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

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Präsentation zum Thema: "Modellbasierte Software- Entwicklung eingebetteter Systeme Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer."—  Präsentation transkript:

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 Wochenquiz Was sind BDDs, IBDs? Gemeinsamkeiten & Unterschiede? Wozu werden Zusicherungsdiagramme verwendet? Wie kann man Strategien formalisieren? Welche Vorgehensmodelle kennen Sie? Welche Sichten auf ein eingebettetes System werden modelliert?

3 Folie 3 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme A Development Process Model 1. Read the requirements specification 2. Put all information into an abstract class diagram of the subject domain 3. Identify all actors in a use case diagram 4. Define sequences of interaction for the use cases in sequence diagrams 5. Put sequence diagrams in activity diagrams / state machines 6. Derive a system class model 7. Design a communication diagram to define concrete interaction 8. Derive a design class model 9. Derive an implementation class model 10. Generate code

4 Folie 4 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Example: Extended Care System System to connect patients and health care people Main purpose: provide quick help in the case of an emergency  e.g., a fall to the ground, cardiac arrest, apnea or general immobility  scenario: collapse of the patient (e.g., while walking) Correctness: call help iff help is needed  if help is needed, a call must be issued  there must not be false emergency calls Idea  sensors attached to the body recognize abnormal condition (e.g., powerful acceleration, change in the barometric altitude, higher heart rate,...)  sensors exchange and consolidate their measurement results  call an emergency service provider for further processing the alarm

5 Folie 5 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme System Structure of the ECS Components Ventricular Assist Device (VAD)  blood pump with controller and control laptop  has to be protected from misusage Body Area Network (BAN)  different sensor nodes attached to the body  wireless communication, ad-hoc networking, leader election  not a medical device (not used for diagnosis or therapy) Telematics Systems (TMS)  telematic module, server, client software  online monitoring, alert handling, data logging  data protection

6 Folie 6 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Challenges Requirements specification Design and evaluation of system architectures Interface definitions Not handled:  early validation  security analysis  testing and testability  functional safety

7 Folie 7 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Boundaries of the System modeled by a ibd (context diagram) service provider as part of the environment

8 Folie 8 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Goals and Requirements Modeled via requirements diagrams

9 Folie 9 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Use Cases Main use cases of the system

10 Folie 10 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Scenario “Collapse”

11 Folie 11 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Structural Investigation of Requirements Information to be exchanged in a class model

12 Folie 12 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Functional Decomposition Deployment of functionality onto nodes

13 Folie 13 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Architecture Package diagram for the distribution

14 Folie 14 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Towards an Implementation Sensor behavior as activity / state machine diagrams

15 Folie 15 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme A Concrete Interaction Scenario SD

16 Folie 16 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme 3.2 physikalische Modellierung 1. Identifikation der relevanten Umgebungsgrößen 2. Repräsentation durch mathematische Variablen 3. Eigenschaften / Relationen der Variablen festlegen  die relevanten Variablen sind im Allgemeinen zeitabhängig  Funktionen über der Zeit! - Zustand: Wert aller Funktionen zu einem gegebenen Zeitpunkt - Trajektorie: Veränderung des Zustandes in der Zeit  Festlegung: überwachte und geregelte Variablen („monitorierte“ und „kontrollierte“ Größen)

17 Folie 17 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Beispiel Füllstandsregelung Randbedingungen  Füllhöhe ändert sich als Funktion von Zu- und Ablauf  Überlauf wenn voll, kein Auslauf wenn leer informelle Anforderungen für Steuerung des Zulaufs  Füllstand soll zwischen min und max gehalten werden - Wenn f < min, Zulauf einschalten - Wenn f > max, Zulauf ausschalten Stellvertretend für Heizungsthermostat, Batterieladegerät, Dämmerungslicht, … Füllstands- anzeiger Zulauf Ablauf max min VariableTypBeschreibung Werteber eichEinheit Bemerku ng fmFüllstand0-100mm zcZulauf0-1 prozentuale Öffnung a Ablauf0-1 nicht zugänglich minkonstantMinimalfüllstand86mm maxkonstantMaximalfüllstand95mm

18 Folie 18 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Modellierung mit Scicos Idee  Flussdiagramme (wie ibd)  Blöcke tragen mathematische Semantik (wie par) Verbindungen signalisieren Ströme  Kontinuierliche Daten wie Strom, Spannung, Fluid, Masse, …  Diskrete Daten wie Events  Umformung der Eingangsströme in Ausgangsströme Industriestandard: Simulink Alternative Scicos / Xcos  Aufbauend auf numerischer Mathematik-Software Scilab des INRIA  Modellierung durch Zusammenschalten von Blöcken  IDE: ScicosLab

19 Folie 19 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Beispiel Wassertank f´(t)= k 1 *z(t) – k 2 *a(t) 0 ≤ f(t) ≤ max


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