La ingeniería de software y los sistemas embebidos

1. La ingeniería de software y los sistemas embebidos Gerardo León

2. La ingeniería de software • Ingeniería es la aplicación de conocimiento científico, técnico y práctico para resolver problemas humanos. • Problema • Requerimientos • Restricciones • Solución • Diseño adecuado • Predicción de resultados • Pruebas

3. La ingeniería de software • La ingeniería produce calidad • Calidad = satisfacción de expectativas • Requisitos imprecisos • Defectos en el proceso • Ejemplos: pavimentación de la Alameda • ¿Artesanía o ingeniería de software? • Depende de las expectativas

4. Los sistemas embebidos • Características “especiales” • “Hardware” variable y desconocido • Tiempo real • Estricto o permisivo • Dificultad de pruebas • ¡Predicibilidad y variabilidad! • Además cada vez más común • Tamaño importante del software y del equipo • Equipo multidisciplinario • Equipo distribuido • ¡Es importante hablar de ingeniería de software!

5. S Q A RM SCM PT & O Requerimientos Desarrollode Software El proceso de desarrollo

6. El proceso de software es una caja negra. Los requerimientos del cliente están controlados y prácticas de gestión de proyectos han sido establecidas. Las tareas del proceso de desarrollo de software han sido definidas y son visibles. El proceso de desarrollo de software definido está instrumentalizado y es controlados cuantitativamente. Nuevas maneras y mejores maneras de desarrollar software son probadas continuamente, de forma controlada para mejorar la productividad y la calidad. Ejemplo: Niveles CMM

7. Actividades en el Desarrollo de Sistemas Embebidos • Determinación de requisitos • Análisis de hardware (*) • Arquitectura o diseño de alto nivel • Análisis de rendimiento (*) • Diseño detallado • Codificación y pruebas unitarias • Integración • Pruebas de sistema, pruebas de aceptación

8. Cómo se organizan las actividades • Un ciclo de vida de software es la serie de etapas de un producto de software • Hay muchos modelos de ciclo de vida: • Cascada y V • Entregas incrementales • Entregas incrementales con prototipos • Evolutivo • Espiral • Todo ahora • Exploratorio

9. Modelo de Ciclo de Vida de Cascada Requisitos Diseño Codificación y pruebas Integración Pruebas de sistema Entrega Evolución

10. La Madre de Todos los Ciclos de Vida El ciclo de vida de cascada es sentido común • Define lo que quieres • Determina un método para lograrlo • Ejecuta tu método • Prueba los resultados • Entrega • Repite si quieres más

11. Modelo de Entregas Incrementales • Una serie planificada de cascadas que entregan más y más funcionalidad • Se puede usar un sistema limitado antes de terminar el proyecto • No es útil para productos basados en Rom, pero útil en familias de productos basados en ROM

12. Modelo de Ciclo de Vida Evolutivo • Parecido a las entregas incrementales, pero sólo se planifica la próxima entrega • Con-funde el desarrollo con la evolución • Usa realimentación del uso de las versiones anteriores • Puede ser usado en un ambiente cambiante

13. 1-Determinación de requisitos • Propósito: Tener un entendimiento común sobre qué es el sistema y qué hace • Los requisitos sirven de base para construir y evaluar un sistema • Requisitos • Requisitos funcionales • Requisitos de prueba (*) • Matriz de requisitos de prueba versus funcionales • Requisitos de calidad (*) • Requisitos de interfaces • Requisitos de desarrollo

14. El problema de la ingeniería de software: Falta de claridad en los objetivos • Si queremos tener éxito debemos definir claramente qué es el éxito: • costo • plazo • recursos • nivel de satisfacción de requisitos • etc. • Si los objetivos no son claros, no los alcanzaremos claramente

15. Ejemplo requisito de calidad: Tiempo de cambio de canal digital • Si queremos que los datos sean consistentes podemos especificar el grado de consistencia Escala Probabilidad de que el cambio de canal digital sea menor a 2 segundos Prueba Tomar 100 medidas en milisegundos Actual Peor 98% Plan 99.5% Autoridad Minuta del 25/8/99

16. 2-Organización del conocimiento (*) • Propósito: Conocer y comprender el hardware y estándares a usar • Es muy frecuente que usemos sistemas, herramientas interfaces o estándares, con los que no estamos familiarizados • No podemos diseñar bien sin conocer a fondo las capacidades y limitaciones con que vamos a trabajar • Pretender que vamos a aprender durante los “tiempos libres” es ingenuo

17. ¿Por qué detalles ahora? • Va en contra del diseño de arriba hacia abajo (top-down) • En realidad es más bien de abajo hacia arriba (bottom-up) • Después de esto volvemos al diseño top-down • La razones principales son: • Hay una fuerte dependencia en el bajo nivel, incluyendo las capacidades del hardware • Nuestro diseño debe adaptarse al hardware y RTOS disponibles • Debemos aprender lo básico antes de diseñar

18. 3-Arquitectura o diseño de alto nivel • Propósito: Crear un modelo del sistema embebido • Incluir las componentes principales y sus interacciones • Puede ser incluido en el documento de requisitos • La arquitectura es la decisión de diseño más crítica • Una arquitectura flexible es la base del desarrollo evolutivo • Las arquitecturas son difíciles de inventar de la nada, pero se pueden reusar de proyectos anteriores o de libros

19. Arquitectura de TVControl Application Action Routines Automatic Routines Command Interpreter State Machine Screens Texts Scheduler Device Drivers OSD Remote Control Control Panel Closed caption Time Base I2C Fonts TV Set Hardware Estratos

20. 4-Análisis de rendimiento (*) • Propósito: Asegurar que el sistema tendrá el rendimiento adecuado • Actividades: • Análisis de escenarios: Determinar operaciones a ejecutar y consumo de recursos por operación • Análisis del sistema: Determinar uso de recursos compartidos entre escenarios • Planificación de tareas: Determinar qué componentes son tareas y cómo secuenciarlas (scheduler).

21. De qué se trata • Mirar al diseño en términos de rendimiento • No pasar mucho tiempo aquí pues • No hay información detallada • Mayor parte de problemas de rendimiento debidos a malos diseños • No se trata de arreglarlos en la codificación. • La idea es ver donde poner esfuerzos de optimización

22. Desarrollar escenario de uso • Usar notación del tipo diagrama de flujo Nodo básico Nodo repetición Nodos identificación de estado Nodo expandible Nodo inicial Control de flujo simple Llamado a función

23. Modelo simple de sistema • Análisis basado en uso de recursos • Buses • Discos • Memoria • CPU • Identificar los distintos recursos de nuestro sistema.

24. 5-Diseño de Componentes • Propósito: Tomar y registrar decisiones sobre • Responsabilidades de cada módulo • Interfaces de funciones y APIs • Algoritmos y/o máquinas de estado • Estructuras de datos • Variables y constantes • Uso de semáforos, interrupciones, polling • El resultado es una descripción detallada de cada móludo del sistema en uno o varios documentos

25. 6-Codificación y pruebas unitarias • Propósito: Transformar el diseño en código ejecutable • La codificación es una actividad poco creativa si el diseño es muy detallado • Es más bien una transcripción del diseño al lenguaje de programación • Sólo te preocupas del lenguaje y las herramientas • También te preocupas de encontrar errores de diseño • La codificación de un módulo termina cuando se ejecutan con éxito las llamadas pruebas unitarias

26. Modelo de ciclo de vida en V Necesidades Certificación Requisitos Pruebas de sistema Arquitectura Pruebas de integración Diseño detallado Pruebas unitarias Codificación

27. Test Driver Your function Stub Stub Pruebas Unitarias • Propósito: Encontrar defectos en el módulo o función. • Normalmente las pruebas unitarias son hechas por el programador del módulo. • Para probar una función debes: • Llamarla • Tener subfunciones para llamar

28. 7-Integración • Propósito: Asegurar que no hay errores de interfaces; encontrar defectos en el sistema • La integración debe hacerse lo antes posible: apenas tengamos algunos pedazos de código • Es un proceso formal y planificado • En los sistemas embebidos la integración suele ser más compleja que en los sistemas comunes • Concurrencia (semáforos, tareas, dependencias) • Tiempo real • Hardware inestable

29. 8-Pruebas de sistema • Propósito: Asegurar que se cumplen los requisitos • Este es un proceso muy formal • Planificado en el Plan de Pruebas de Sistema • Casos de prueba en la Especificación de Pruebas de Sistema • Resultados en el Acta de Pruebas de Sistema • Cada error encontrado se describe y clasifica en un Informe de Error • La base de datos de errores sirve para aprender

30. 9-Pruebas de aceptación • Propósito: Certificar que los requisitos del cliente se han cumplido satisfactoriamente y por lo tanto se puede iniciar la producción • Esta etapa – también llamada “qualification” – debe hacerse por un equipo independiente del desarrollo • Si hay un cliente específico, él puede ejecutar las pruebas • Si el producto es para el mercado, debe haber un equipo en la organización o subcontratado para hacerlas

31. Conclusiones • La ingeniería de software porporciona técnicas y procedimientos que permiten ayudar a asegurar un software de calidad • Cada vez más la ingeniería de software es necesaria en el desarrollo de sistemas embebidos de calidad debido a: • Crecientes posibilidades del hardware • Creciente complejidad y tamaño en el software • Distribución y composición de equipos de trabajo