Car-Multimedia-Systeme modell-basiert testen mit SysML:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
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| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Vieweg + Teubner
2009
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| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Vieweg + Teubner research
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Autor: Alt, Oliver
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Ziel der Arbeit 2
1.2 Übersicht über die Arbeit 2
2 Elektronische Systeme im Fahrzeug 5
2.1 Architekturüberblick 5
2.2 Telematiksystem im Fahrzeug 7
2.2.1 Zentrales Telematik-Steuergerät (Head-Unit) 7
2.2.2 Anzeigesysteme 8
2.2.3 Audiosteuergeräte 10
2.2.4 Videosteuergeräte 10
2.3 Abgrenzung zu anderen Domänen 10
2.4 Bussysteme und Schnittstellen 11
2.4.1 CAN 11
2.4.2 MOST 12
2.4.3 FlexRay 17
2.4.4 LIN 18
2.4.5 Weitere Schnittstellen 18
2.5 Anwendungsbeispiel 19
2.6 Fazit 19
3 Entwicklung und Test im Telematikbereich 21
3.1 Entwicklungsprozesse 21
3.1.1 Allgemeines V-Modell 21
3.1.2 CMMI 24
3.2 Softwaretest 25
3.2.1 Anforderungen und Testgrundlage 27
3.3 Testverfahren 29
3.3.1 Manuelle Tests 29
3.3.2 Automatisierte Tests 29
xü Inhaltsverzeichnis
3.4 Testbeschreibungssprachen für automatisierte Tests 29
3.4.1 TTCN-3 30
3.4.2 UML2Testing Profile 33
3.4.3 Vector Informatik XML Testbeschreibung 33
3.4.4 Bewertung der Testbeschreibungen 35
3.5 Testumgebung 36
3.6 Problematik der heutigen Testpraxis 37
3.6.1 Geringe Testabdeckung durch informelle Spezifikationen 38
3.6.2 Schlechte Wiederverwendbarkeit der Testfälle 38
3.7 Anforderungen 39
3.7.1 Übergreifende Anforderungen 39
3.7.2 Modellanforderungen 40
3.7.3 Testanforderungen 41
3.8 Fazit 42
4 Modellierung und Modell-basiertes Testen 43
4.1 Modell-basierte Entwicklung 43
4.2 Modell-basierter Test 45
4.3 Modellgetriebene Architektur (MDA) 45
4.4 Metamodellierung 47
4.5 MetaObjectFacility(MOF) 47
4.6 Modelltransformation 49
4.6.1 Modelltransformationssprachen 49
4.6.2 Query View Transformation (QVT) 50
4.6.3 Atlas Transformation Language 53
4.7 Modellierungssprachen 53
4.7.1 Statecharts 54
4.7.2 Specification and Description Language (SDL) 55
4.7.3 Message Sequence Charts (MSC) 57
4.7.4 Petri-Netze 59
4.7.5 Matlab/Simulink und Ascet SD 60
4.7.6 Unified Modeling Language, Version 2 (UML2) 61
4.7.7 Domänenspezifische Modellierung (DSM) 64
4.7.8 Systems Modeling Language (SysML) 67
4.8 Auswahl der Modellierungssprache 70
4.9 Werkzeugauswahl 71
4.10 Fazit 72
Inhaltsverzeichnis xiii
5 Konzeption und Lösungsansatz 73
5.1 Rahmenbedingungen 74
5.2 Modelltransformation 74
5.2.1 Erweiterung des Schlüsselkonzeptes von QVT 78
5.2.2 Zuordnung der Domänen für WHEN- und WHERE-Aufrufe 80
5.3 Konzeption des Systemmodells 80
5.3.1 Strukturmodell 81
5.3.2 Verhaltensmodell 81
5.4 Strukturierung des Modells 83
5.4.1 Funktionaler Teil 83
5.4.2 Produktspeziflscher Teil 86
5.4.3 Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 86
5.5 Modell-basierter Testprozess 88
5.6 Formale Beschreibung der Modellstruktur 89
5.6.1 Funktionaler Modellteil 89
5.6.2 Produktspeziflscher Teil 92
5.7 Testdurchführung 95
5.8 Verwandte Arbeiten 95
5.9 Spezifikation der Testeingabedaten 96
5.9.1 Kopplung von CTM und SysML 97
5.10 Fazit 99
6 Generierung funktionaler Testfälle 101
6.1 Überblick 101
6.2 Ansätze zur Testfallgenerierung 101
6.2.1 Zustandsbasierte Ansätze 101
6.2.2 Ereignisbasierte Ansätze 103
6.3 Generierung funktionaler Testfälle 105
6.3.1 Modellierung des Systemverhaltens 105
6.3.2 Simulation des Systemmodells 112
6.3.3 Gewinnung von Testfällen 115
6.4 Überdeckungskriterien 117
6.5 Diskussion des Verfahrens 117
6.5.1 Auswahl der Benutzeraktivitäten zur Simulation 117
6.5.2 Problematik der großen Zustandsmenge 119
6.5.3 Verwendung des Modells als Testorakel 119
6.5.4 Zeitliches Verhalten 120
6.5.5 Strukturiertes Vorgehen bei der Modellerstellung 120
6.6 Fazit 121
xiv Inhaltsverzeichnis
7 Generierung produktspezifischer Testfälle 123
7.1 Überblick 123
7.2 Verwandte Arbeiten 123
7.3 Produktspezifische Modellierung 124
7.3.1 Verwendung der Funktionskataloge bei der Modellerstellung 127
7.3.2 Parameter 128
7.4 Parameteranpassung 129
7.5 Gewinnung MOST-speziflscher Informationen aus dem Strukturmodell .... 130
7.6 Äquivalentes Verhalten 135
7.7 Transformation zu spezifischen SysML-Testfallen 136
7.7.1 Informelle Beschreibung 136
7.7.2 Formale Beschreibung 138
7.8 Erzeugung der CANoe.MOST XML-Testmodule 144
7.8.1 SysML zu XML-Transformation mit QVT 145
7.8.2 Die QVT-Transformationsregel 146
7.9 Fazit 149
8 Beispiel MOST Audio System 151
8.1 Systemmodellierung 151
8.1.1 Funktionaler Teil 151
8.1.2 Produktspezifischer Teil 157
8.2 Testfallgenerierung 159
8.3 Fazit 162
9 Zusammenfassung und Ausblick 163
9.1 Modellierung von zeitlichem Verhalten 166
9.2 Nutzung weiterer SysML-Konzepte 166
9.3 Varianten 166
9.4 Automatisierte Validierung 166
9.5 Linguistische Aspekte bei der Modellerstellung 167
A QVT-Regel der SysML-zu-XML Transformation 169
Literaturverzeichnis 173
Index 181
Abbildungsverzeichnis
2.1 Vernetzte Elektronik im Automobil [ATZ01] 6
2.2 Kombiinstrument des Porsche Cayenne Turbo [Por07] 8
2.3 Kombiinstrument mit Night-View-Funktion der Mercedes S-Klasse [Rob06] .... 9
2.4 Aufbau eines MOST-Fame 13
2.5 Struktur einer MOST-Kontrollbotschaft 14
2.6 Die MOST-Operationstypen 15
2.7 Initialisierung einer MOST-Quelle und-Senke 17
2.8 Wichtige Klemmen eines Fahrzeuges 18
2.9 Schematischer Aufbau des Beispielsystems 20
3.1 Allgemeines V-Modell 22
3.2 Angepasstes V-Modell für die Systemintegration 23
3.3 W-Modell [SpiOl] 23
3.4 Aufbau des CMMI mit allen Prozessgebieten 26
3.5 Anwendungsfallbeschreibung eines MOST CD-Players 28
3.6 Portkonzept von TTCN-3 31
3.7 TTCN-3 Systemarchitektur [ETS07] 31
3.8 Struktur eines CANoe-Testmodules 34
3.9 Typische Testumgebung beim Test MOSTbasierter Systeme 36
3.10 Testprozess heute 38
4.1 Abstraktion in der Geschichte der Softwareentwicklung 44
4.2 MDA Transformationsprozess [MM03, S. 2-7] 46
4.3 Gliederung der (Meta-)Modellebenen 47
4.4 Das SimpleUML-Metamodell als Beispiel eines MOF-Metamodells [OMG05]... 48
4.5 QVT-Spracharchitektur (nach [OMG05, S.9]) 50
4.6 Beispiel einer QVT Relation in grafischer Syntax 51
4.7 Beispiel eines Statechart 54
4.8 Beispiel der grafischen und textuellen Repräsentation von SDL 55
4.9 Beispiel eines Message Sequence Chart zur Spezifikation des dynamischen MOST
Verhaltens (nach [MOS05]) 58
xvi Abbildungsverzeichnis
4.10 Petrinetz 59
4.11 Beispiel eines hierarchischen Modells in Simulink [The06a] 61
4.12 Die Notensprache als Beispiel einer DSL [HenOO] 65
4.13 Sprachdefinition und Sprachanwendung mit MetaEdit+[MetO7] 66
4.14 Definition und Anwendung eines UML Profils 67
4.15 Vergleich der SysML und UML2 Diagrammarten 68
4.16 Bewertung der untersuchten Sprachen 70
5.1 Konzeption des Lösungsansatzes 73
5.2 Profildefinition für den QVT-Editor 76
5.3 Essenzieller Teil des EA-Metamodells 77
5.4 Beispiel einer QVT-Relation mit Schlüssel 79
5.5 Dreiteilige Modellarchitektur 84
5.6 Beispiel eines Testfalles auf funktionaler Ebene 85
5.7 Modell-basierter Testprozess 88
5.8 QVT-Regel zur Erstellung der obersten Paketstruktur des Modells 90
5.9 Ergebnis der Ausführung der obersten QVT-Relation zum Anlegen der Modellstruktur 90
5.10 Struktur der Unterpakete des Systemverhaltens 91
5.11 Modell nach Ausführung der Regel zum Anlegen der Unterpakete im Verhaltens¬
modell 91
5.12 Oberste Transformationsregel zum Anlegen der Projektpaketstruktur 92
5.13 Anlegen der leeren Verknüpfung zur Benutzeraktivität im projektspezifischen Mo¬
dellteil 93
5.14 Transformation der Aktivitätsparameter zu Ports 93
5.15 Beispiel eines Transformationsergebnisses der Regel CreateProject 94
5.16 Prozess zur Kombination des SysML-Modells und der CTM 98
5.17 Klassifikationsbaum nach Hinzufügen der Äquivalenzklassen 98
5.18 Repräsentation der Äquivalenzklassen im SysML-Modell 99
6.1 Beispiel eines Ereignis-Sequenz-Graphen 104
6.2 Wahlmöglichkeiten beim Modell-basierten Test mit FSM oder ESG nach [WM07] . 104
6.3 Konzeption der automatisierten Generierung von ESG oder FSM aus dem SysML-
Modell 105
6.4 Definition der Kontrollwerte und Anwendung des Kontrolloperators 107
6.5 Semantik der Kontrollwerte 108
6.6 Vorbedingung der Benutzeraktivität Wiedergabe starten 108
6.7 Beispiele von Verknüpfungen zwischen Benutzer- und Systemaktivitäten 109
6.8 Internes Verhaltender Systemaktivität Wiedergabe durchführen 110
6.9 Übersicht der verwendeten Modellelemente zur Verhaltensbeschreibung 111
6.10 Generierter Zustandsgraph für die Wiedergabefunktionen des CD-Players 114
6.11 Beipiel eines generierten Dualgraphen 116
6.12 Beispiel für generierte Testfälle mit einer 1-switch-Überdeckung 118
Abbildungsverzeichnis xvii
7.1 Profildefinition zur Verhaltensmodellierung im Automobilbereich 125
7.2 Anwendung des Profils 126
7.3 Verknüpfung der Benutzeraktivität Wiedergabe starten mit dem produkt¬
spezifischen Verhalten 126
7.4 Dialog bei Einfügen einer CAN Action 127
7.5 Gegenüberstellung MOST-Kommunikation und abkürzende Schreibweise durch
die Aktivitätsdiagramme 128
7.6 Definition und Anwendung einer parametrischen Zusicherung 129
7.7 Parameteranpassung durch Anwendung einer SysML-Zusicherung 130
7.8 Profil zur Beschreibung der MOST-Systemstruktur 131
7.9 Anwendungsbeispiel des MOST-Profils 132
7.10 Verwendung des Stereotyp-Template Mechanismus 134
7.11 MOST-Aktionen nach Ersetzung der Templates durch konkrete Werte 134
7.12 Modellierung von Alternativen am Beispiel von Wiedergabe starten .... 135
7.13 Generierung von produktspezifischen Testfällen 137
7.14 Abhängigkeiten der Relationen in der Transformation Funct iona!2 Specif ic-
Testcase 138
7.15 Top-Level Relation Start derTransformationFunctional2Specif icTest-
case 139
7.16 Die Relation FindAssignStartNode sucht die passende Verknüpfung 140
7.17 Die Relation NextAssignAction2Testcase kopiert die projektspezifischen
Aktionen in den Testfall 141
7.18 Die Relation LastAssignAction2Testcase schließt die Transformation ei¬
ner Verknüpfung ab 142
7.19 Die Relation TerminateTestcase schließt den generierten Testfall mit einem
Endknoten ab 142
7.20 Die Relation ActionParameter2Testcase kopiert die Eingangsparameter
der Aktionen 143
7.21 Die Relation CopyTaggedValues kopiert die TaggedValues von Elementen . . 144
7.22 Die Relation CopyValidateAction kopiert die Validierungsaktionen 144
7.23 Verwendetes XML-Metamodell 145
7.24 Einfaches Beispiel einer Testsequenz und zugehörigem XML-Testmodul 146
7.25 Top-Level-Relation der Transformation AD2XMLTestmodule 147
7.26 Anlegen des testcase-Tag bei Auffinden des Startknotens 147
7.27 Relation zur Transformation einer CANAction direkt nach dem Startknoten ... 148
7.28 Relation zur Transformation einer CANAction nicht direkt nach dem Startknoten 149
8.1 Modellstruktur in EA 152
8.2 Systemstruktur auf funktionaler Ebene 152
8.3 Anforderungen an einen CD-Player 153
8.4 Elemente der Verhaltensbeschreibung 154
8.5 Vorbedingung der Benutzeraktivität CD einlegen 154
xviii Abbildungsverzeichnis
8.6 Vorbedingung der Benutzeraktivität CD auswerfen 155
8.7 Verhaltensmodell der Systemaktivität Wiedergabe durchführen 156
8.8 Zuordnung der Benutzeraktivitäten zur Systemstruktur durch Allokationen 157
8.9 Systemstruktur des Beispielsystems 158
8.10 Verknüpfung der Benutzeraktivität System initialisieren 158
8.11 Generierter funktionaler Testfall 159
8.12 Generierter produktspezifischer Testfall 160
8.13 Generiertes XML-Testmodul 161
9.1 Anforderungen an und deren Erfüllung durch die Arbeit 165
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