AIB 2014-02: Integration und Analyse von Artefakten in der modellbasierten Entwicklung eingebetteter Software

[Thomas Ströder]

The following technical report is available from
http://aib.informatik.rwth-aachen.de:

Integration und Analyse von Artefakten in der modellbasierten
Entwicklung eingebetteter Software
Daniel Merschen
AIB 2014-02

Um heutigen Funktionalitäts- und Sicherheitsanforderungen an Automobile
gerecht zu werden, ist eingebettete Software unerlässlich, da die rein
elektronische Realisierung einerseits sehr komplex wäre und andererseits
in einer hohen Anzahl elektrischer und elektronischer Komponenten münden
würde. Dadurch würde das Automobil schwerer und folglich der
Kraftstoffverbrauch höher. Für die Entwicklung eingebetteter Software
hat sich in dieser Branche die modellbasierte Softwareentwicklung mit
MATLAB/Simulink etabliert. Um dabei das Wiederverwendungspotenzial
optimal auszuschöpfen, folgt man dabei dem Software-Produktlinienansatz.

In der Entwicklung ergeben sich nun neue Herausforderungen im Bereich
des Komplexitäts- und Evolutionsmanagements der Software. So sind
Abhängigkeiten im Simulink-Modell oft nicht offensichtlich. Auch der
Zusammenhang zwischen Artefakten des Entwicklungsprozesses, z.B.
zwischen dem Simulink-Modell und dem Lastenheft, ist häufig unklar. Dies
erschwert insbesondere die Einarbeitung späterer Änderungen.

Diese Dissertation widmet sich derartigen Herausforderungen, indem
zunächst ein allgemeines Lösungskonzept für die Artefaktintegration und
-analyse erarbeitet wird, welches anschließend auf zwei Arten umgesetzt
wird, die unterschiedlichen Paradigmen folgen.

Der modellbasierte Ansatz parst die Originalartefakte in Modelle des
Eclipse Modeling Frameworks (EMF), um sie anschließend mit Hilfe von
Modelltransformationen für spätere Analysen vorzubereiten. Dabei
entsteht pro Artefakt ein Modell, der sogenannte Repräsentant. Die
Artefaktintegration erfolgt über miteinander verknüpfte Metamodelle
dieser Repräsentanten. Artefaktanalysen arbeiten auf diesen
Repräsentanten und sind ebenfalls mit Modelltransformationen realisiert.
Das Ergebnis ist daher abermals ein EMF-Modell, welches geeignet
visualisiert werden kann.

Der zweite Ansatz integriert Artefakte über eine zentrale Datenbank.
Dazu werden diese mit Hilfe einer Kombination aus werkzeugspezifischer
und Java-Funktionalität in Java-Klassenmodelle transferiert, die
anschließend in der Datenbank abgelegt und dort mit anderen Artefakten
verknüpft werden können. Analysen sind hier ebenfalls in Java umgesetzt
und operieren auf den Java-Klassenmodellen und der Datenbank.

Schließlich wird die Eignung der beiden Ansätze für die
Artefaktintegration und Analyse hinsichtlich verschiedener Kriterien
evaluiert. Dazu gehören zunächst die Laufzeiteffizienz und
Skalierbarkeit für große Simulink-Modelle. Des Weiteren wird die
Handhabbarkeit in der Praxis auf Grundlage von Fallstudien und
Einschätzungen von Entwicklern bewertet. Da die Ansätze dynamisch um
weitere Analysen erweiterbar sein müssen, um an neue bzw.
unternehmensspezifische Bedürfnisse angepasst zu werden, werden dabei
auch der Schwierigkeitsgrad der Analysenimplementierung und das
notwendige Vorwissen in die Bewertung einbezogen.