Modellbasierte Softwareentwicklung für eingebettete Systeme verstehen und anwenden:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Ausgabe: | 1. Auflage |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Auf dem Umschlag: Ein Modell sagt mehr als 1.000 Bilder! |
| Beschreibung: | xvi, 367 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.5 cm |
| ISBN: | 9783864905247 3864905249 |
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| adam_text | vii Inhaltsübersicht 1 Einleitung 1 2 Basiswissen 13 3 Modellbasierte Softwareprozesse und Toollandschaften 43 4 Modellbasiertes Requirements Engineering 61 5 Modellbasierte Architekturbeschreibung 83 6 Modellbasiertes Softwaredesign 103 7 Modellbasiertes Testen 145 8 Integration von Werkzeugen 171 9 Modellbasierte funktionale Sicherheit 187 10 Metamodellierung 221 11 Einführung eines modellbasierten Ansatzes in einer Organisation 235 12 Lebenslanges Lernen 249 13 Fazit 277
Inhaltsübersicht viii Anhang A Ausblick: Skizze eines Reifegradmodells für MDSE 281 В Kurzreferenz UML und SysML 295 C Glossar 335 D Literaturverzeichnis 355 Stichwortverzeichnis 363
ix Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Warum gerade jetzt dieses Buch? ............................................................ 1 1.2 Wie sollte man dieses Buch lesen?............................................................ 3 1.3 Was ist an eingebetteten Systemen so besonders?................................. 1.4 Wie sieht das typische Zielsystem aus?................................................... 5 1.5 Fallbeispiele ............................................................................................... 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1 4 7 Die Anlagensteuerung.............................. 7 Die Baumaschine......................................................................... 8 Das Energie-Monitoring-System .............................................. 9 Das Beispielsystem SimLine....................................................... 9 1.6 Das Manifest ........................................................................................... 10 2 Basiswissen 2.1 Was sind eingebettete Systeme? ............................................................ 13 2.2 Software Engineering für eingebettete Systeme................................... 2.3 Der Qualitätsbegriff................................................................................ 19 2.3.1 2.3.2 2.3.3 13 16 Externe Qualität....................................................................... 19 Interne Qualität......................................................................... 19 Qualitätskriterien nach ISO/IEC 25010 .................................. 20 2.4 Einführung in Model-Driven
SoftwareEngineering ............................ 23 2.5 Komplexität............................................................................................. 24 2.6 Unser Gehirn als Engpass....................................................................... 26 2.7 Vorgehensweisen und Techniken, um einer steigenden Komplexität zu begegnen ............................................................................................. 27 2.8 Komplexen Systemen lässt sich nicht mit simplen Methoden begegnen 28
Inhaltsverzeichnis x 2.9 Verstehbarkeit und Redundanz...................................... 29 2.10 2.11 Was ist ein Modell?................................................................................. 33 Modelle helfen, die Zukunft vorwegzunehmen? .................................. 36 2.12 Modelle helfen zu abstrahieren? ............................................................38 2.13 Resümee: Nutzen von MDSE?................................................................ 40 3 Modellbasierte Softwareprozesse und Toollandschaften 3.1 Klassifikation von Modellierungswerkzeugen ...................................... 43 43 3.1.1 3.2 Modellierungswerkzeuge der Kategorie A (universelle Malwerkzeuge) ..................................................... 47 3.1.2 Modellierungswerkzeuge der Kategorie В (spezialisierte Malwerkzeuge)................................................... 47 3.1.3 Modellierungswerkzeuge der Kategorie C (einfache Modellierungswerkzeuge mitModelldatenbank) . . 47 3.1.4 Modellierungswerkzeuge der Kategorie D (vollständiger Zyklus einer Embedded-SoftwareEngineering-Werkzeugkette)..................................................... 48 Vorgehensmodelle................................................................................... 48 3.3 3.2.1 SYSMOD Zickzack trifft auf IBM Rational Harmony.........49 3.2.2 Spezifikation oder Lösung? ..................................................... 50 3.2.3 Wiederverwendung .................................................................. 52 Best Practice für kleine
Teams................................................................ 53 4 Modellbasiertes Requirements Engineering 4.1 Requirements Engineering .................................................................... 61 4.2 4.3 Anforderungen in der Modellierung ......................................................62 Anforderungen und Architektur im Zickzack .......................................64 4.4 Szenario: Modellbasierte Spezifikation mit UML erstellen................... 66 4.5 4.4.1 Überblick über Methode ..........................................................66 4.4.2 Problemanalyse .........................................................................66 4.4.3 Basisarchitektur.........................................................................68 4.4.4 Systemidee und Systemziele ......................................................69 4.4.5 Stakeholder und Anforderungen............................................... 70 4.4.6 Systemkontext ...........................................................................71 4.4.7 Anwendungsfälle und Aktivitäten ...........................................72 4.4.8 Fachwissen................................................................................. 75 4.4.9 Szenarien ................................................................................... 76 Mehr Modellierung: Ausführbare Spezifikation .................................. 77 4.6 Weniger Modellierung: Diagramme für Anforderungsdokumente ... 80 61
Inhaltsverzeichnis 4.7 xi Neuentwicklung versus Weiterentwicklung ........................................ 80 4.7.1 4.7.2 4.7.3 Basisarchitektur...................................................................... 81 Anwendungsfälle.................................................................... 81 Szenarien................................................................................. 81 5 Modellbasierte Architekturbeschreibung 5.1 Architektur - Was ist das eigentlich? ................................................. 83 5.2 Die technische Softwarearchitektur ................................................... 5.3 Architekturmuster und deren Bedeutung ........................................... 88 5.4 Das Laufzeitsystem als Basismuster in eingebetteten Applikationen . 90 5.5 Referenzmuster für eine Laufzeitarchitektur...................................... 94 5.6 5.5.1 Sensorik, Einlesen, Filtern, Bewerten.................................... 5.5.2 Transformation der Sensorik in Aktivitäten(Verarbeitung) 5.5.3 Ausgabe der Daten und Ansteuerung der Aktoren............... Fachliche Architektur.......................................................................... 96 97 97 97 5.7 Architektur-Assessment ...................................................................... 98 6 Modellbasiertes Softwaredesign 6.1 Gesichtspunkte der fachlichen Architektur und des Designs........... 103 6.2 Hierarchische Dekomposition ......................................................... 6.3 Diskretisierungs-und Laufzeiteffekte im Design.............................. 115 6.4
Softwaredesignprinzipien.................................................................. 118 6.5 6.4.1 Was ist ein Prinzip?.............................................................. 6.4.2 Grundlegende Designprinzipien........................................... 6.4.3 Designprinzipien in der Modellierung................................ Hardwareabstraktion ...................................................................... 118 119 123 123 6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.5.4 6.5.5 6.5.6 124 124 127 130 133 136 Ausgangssituation................................................................ Evolution der Mikrocontrollerprogrammierung in C .... Die klassische Vorgehensweise mit der UML ................... Die graue Theorie................................................................ Lösungsansätze für die Modellierung ................................ Lösungsansätze für die Codegenerierung............................ 83 85 103 105 7 Modellbasiertes Testen 7.1 Warum eigentlich testen? .................................................................. 145 7.2 Nicht nur sicherstellen, dass es funktioniert.................................... 146 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 146 146 147 147 Ein angstfreies Refactoring ermöglichen ............................ Besseres Softwaredesign ..................................................... Ausführbare Dokumentation............................................... Tests helfen, Entwicklungskosten zu sparen ..................... 145
Inhaltsverzeichnis xii 7.3 Die Testpyramide ................................................................................. 148 7.4 7.5 Test-Driven Development (TDD).......................................................... 151 7.4.1 Viel älter als vermutet: Test First!........................................... 151 7.4.2 TDD: Red - Green - Refactor ............................................... 153 Model-Based Testing (МВТ)................................................................ 154 7.6 UML Testing Profile (UTP)...................................................................155 7.7 7.8 Ein praktisches Beispiel.........................................................................156 Werkzeuge, die dieses Vorgehen unterstützen .....................................163 8 Integration von Werkzeugen 8.1 Anforderungen an Schnittstellen zu Werkzeugen unterschiedlicher Disziplinen ............................................................................................ 172 171 8.2 8.1.1 Digital Twin............................................................................. 172 8.1.2 Traceability aus Safety-Gesichtspunkten .............................. 173 8.1.3 Projekt-und Workload-Management.....................................173 Synchronisation der Daten zwischen Repositories.............................. 175 8.3 Zentrales Repository............................................................................. 176 8.4 8.5 Ein Werkzeug für alles...........................................................................178 OSLC - Open Services for Lifecycle
Collaboration ............................ 179 8.6 ХМІ - Austausch von Daten innerhalb der Fachdomäne MDSE . . . 181 8.7 ReqlF zum Austausch von Anforderungen........................................... 181 8.8 FMI (Functional Mock-up Interface)....................................................182 8.9 SysML Extension for Physical Interaction and Signal Flow Simulation (SysPhS)............................................................................... 183 8.10 AUTOSAR ............................................................................................ 184 8.11 Stand der Praxis......................................................................................184 9 Modellbasierte funktionale Sicherheit 9.1 9.2 Funktionale Sicherheit........................................................................... 187 Entwurfsmuster der funktionalen Sicherheit .......................................190 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.2.5 9.2.6 9.2.7 187 Zufällige und systematische Fehler .......................................191 Symmetrische und diversitäre Redundanz ............................ 193 Architekturmuster .................................................................. 195 Monitor-Actuator Pattern (MAP)........................................... 198 Homogenous Redundancy Pattern (HRP) ............................200 Triple Modular Redundancy Pattern (TMR) ........................202 SIL-Empfehlung für die Safety and Reliability Design Patterns............................................... 206
Inhaltsverzeichnis 9.3 9.4 9.5 9.6 xiii Vom Modell zum sicheren Quellcode: Coding-Standards für die sichere Programmierung.......................... 207 9.3.1 Normativer Hintergrund..................................................... 9.3.2 MISRA-C und MISRA-C++ ............................................... 9.3.3 Prüfwerkzeuge...................................................................... 9.3.4 Codegenerierung.................................................................. Das Safety and Reliability Profile der UML .................................... 207 208 209 209 210 Praktische Anwendung der Modellierung im Kontext sicherheitskritischer Systeme............................................... 9.5.1 Beweis der Korrektheit der Transformation ..................... 9.5.2 Verifikation der Qualität des Werkzeugs............................ 9.5.3 Zertifiziertes Framework..................................................... Vorteile der modellgetriebenen Entwicklung im Safety-Kontext . . . 211 212 213 213 214 9.6.1 9.6.2 9.6.3 9.7 Traceability........................................................................... Semiformale Spezifikation................................................... Normen empfehlen den Einsatz von formalen und/oder semiformalen Methoden und Notationen........... 9.6.4 Automatisierte Transformationen...................................... 9.6.5 Modellierungsrichtlinien (Guidelines)................................ 9.6.6 Dokumentation.................................................................... Modellgetriebene Entwicklung mit der
UML.................................. 214 215 216 216 217 218 218 10 MetamodelNerung 221 10.1 10.2 Modell und Metamodell.................................................................... 221 UML-Metamodelle .......................................................................... 223 10.3 EAST-ADL......................................................................................... 10.4 AADL.................................................................................................. 230 10.5 Vergleich EAST-ADL und AADL..................................................... 232 11 Einführung eines modellbasierten Ansatzes in einer Organisation 11.1 Ausgangslage ..................................................................................... 236 11.2 Vorgehen ............................................................................................ 237 11.3 11.2.1 Problem analysieren ............................................................ 11.2.2 Idee und Ziele des Vorgehens ............................................. 11.2.3 Stakeholder und Anforderungen........................................ 11.2.4 Methodikkontext ................................................................ 11.2.5 Anwendungsfälle.................................................................. 11.2.6 Fachwissenmodell .............................................................. 11.2.7 Verifikation und Validierung............................................... Auswahl der Modellierungssprachen ............................................... 225 235 237 238 239 240 240 242 242 243
Inhaltsverzeichnis xiv 11.4 11.5 Auswahl der Modelliemngswerkzeuge................................................. 244 Typische Fehler..................................................................................... 245 11.5.1 11.5.2 11.5.3 11.5.4 11.5.5 Schnellstart...............................................................................245 Übergewicht.............................................................................245 Einsame Insel...........................................................................246 Elfenbeinturm ....................... 246 Aus der Lernkurve fliegen ..................................................... 246 12 Lebenslanges Lernen 249 12.1 Lernen - die Sicht des Konstruktivismus ............................................. 249 12.2 Kompetenzen - der Blick auf die modellbasierte Softwareentwicklung.............................................................................251 12.3 Agilität - Lernen mit Methoden und Praktiken.................................. 254 12.4 Psychologische Grundlagen von Fehlern .............................................261 12.5 12.6 12.4.1 Denkfallen als Fehlerursache ................................................. 261 Software Craftsmanship - ein Beispiel................................................. 264 Modellierungskultur ֊ ein Kodex ........................................................266 12.6.1 Manifest ֊ Modeling of Embedded Systems..........................266 12.6.2 Big Picture - der Blick auf den Kodex einer
Modellierungskultur................................................................ 266 12.6.3 Moderation - die konstruktive Kommunikation ................. 267 12.6.4 Reflexion - Lernen durch Reflektieren.................................. 268 12.6.5 Selbstverpflichtung - selbstgesteuertes Lernen als Entwickler und als Team ........................................................269 12.6.6 Teamradar - ein Feedbackbarometer.....................................270 12.6.7 Experten als Teamcoach - Agenten der Veränderung.........272 12.6.8 Funktionale Sicherheit - ein Beitrag der normativen Sicherheitskultur................................................. 272 13 Fazit 277 Anhang A Ausblick: Skizze eines Reifegradmodells für MDSE 281 A.l A.2 Flintergrund und Motivation.................................................................281 Die Skizze als ein Start - Diskussionsforum......................................... 283 A.3 - Ausgangslage Manifest - Ziele kompakt..............................................284 A.4 Die Reifegrade - der Weg in die Modellierungskultur........................ 285 A.5 Evaluation und Fragenkatalog ............................................................. 292
xv Inhaltsverzeichnis В Kurzreferenz UML und SysML B.l Eine kurze Geschichte der UML........................................................ 296 B.2 B.3 Aufbau und Architektur der UML .................................................... 297 Anwendungsfalldiagramm ................................................................ 299 B.4 B.3.1 Akteur.................................................................................... B.3.2 Anwendungsfall ................................................................... B.3.3 Anwendungsfallbeziehungen................................................ Aktivitätsdiagramm ........................................................................... 299 300 300 300 B.5 B.4.1 Aktivität und Aktivitätsparameter....................................... B.4.2 Aktion und Pin ..................................................................... B.4.3 Kontroll- und Objektfluss.................................................... B.4.4 Start- und Endknoten .......................................................... B.4.5 Entscheidung und Zusammenführung................................. B.4.6 Splitting und Synchronisation.............................................. Klassendiagramm............................................................................... 301 302 303 304 304 304 305 B.6 B.5.1 Klasse und Objekt................................................................. B.5.2 Attribut.................................................................................. B.5.3
Operation............................................................................. B.5.4 Assoziation........................................................................... B.5.5 Komposition......................................................................... B.5.6 Generalisierung ................................................................... B.5.7 Signal .................................................................................... B.5.8 Datentyp............................................................................... B.5.9 Templates............................................................................. Kompositionsstrukturdiagramm........................................................ 305 306 306 307 308 308 308 309 309 310 B.7 B.6.1 Konnektor............................................................................. 311 B.6.2 Port........................................................................................ 312 Sequenzdiagramm ............................................................................. 314 B.8 B.7.1 Interaktion ........................................................................... B.7.2 Lebenslinie ........................................................................... B.7.3 Nachricht ............................................................................. B.7.4 Kombiniertes Fragment........................................................ B.7.5 Zeitliche Zusicherungen ......................................................
Zustandsdiagramm............................................................................. 314 315 316 316 317 317 B.8.1 B.8.2 B.8.3 В.8.4 B.8.5 318 319 319 320 321 Zustandsautomat ................................................................. Zustand.................................................................................. Transition............................................................................. Start- und Endzustand.......................................................... Pseudozustand....................................................................... 295
xvi В.9 Inhaltsverzeichnis Paketdiagramm...................................................................................... 322 В.9.1 Paket und Modell................................................................... 322 В.9.2 Pakete importieren................................................................. 323 B.9.3 Modellbibliothek................................................................... 323 B.10 Querschnittselemente..............................................................................323 B.10.1 Kommentar ............................................................................323 B.10.2 Zusicherung............................................................................324 B.10.3 Trace-Beziehung..................................................................... 324 B.ll Profil....................................................................................................... 324 B.ll.l B.11.2 B.11.3 B.11.4 SysML .................................................................................... 326 MARTE.................................................................................. 329 UML Testing Profile (UTP) .................................................. 331 MDESE-Profil (basierend auf SYSMOD-Profil) .................. 332 C Glossar 335 D Literaturverzeichnis 355 Stichwortverzeichnis 363
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Inhaltsverzeichnis