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11.11.2005 Software-Engineering II Eingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt.

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1 Software-Engineering II Eingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik

2 Folie 2 H. Schlingloff, Software-Engineering II Übersicht 0. Einleitungsbeispiel (Mars Polar Lander) 1. Eingebettete Systeme 1.1. Definitionen (eingebettetes System, Realzeit, Prozess, Steuerung, …) 1.2. Anforderungsanalyse - allgemeine Vorgehensweise - Beispiel Türsteuergerät - systematische Ansätze; Def. Modus, Kondition, Historie - Anwendungsfallbeschreibungen 1.3. Modellierung - Timed Automata, Time Petri Nets

3 Folie 3 H. Schlingloff, Software-Engineering II Requirements-Management Aufgabe: Verwaltung der spezifizierten Anforderungen Erfassung von Anforderungen aus Dokumenten (capturing) Verknüpfung zu Modulen und Testfällen (linking) Verfolgbarkeit (tracing) Analyse, Verifikation, Transformation Lebenszyklus von Anforderungen, Groupware Dokumentationsunterstützung RM-Tools können nicht die Qualität der Anforderungen (Präzision, Vollständigkeit, Eindeutigkeit etc.) verbessern! INCOSE Requirements Management Tools Survey:

4 Folie 4 H. Schlingloff, Software-Engineering II Beispiel: DOORS ® von Telelogic ®

5 Folie 5 H. Schlingloff, Software-Engineering II Beispiel: DOORS ® von Telelogic ®

6 Folie 6 H. Schlingloff, Software-Engineering II Beispiel: DOORS ® von Telelogic ®

7 Folie 7 H. Schlingloff, Software-Engineering II Modellierung 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

8 Folie 8 H. Schlingloff, Software-Engineering II 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.

9 Folie 9 H. Schlingloff, Software-Engineering II 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: , (lesen!) offlowbright klick x:=0 x>3 x 3 y 300 y>300 y:=0

10 Folie 10 H. Schlingloff, Software-Engineering II Und nun etwas formaler Gegeben eine Menge von Zeitvariablen X. Eine zeitabhängige Bedingung ist eine boolesche Kombination von Formeln der Art x

11 Folie 11 H. Schlingloff, Software-Engineering II 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

12 Folie 12 H. Schlingloff, Software-Engineering II 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

13 Folie 13 H. Schlingloff, Software-Engineering II

14 Folie 14 H. Schlingloff, Software-Engineering II Verifikation In wie weit sind zeitbeschriftete Automaten analysierbar? Kann man entscheiden ob ein bestimmter Zustand erreichbar ist?

15 Folie 15 H. Schlingloff, Software-Engineering II Idee: Äquivalenzklassenbildung Partitionierung des unendlichen Zustandsraumes in endlich viele Regionen alle Zustände einer Region weisen ähnliches Verhalten auf

16 Folie 16 H. Schlingloff, Software-Engineering II Quotienten Def. Quotientenautomat bezüglich einer Partitionierung der Zustandsmenge Abstraktion von gewissen Variablen (kleinerer Wertebereich oder ganz weglassen) Zustände im Quotientenautomat sind Äquivalenzklassen von Zuständen im ursprünglichen Vergröberung der Verhaltensbeschreibung: Menge aller möglichen Abläufe (akzeptierter Wortschatz) wird größer Gesucht: Abstraktion die die Sprache nicht vergrößert Bei Zeitautomaten Abstraktion der Uhrenvariablen? Reduktion des Wertebereichs der Uhren?


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