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

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

2 Folie 2 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Wieder mal ein paar Fragen? Warum müssen Tools qualifiziert werden? Welche Klassen gibt es dabei? Wozu ist die ISO 9001 gut? Unterschied von ISO 9000 zu IEC 61508? Was versteht man unter einem Qualitätsmanagementsystem? Zertifizierung: Pro und Contra? Was sind “key process areas”? Verantwortung der obersten Leitung? Beispiel für Lebenszyklustätigkeiten? Beispiel für unterstützende Tätigkeiten?

3 Folie 3 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme 7. Verifikation Nachweis von (Sicherheits-) Eigenschaften  Simulation, Test  Modellprüfung  Interaktive Verifikation Idee Modellprüfung (Model Checking) Spezifikation von Eigenschaften als temporallogische Formel  Sicherheitseigenschaft: always(nothing bad)  Lebendigkeitseigenschaft: eventually(something good) Durchsuchen des Zustandsraumes eines Automaten oder einer Zustandsmaschine

4 Folie 4 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Modellierung von Realzeit Realzeitkonzepte in UML Zustandsdiagrammen  after (time) als Trigger  absoluter Zeitpunkt als Trigger Informelle Semantik  die Transition wird t Zeiteinheiten nach dem Zeitpunkt zu dem sie aktiv wird ausgeführt  die Transition wird zur angegebenen Uhrzeit ausgeführt Vielfach nicht ausreichend  keine Mindest- / Höchstwartezeiten  keine Möglichkeit mehrere Uhren zu verwenden Zustand 1Zustand 2 after (5 ms) / Aktivität

5 Folie 5 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Timed Automata Timed Automata (zeitbeschriftete Automaten) erweitern das Konzept klassischer endlicher Automaten um (Stopp-)Uhren  Uhren laufen ständig (kein Anhalten)  alle Uhren laufen mit der selben Geschwindigkeit (perfekte Uhren, t´=1)  Uhren können durch Transitionen auf 0 zurückgesetzt werden  Uhren können das Schalten von Transitionen beeinflussen S1 S2 x<2 a, x:=0 x>1, b Eine Uhr x. Keine Invariante an s1, also kann das System beliebig lang in s1 bleiben. Beim Übergang zu s2 mit a wird die Uhr auf 0 zurückgesetzt. In s2 läuft die Uhr. Frühestens 1 Zeiteinheit später ist der Übergang zu s möglich, spätestens 2 Zeiteinheiten später muss er stattfinden.

6 Folie 6 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Anwendungsbeispiel Doppelklick-Schalter  Klick an, klick aus  Wenn zweimal hintereinander schnell geklickt wird, heller Zusatzanforderung  Schalte nach spätestens 300 s wieder dunkler Mehr über timed automata: Rajeev Alur, Tom Henzinger R. Alur and T.A. Henzinger. Real-time logics: complexity and expressiveness. Information and Computation 104(1):35-77, 1993 R. Alur and D.L. Dill. A theory of timed automata. Theoretical Computer Science 126:183-235, 1994 http://www.cis.upenn.edu/~alur/Talks/sfm-rt-04.ppt (lesen!) offlowbright klick x:=0 x>3 x  3 y  300 y>300 y:=0

7 Folie 7 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Und nun etwas formaler Gegeben eine Menge von Zeitvariablen X. Eine zeitabhängige Bedingung ist eine boolesche Kombination von Formeln der Art x<c, x  c (rationales c) Ein zeitbeschrifteter Automat ist ein Tupel bestehend aus  endlicher Menge L von Orten oder Plätzen (locations)  Teilmenge L 0 von Anfangsorten  endliches Alphabet  von Ereignissen  endliche Menge  von Uhren (-variablen)  Invariante Inv(s) für jeden Ort (zeitabhängige Bedingung, optional)  endliche Menge E von Transitionen bestehend aus - Quelle, Zielort - Ereignis aus dem Alphabet (optional) - zeitabhängige Bedingung (optional) - Menge von Uhren die zurückgesetzt werden (optional)

8 Folie 8 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Semantik Jedem zeitbeschrifteten Automaten wird ein zustandsunendliches Transitionssystem zugeordnet  Zustände: (l, v) wobei l ein Ort und v eine Belegung der Uhren mit reellen Werten ist die Inv(l) erfüllt  Anfangszustände: (l 0,(0,…,0))  Zustandsübergänge - Kontrollschritt: (l,v) –a–>(l´,v´) falls ein Übergang (l,a,g,r,l´) existiert mit v erfüllt g und v´=v[r:=0] - Zeitschritt: (l,v) –d–>(l´,v´) falls l´=l und v´=v+d und sowohl v als auch v´ erfüllen Inv(l) Jeder Pfad durch das Transitionssystem ist ein Ablauf des Automaten  Achtung: z.B. bei inkonsistenten Bedingungen leere Menge

9 Folie 9 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Erweiterungen zusätzliche Variable v 1,…,v n über endlichem Wertebereich W 1,…,W n  Ort = (Platz, Werte (w 1,…,w n )) Input / Output – Events  Partitionierung der Menge  in Eingaben (i?), Ausgaben (o!), und interne Ereignisse  Jede Transition darf mit einer Eingabe oder einem internen Ereignis und gleichzeitig mit mehreren Ausgaben beschriftet sein Parallele Automaten  übliches Automatenprodukt (interleaving) Aufgabe  geben Sie eine formale Definition an  zeigen Sie dass dies keine echte Erweiterung des Modells ist