Modellbasierte Softwareentwicklung für vernetzte Steuergeräte im Automobil

Transkript

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2 Modellbasierte Softwareentwicklung für vernetzte Steuergeräte im Automobil Christian Schröder Telelogic Deutschland GmbH Bielefeld Christian Schröder OOP

3 Übersicht Anforderungen an die Systementwicklung im Automobil Fokus Projekt Modellbasierte Systementwicklung Das integrierte Systemmodel Abstraktionsebenen Modeling Language AML Notationen Einsatz der UML Funktionen und Funktionennetze Metamodell Notationen und Fallstudienausschnitt Werkzeugunterstützung und Konzept der Werkzeugkopplung Laufende Untersuchungen Zusammenfassung und Ausblick Christian Schröder OOP

4 Requirements is a lot harder than it used to be (because we built all the easy systems a long time ago) by Tom DeMarco: The Atlantic System Guild Christian Schröder OOP

5 Anforderungen an die Systementwicklung im Automobil Verteiltheit und Interoperabilität in Steuergerätenetzwerken Verteilte Realisierung von Gesamtfunktionalitäten Zunahme der Abhängigkeiten Arbeitsteiliges Vorgehen Anforderungskatalog vom Hersteller Realisierung vom Zulieferer Abnahme und Integration vom Hersteller Kurze Entwicklungszeiten Kurze Entwicklungszeiten Paralleles Entwickeln von Steuergeräten, und Funktionen innerhalb eines Steuergerätes Wettbewerbsentscheidende Innovationen Zunahme des Stellenwerts eingebetteter Systeme für den Kunden (vgl. DSC, ACC) Christian Schröder OOP

6 Fokus Projekt Systementwicklung in der frühen Phase Forsoft II - REQUIREMENTS Requirements Management Analysis Software Project Planning and Tracking Specification Software Configuration Management Function Development Process Design Documentation Partner : Werkzeughersteller: Telelogic ETAS Universität: TU München Implementation Automobilhersteller: & Integration BMW Opel (assoziiert) Software Quality Assurance Production & Service Zulieferer: Software Subcontract Bosch (assoziiert) Management ZF Friedrichshafen (assoziiert) PRODUCT Christian Schröder OOP

7 Modellbasierte Systementwicklung Analyse Design Szenarien Funktionen Integriertes Funktionennetz Systemmodell Logische Architektur Technische Architektur Implementierung Übergang informeller, unvollständiger Anforderungen zu Modellen Funktionsspezifikation Konsistente, nachvollziehbare Verwaltung der Funktionen Integration auf logischer Ebene mit dem technischen Teil der Systementwicklung Christian Schröder OOP

8 Integrierte modellbasierte Systementwicklung Das integrierte Systemmodell als Kernkonzept definiert die Modellstruktur unterstützt die Darstellung mit verschiedenen Notationen enthält eine präzise Prozess-Definition Basis für Modell Transformationen basiert auf einer algebraischen Modell-Theorie Christian Schröder OOP

9 integriertes Systemmodell System Model AML Abstraction Levels is based upon structures Semantics Metamodel is defined in terms of is defined in terms of is represented by Mathematical Foundation Notation Christian Schröder OOP

11 Abstraktionsebenen Einschränkende Systemsichten A Abstraktionsebene N B C Abstraktionsebene N-1 Allgemeines Prinzip zur Strukturierung... und Integration großer Informationsmengen des AML Metamodells und der Anwendermodelle der Prozessaktivitäten Christian Schröder OOP

14 Die Modeling Language AML repräsentiert die Struktur des Systemmodells Formale Basis für Modell Transformationen Kompatibel mit UML 1.4 (und später mit UML 2.0) ASCET-SD Notationen Präzise Definition der Semantik aller Modellelemente Zukünftiger Standard für den Automobilbereich Christian Schröder OOP

17 Das AML Metamodell Das Metamodell definiert die abstrakten Modellierungskonzepte der AML strukturiert entlang der Abstraktionsebenen Einheitliche Struktur durch Verwendung übergeordneter Metamodell Pattern Hierarchie Varianten Instanziierung Grundlage für ein einheitliches Vorgehen zur Entwicklung hierarchischer Systeme Christian Schröder OOP

20 Notationen Generelle Aspekte Notationen repräsentieren Anwendermodelle in der konkreten Syntax der AML Verwendung textueller und graphischer Notationen Verwendung bekannter ( best practice ) Standards möglichst kleiner Wortschatz Kompromiss zwischen Ausdrucksstärke und Übersichtlichkeit der Diagramme Christian Schröder OOP

21 Notationen Einsatz der UML in Standard für objektorientierte Notationen Multi purpose Modellierungssprache Spezialisierung durch Profilbildung kompatibel zum Konzept der Abstraktionsebenen gemeinsame Sprache für alle Beteiligten 1.Definition der AML Spracharchitektur (Metamodell) mit UML 2.Ankopplung des AML Metamodells an den (neuen) UML Standard 3.Definition eines UML Profils breite Akzeptanz in der Industrie Automatische Integration in bestehende und zukünftige UMLbasierte Entwicklungsprozesse Christian Schröder OOP

23 Abstraktionsebene Funktionen Wiederverwendbare Funktionen repräsentieren Grundbausteine Homogene, hierarchische Strukturierung von Funktionen Definition symmetrischer Kommunikationsschnittstellen Horizontale und vertikale Kommunikation Verwendung des Recursive-Control-Pattern Implizite Verwendung von Koordinatorfunktionen Christian Schröder OOP

24 Metamodell Funktionen InstantiableSignal * Subfunction Function Name:String 1 Function local * propagated 1 * OutPort * Variable * InPort * delegated 1 propagator 1 caller * called delegator Christian Schröder OOP

25 Notationen Funktionen Horizontale Kommunikation Verwendung von In-Ports und Out-Ports ( provided & required Interface ) Explizite Darstellung von In-Ports mit Interface Klassen Implizite Darstellung von Out-Ports mit Dependency Basic_Operation MotorControl Motor Christian Schröder OOP

26 Notationen Funktionen Vertikale Kommunikation Explizite Darstellung der internen und externen Sicht einer Funktion Symmetrisch zur Darstellung der horizontalen Kommunikation Interrupt «propagation» Shut_Protection «delegation» Activation Child_Protection Christian Schröder OOP

27 Notationen Funktionen Port- und Signaldefinitionen «interface» Control «variant» «variant» «variant» «interface» SimpleControl «interface» ComfortControl «interface» MotorControl +up() +down() +stop() +fully_up() +fully_down() +up() +down() Christian Schröder OOP

28 Notationen Funktionen Horizontale und vertikale Kommunikation Interrupt MotorControl Basic_Operation WindowControl Motor MotorControl SensorValues Activation Child_Protection ComfortControl Comfort_Fcts Activation Block_Detection Christian Schröder OOP

29 Abstraktionsebene Funktionennetz Bildung funktionaler Varianten und deren Vernetzung Zuschneiden von generischen Funktionen zu Varianten Modellierung des Inter-funktionalen Verhaltens Spezifikation der erforderlichen Ports und der Signalabhängigkeiten Christian Schröder OOP

30 Metamodell Funktionennetz InstantiableFunction VariableFunction 1 * instanciated by * FunctionInstance Name:String selects Function 1 function tailored * 1 FunctionVariant Name:String 1 1 selects selects * * OutPort InPort 1 selects * Variable Christian Schröder OOP

31 Notationen Funktionennetz Variantenbildung aus generischen Funktionen ComfortControl WindowControl Interrupt Window_Lifting «variant» «variant» WindowControl ComfortControl Interrupt DriverDoor «variant» CoDriverDoor WindowControl WindowControl PassengerDoor Christian Schröder OOP

32 Notationen Funktionennetz Vernetzung der Varianten ComfortControl WindowControl DriverDoor WindowControl CoDriverDoor Interrupt WindowControl PassengerDoor SunroofControl Sunroof Christian Schröder OOP

33 Werkzeug-Unterstützung: UML-Suite Navigation zwischen Modellelementen und Diagrammen aller Abstraktionsebenen Übersichtliche Projektdarstellung durch konfigurierbaren Browser Christian Schröder OOP

34 Werkzeug-Unterstützung: DOORS Darstellung der Beziehungen im Modell (z.b. Szenarien-Funktionen, Variantenbildung) durch Links und Linkmodule zwischen Dokumenten Automatische Nachvollziehbarkeit Navigation von Anforderungen zu Modellelementen Verfolgung der Herkunft von Anforderungen Christian Schröder OOP

35 Integrierte Systemansichten Viewpoint 1 Viewpoint Viewpoint 3 Christian Schröder OOP

36 Konzept der Werkzeugkopplung??? Christian Schröder OOP

37 Konzept der Werkzeugkopplung Modellaustausch via XMI Minimalistischer Ansatz AML spezifische Daten Werkzeugspezifische Daten Konsistente Datenhaltung durch Vergabe gobaler (AML spezifischer) und lokaler (werkzeugspezifischer) Identifikatoren Individuelle und unabhängige Entwicklung der Import/Export Module bei den Herstellern Tool 1 XMI Tool 3 Tool 2 Christian Schröder OOP

38 Offene XMI basierte Kopplung «executable» DOORS «executable» UML Suite ImportExportModule ImportExportModule «file» XMI System Model «executable» Any other tool «executable» ASCET SD ImportExportModule ImportExportModule Christian Schröder OOP

39 Laufende Untersuchungen Komplettierung des spezifischen Systemmodells formale und vollständige Definition aller Bestandteile, insbesondere der Konsistenzbedingungen zwischen aufeinander folgenden Abstraktionsebenen Definition des konkreten Entwicklungsprozesses auf Basis der Abstraktionsebenen Werkzeugunterstützung Verkopplung der Werkzeuge werkzeugunterstützte Transformation von Modellen zu ausführbarem Code Christian Schröder OOP

40 Zusammenfassung und Ausblick Modeling Language (AML): Modellierungssprache zur Spezifikation eingebetteter Systeme im Umfeld Vollständig formuliert als UML Profile für UML 1.x und UML 2.0 und damit integriert in den UML Standard Gemeinsamer Standard für Hersteller und Zulieferer Iterative Erarbeitung der Werkzeugkette Produktreife Werkzeugkette Support durch führende Werkzeughersteller Fallstudien Durchführung realistischer Fallstudien bei den assoziierten Partnern zur Projektlaufzeit Gemeinsame Evaluierung des Entwicklungsprozesses und der Werkzeugkette Produktreife Werkzeugkette und konsolidierte AML: Feb Christian Schröder OOP