzw.

9 Problematik Ziele arithmetische Überläufe durch geringere Wertebereiche der Implementierung unvermeidbare Signalabweichungen und Quantisierungsrauschen durch unterschiedliche Genauigkeiten zeitliche Signalverschiebungen durch Quantisierung und unterschiedliche Ausführungsgeschwindigkeiten Folge Implementierung kann nur ähnliche Systemreaktionen liefern

unterschiedliche Genauigkeiten zeitliche Signalverschiebungen durch Quantisierung und

10 Problematik Ziele Beispiel: Abweichungen in Wert- und Zeitrichtung am Switchblock Switch-Steuersignal Switch-Ausgangssignal

11 Problematik Ziele Untersuchung geeigneter Korrektheitsbegriffe für modellbasierte Codegeneratoren am Beispiel der Codegeneratoren TargetLink (dspace) und Real-Time Workshop (The MathWorks). Korrektheitsbegriff soll: Besonderheiten modellbasierter Entwicklungstechnologien berücksichtigen übertragbar auf bereits bestehende Qualitätssicherungsmaßnahme sein Kriterien einer korrekten Implementierung formal definieren

Korrektheitsbegriff soll: Besonderheiten modellbasierter Entwicklungstechnologien berücksichtigen

12 Vorgehen Theorie formale Spezifikation Verifikation identisches Verhalten von Spezifikation und Implementierung mathematisch logischer Nachweis der Korrektheit Praxis: modellbasierte Codegenerierung funktionales Modell Testen ähnlicher Signalverlauf von Modell und Implementierung Tester bewertet hinreichende Ähnlichkeit anwendungsspezifisch Folge übliche Korrektheitsbegriffe zu einschränkend

Codegenerierung funktionales Modell Testen ähnlicher Signalverlauf von Modell und Implementierung

13 Vorgehen Theorie formale Spezifikation Verifikation identisches Verhalten von Spezifikation und Implementierung mathematisch logischer Nachweis der Korrektheit Praxis: modellbasierte Codegenerierung funktionales Modell Testen ähnlicher Signalverlauf von Modell und Implementierung Tester bewertet hinreichende Ähnlichkeit anwendungsspezifisch Folge übliche Korrektheitsbegriffe zu einschränkend

14 Vorgehen Theorie formale Spezifikation Verifikation identisches Verhalten von Spezifikation und Implementierung mathematisch logischer Nachweis der Korrektheit Praxis: modellbasierte Codegenerierung funktionales Modell Testen ähnlicher Signalverlauf von Modell und Implementierung Tester bewertet hinreichende Ähnlichkeit anwendungsspezifisch Folge übliche Korrektheitsbegriffe zu einschränkend

15 Vorgehen Was heißt Ähnlichkeit? 1 Ausfallsicherheit (Ressourcenbeschränkungen) 2 hinreichende Genauigkeit im Kontext der Anwendung 3 hinreichendes Zeitverhalten im Kontext der Anwendung

16 Vorgehen Was heißt Ähnlichkeit? 1 Ausfallsicherheit (Ressourcenbeschränkungen) 2 hinreichende Genauigkeit im Kontext der Anwendung 3 hinreichendes Zeitverhalten im Kontext der Anwendung

17 Vorgehen Was heißt Ähnlichkeit? 1 Ausfallsicherheit (Ressourcenbeschränkungen) 2 hinreichende Genauigkeit im Kontext der Anwendung 3 hinreichendes Zeitverhalten im Kontext der Anwendung

18 Vorgehen Allgemeines Vorgehen 1 Betrachtung Ein-/Ausgabeverhaltens ereignis- und zeitdiskreter reaktiver Systeme 2 Formulierung des Korrektheitsbegriffes als parametrisierte Ähnlichkeitsrelation zwischen beobachtbaren Programmverhalten 3 Parametrisierung mit anwendungsspezifischen Toleranzschwellen für Wert- und Zeitabweichungen

parametrisierte Ähnlichkeitsrelation zwischen beobachtbaren Programmverhalten 3

19 Vorgehen Formaler Ansatz Interpretation von Modell und Implementierung als zeitbehaftete abstrakte Zustandsübergangssystem Abstraktion von nicht beobachtbaren Zustandsübergängen Definition einer Relation ρ als Simulationsbeziehung zwischen Ein-/Ausgabeverhalten beider Systeme Modell I/O Implementierung I/O......

beobachtbaren Zustandsübergängen Definition einer Relation ρ als

20 Vorgehen Formaler Ansatz Interpretation von Modell und Implementierung als zeitbehaftete abstrakte Zustandsübergangssystem Abstraktion von nicht beobachtbaren Zustandsübergängen Definition einer Relation ρ als Simulationsbeziehung zwischen Ein-/Ausgabeverhalten beider Systeme Modell I/O I/O I/O Implementierung I/O......

21 Vorgehen Formaler Ansatz Interpretation von Modell und Implementierung als zeitbehaftete abstrakte Zustandsübergangssystem Abstraktion von nicht beobachtbaren Zustandsübergängen Definition einer Relation ρ als Simulationsbeziehung zwischen Ein-/Ausgabeverhalten beider Systeme Modell I/O ρ I/O I/O ρ Implementierung I/O......

22 Vorgehen Modell q 1 q 2 q 3 q 4 q 5 q 6 ρ ρ ρ ρ ρ ρ Implementierung s 1 s 2 s 3

23 Vorgehen Einschränkungen deterministisch spezifiziertes Modell Korrektheit bezüglich spezifizierten Wertebereich mögliche Fehlerursachen: inkorrekte Modellspezifikation inkorrekte Konfiguration des Codegenerators nicht implementierbare Systemanforderungen tatsächliche Fehler im Codegenerator

24 Korrektheitsbegriff konnte formal durch parametrisierte Ähnlichkeitsrelation formuliert werden Beachtung der Betriebsmittelbeschränkungen Korrektheit kann nur bezüglich konkreter Anwendungen garantiert werden konkrete Genauigkeits- und Zeitanforderungen notwendig Unterstützung modellbasierter Testverfahren durch formale Methoden Translation Validation als Methodik zwischen Testen und Verifikation

25 Quellen Korrektheitsbegriffe für modellbasierte Codegeneratoren Institut für Informatik Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg 9.IT

26 Quellen Quellen Dr. Hans-Werner Wiesbrock, Automatische Testauswertung für Steuergerätesoftware, ETAS Vortrag 2004 Holger Schlingloff, Mirko Conrad, Heike Dörr and Carsten Sühl Modellbasierte Steuergerätesoftwareentwicklung für den Automobilbereich, GI Automotive 2004, Diplomarbeit 2006

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