Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme

Prof. Dr. Holger SchlingloffInstitut für Informatik der Humboldt Universität

und

Fraunhofer Institut für offene Kommunikationssysteme FOKUS

Folie 2H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme

Prof. Dr. Holger Schlingloff

• Prof. für Softwaretechnik (Spezifikation, Verifikation und Testtheorie) am Institut für Informatik der HU

• wissenschaftlicher Leiter am Fraunhofer FOKUS, System Quality Center

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Organisatorisches (0)

Goya, Moodle, Facebook, Twitter: Email, Webseite, (Skript?):

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Organisatorisches (1)

Ungefähre Struktur:

• Embedded Systems: Definition, Märkte, Entwicklung, Aufbau

• System- und Anforderungsanalyse

• Modellierung Systemmodellierung (SysML) Kontinuierliche Modellierung

(Simulink / Scilab) Diskrete Modellierung (UML)

• Codegenerierung und Modelltransformation

• Hardware für eingebettete Systeme

• Sicherheit Funktionale Sicherheit Fehlertoleranzkonzepte Werkzeugqualifikation

• Validierung Modellbasierter Test Verifikation und statische

Analyse

• Spezielle Domänen Automotive Software

Engineering Medizintechnik Automatisierungstechnik,

Robotik

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Organisatorisches (2)

•VL entfällt am Do., 1. Mai (Tag der Randale) am Do., 8. Mai (Tag der Informatik) am Do., 29. Mai (Tag der Himmelfahrt) weitere nach Ansage

•Gastdozent von der TU: Dr. Ralf Kutsche am 5. Juni (Thema Metamodellierung)

•Prüfung: mündlich, 30 min. nach Ferienende (Sept./Okt.)

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Organisatorisches (3)

• Die Übung ist inhärenter Bestandteil des Moduls

• Eine chinesische Weisheit:„Sage es mir und ich vergesse es, zeige es mir und ich erinnere mich, lasse es mich tun und ich behalte es!“

• D.h. regelmäßige Teilnahme und Abgabe aller Aufgaben ist Pflicht Diskussion über Mindestpunktzahl etc.

gehört m.E. in den Kindergarten Falls Sie mal verhindert sind, lassen Sie es uns wissen und

arbeiten später selbständig nach „Reasonable person principle“: Sie wollen was lernen

• Material wird zur Verfügung gestellt

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Literatur

• Marwedel: Eingebettete Systeme. Springer 2007• Berns, Schürmann, Trapp: Eingebettete Systeme:

Systemgrundlagen und Entwicklung eingebetteter Software. Vieweg+Teubner 2010

• Schäuffele, Zurawka: Automotive Software Engineering - Grundlagen, Prozesse, Methoden und Werkzeuge effizient einsetzen. Vieweg, 4. Aufl. 2010

• Löw, Pabst, Petry: Funktionale Sicherheit in der Praxis - Anwendung von DIN EN 61508 und ISO/DIS 26262 bei der Entwicklung von Serienprodukten. dpunkt Verlag, 1. Aufl. 2010

• Klaus Bender: Embedded Systems - qualitätsorientierte Entwicklung. Springer 2005

• Roßner, Brandes, Götz, Winter: Basiswissen modellbasierter Test. dpunkt Verlag 2010

• Georg Thaller: Software Engineering für Echtzeit und Embedded Systems, BHV 1999

• Weitere nach Ansage, Skript im Entstehen

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Eingebettete Systeme

Karikatur: Marwedel

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Definitionen „System“

„Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme“

• Ein „System“ ist etwas „Zusammengesetztes“ (also eigentlich alles, ein bedeutungsleeres Wort); speziell „von Menschen Zusammengesetztes“

• ISO/IEC 15288:2008 [A system is] “a combination of interacting elements organized to achieve one or more stated purposes”

• INCOSE: [A system is] “an integrated set of elements, subsystems, or assemblies that accomplish a defined objective. These elements include products (hardware, software, firmware), processes, people, information, techniques, facilities, services, and other support elements.”

• Jedes System erfüllt eine Funktion, einen Zweck, zu dem es(von Menschen) zusammengesetzt wurde im Allgemeinen: Verarbeitung (d.h. Umformung, Umwandlung oder Transport)

von Materie, Energie, Information

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Definition „eingebettetes System“

„Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme“

Plato: Welt der Dinge – Welt der Ideentechnische Systeme – Informatiksysteme

Umwandlung von Materie – Umwandlung von InformationHeizkraftwerk, Stanzpresse, Bagger – Taschenrechner, Übersetzer, Handy

• Ein eingebettetes System ist ein Informatiksystem, welches Komponente eines technischen Systems ist.

• „eingebettet“ bedeutet demnach: für einen spezifischen Zweck in einer technischen Umgebung entworfen, eingebaut und betrieben (Computer als fester Bestandteil einer Maschine)

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Merkmale eingebetteter Systeme

• kennzeichnende Merkmale fester Bestandteil eines technischen Systems Zweckbestimmtheit (im Gegensatz zum Universalrechner) Interaktion mit Umgebung durch Sensorik und Aktuatorik Reaktivität, meistens Realzeitabhängigkeit

• sekundäre Merkmale oft für Regelungs- / Steuerungsaufgaben vorgesehen häufig Massenware, Konsumgut vielfach schlecht bzw. nicht wartbar und nicht erweiterbar für viele unverzichtbar, manchmal auch sicherheitskritisch zunehmend auch vernetzt

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Beispiele

• wie viele eingebettete Systeme gibt es wohl hier im Raum?• mit wie vielen sind Sie gestern in Berührung gekommen?

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Marktbereiche

• Verkehrstechnik Planes, Trains & Automobiles ... Motor/Triebwerkssteuerung, X-by-wire, Lagestabilisierung,

Dynamikregelung, ABS, Insassenkomfort, … Verkehrsleitsystem, Ampelsteuerung, Radarerfassung, …

• Automatisierungs-, Produktions- und Umwelttechnik Kraftwerks- und Fabriksteuerungen, Emissionskontrolle, Robotik

• Energie- und Gebäudetechnik Heizungs-, Lichtsteuerung, „intelligent home“, „smart grid“

• Medizintechnik Patientensysteme, Behandlungsgeräte, Mess- und Diagnosegeräte

• Hausgerätetechnik Mikrowelle, Waschmaschine, Gasbrenner, Fernbedienung,

Spielzeug, …

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Marktrelevanz

• Eingebettete Systeme beanspruchen einen Marktanteil bei der Prozessor-Produktion von 98.2 %. Die restlichen 1.8% dienen dem Aufbau von interaktiven Systemen wie z. B. Laptops, Desktops und Servern

• 87,6% der gesamten Microcontroller-Jahresproduktion sind „prä-Win98-CPUs“, davon allein 57,6% 8-Bit-Prozessoren

W. Schröder-Preikschat, http://www4.informatik.uni-erlangen.de/~wosch/Talks/040108HUB.pdf, zitiertQuelle: D. Tennenhouse. Proactive Computing. Communications of the ACM, 43(5):43–50, May 2000

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Gesellschaftliche Herausforderungen

• Smart CitiesUrbanisierung, Steigerung der Lebens- und Arbeitsqualität, bessere Ausnutzung von Ressourcen, „Smart metering“, „Smart buildings“, „Smart mobility“

• Alternde Gesellschaft häusliche Umgebungen, die sich an Bewohner anpassen „Ambient assisted living“, Monitoring- und Notfallassistenzsysteme, Haushaltsroboter, Versorgungssysteme.

• Nachhaltige MobilitätHybrid- und Elektrofahrzeuge, Car-Sharing, Car-to-X-Kommunikation, Verkehrsmanagementsysteme

• GesundheitsfürsorgeMedizinische Diagnose- und Therapiegeräte

• Katastrophenschutz und –managementFrühwarnsysteme, Lokalisierungssysteme

• EnergieversorgungRegelung dezentraler Energieerzeugung und -verteilung