Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme

1. Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für offene Kommunikationssysteme FOKUS

2. Noch Fragen? • Schema für Controller in C? • Was ist ein Codegenerator? • Prinzip der Übersetzung Scicos – C? • Behandlung von Schleifen? • Unterschied Gleitkomma-Festkomma? • Codeoptimierungen – welche? • Absicherung der Codegenerierung? • X-in-the-Loop: Was ist X?

3. Codegenerierung • Codegenerierung aus SysML/UML • Codegenerierung aus State Machines • Codegenerator ist „Compiler für Modelle“ • Wiederverwendung • schnelle Prototyp- und Produkterstellung • erhöhte Zuverlässigkeit gegen Programmierfehler • automatische Optimierung des generierten Codes • Ziel: automatische Übersetzung von Modellen in ausführbaren (C-) Code

4. Codegenerierung aus SysML • Requirement Diagramme • (noch) nicht wirklich für Code verwendbar • Blockdiagramme (BDD/IBD) • VHDL-Code • experimentelle Tools (RTaW, c-Lab U Paderborn) • SysML to SystemC • Aktivitätsdiagramme • zur Spezifikation des Kontrollflusses • Zustandsdiagramme

5. Example Source: Mura, Panda, Prevostini: Executable models and Verifivation from MARTE and SysML

8. UML Codegenerierung • (Fast) jedes UML Tool behauptet, Code generieren zu können • Wiki listet ca. 100 Tools auf (“Comparison of code generation tools”) • Unterschiedliche Fähigkeiten • Meist: Erzeugung von Schablonen • Hohe Schule: Round-trip Engineering • Für Eclipse-UML: Acceleo, Modelio (Softeam)

9. Modelio – Demo vertagt

10. UML Zustandsmaschinen • neben Klassendiagrammen die am häufigsten zur Codegenerierung verwendete Diagrammart • Übertragung der operationellen Semantik in die Zielsprache • Beispiel: Hugo-RT, U Augsburg • nimmt beliebiges (Papyrus-) Modell • erzeugt Java und Promela (für Model-Checking)

11. Schema • Paradigma für funktionale Systemeinput-process-output • Paradigma für eingebettete Systemeloop{sense-think-act} • Hauptschleife, endlos wiederholt: - lies Sensorwerte - berechne Abweichung oder Aktion - schreibe Aktuatorwerte • Innerhalb der Berechnung können verschiedenen Modi (Zustände) angenommen werden • Codegeneratoren folgen diesem Paradigma

12. Beispiel Pacemaker

13. Example: VDI-Pacemaker • Verhalten (vereinfacht) • wait for an atrial pulse to be sensed • wait for at most the AV delay • if within this time a ventricular pulse is detected, goto step 1. • otherwise, generate a ventricular pulse and goto step 1.

14. off tape play dn up up up dn dn memory dn Allgemeines Übersetzungsschema s = off; while (true) { dequeue i from input stack; case s of off: case i of dn: s = tape; end; tape: case i of dn: s = memory; up: s = off; end; memory: case i of dn: s = play; up: s = off; end; play: case i of dn: s = tape; up: s = off; end; end; } Variable s ist der aktuelle Zustand; Variable i ist der aktuelle Input

15. off tape play dn up up up dn dn memory dn Sprungtabellentechnik table=[state]x[input][state]: table=[[off,dn,tape],[tape,up,off], [tape,dn,memory],...] s=off; while (true){ dequeue i from input stack; s=table[s,i]; } Variable s ist der aktuelle Zustand; Variable i ist der aktuelle Input

16. Codegenerierung für Zustandsmaschinen • Behandlung des Event-Pools • Behandlung von Parallelität • Hierarchisierung • Completion Events • History-States Übersetzungsschema s = s0; while (true) { dequeue (trigger); let Enabled = {tT | t=(s,(e,c,a),s´), c = true, e=0 or trigger  e} if (Enabled not empty) { choose some t=(s,(e,c,a),s´) from Enabled; execute a; //potentially enqueing other triggers s = s´; } }

17. Beispiel: VisualState Codegenerierung

18. Menschen- vs. maschinenlesbarer Code

19. Verifikation und Reportgenerierung • Schlüsselwort: Modellprüfung (model checking)