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Abgeschlossenes FuE-Projekt: SPES 2020

SPES 2020 – Software Plattform Embedded Systems

Inhaltsverzeichnis

Eingebettete Systeme werden zunehmend leistungsstärker und umfassend vernetzt. Die steigenden Anforderungen an die Systeme spiegeln sich in aufwendigen Entwicklungs- und Testverfahren wider. Daher wurde das FuE-Projekt Innovationsallianz Softwareplattform Embedded Systems 2020, kurz SPES 2020, im November 2008 mit dem Ziel gestartet, modellbasierte Techniken und eine integrierte Werkzeugunterstützung mit einer hohen Durchgängigkeit weiterzuentwickeln. Ein bedeutendes Ergebnis des Projektes ist die Realisierung einer neuen leistungsfähige Modellierungsmethodik für die Entwicklung eingebetteter Systeme auf Basis abgestimmter Modellartefakte. Diese Modellierungsmethodik wurde bereits in einer Fallstudie bei Airbus eingesetzt und wird im Folgenden vorgestellt.  

Entwurfsraum zeigt verschiedene Perspektiven des Gesamtsystems

Um der Komplexität heutiger eingebetteter Systementwicklung Rechnung zu tragen und die einzelnen Modelle im Entwicklungsprozess beherrschbar zu halten, wurde ein Modellierungsrahmenwerk entworfen. Dieser Rahmen teilt den Entwurfsraum in verschiedene Sichtweisen auf das Gesamtsystem, z.B. in Abstraktionsebenen, in Perspektiven oder in Implementierung und Spezifikation. Beim Nachweis von Systemeigenschaften wird dabei das gesamte Modell konsistent gehalten. Beispiele solcher Eigenschaften sind: Die Konsistenz der Spezifikation auf verschiedenen Dekompositionsebenen und zwischen verschiedenen Sichtweisen. Darüber hinaus sollte eine Nachvollziehbarkeit der Designentscheidungen sichergestellt werden.
Im Rahmen einer Fallstudie mit dem in SPES 2020 involvierten Partner Airbus wurde die entwickelte Modellierungsmethodik evaluiert und validiert. Als Fallstudie wählte man eine Klimaanlage zur abstrakten und ausschnittsweisen Modellierung. Anschließend wurden einige der oben angedeuteten Konsis­tenzeigenschaften nachgewiesen und Nachvollziehbarkeitsverbindungen zwischen Anforderungen und Verfeinerungsschritten visualisiert.
Ein Ausschnitt des Modells der Klimaanlage ist in der Abbildung unten dargestellt. Hier sieht man im oberen Teil eine abstrakte Repräsentation eines eingebetteten Prozessors mit einem Stück Software (Task), welches eine Teilberechnung der Klimaautomatik übernimmt (Berechnung der Aktoran­steuerung aus Sensordaten und Stellgrößen). Im unteren Teil der Abbildung ist eine Verfeinerung dieser Task zu sehen - sie wurde in drei Tasks dekomponiert. Sowohl im oberen als auch im unteren Modell ist eine Anforderung in Form eines Contracts spezifiziert, d.h. es wird unter bestimmten Vor­aussetzungen das angegebene Verhalten garantiert. Die Gültigkeit dieser Verfeinerung wurde mittels der formalen Repräsentation der Anforderungen und eines Modelcheckers nachgewiesen. Weitere Details zu diesen Techniken sind z.B. in folgender Veröffentlichung ausgeführt: R. Weber et.al. A Refinement Checking Technique for Contract-Based Architecture Designs. In: S. van Baelen et.al. (Ed.). Model Based Architecting and Construction of Embedded Systems, LNCS 7167, Springer Verlag, 2011.

Modellausschnitt der Fallstudie auf verschiedenen Abstrak­tionsebenen zur Entwicklung von eingebetteten Sys­temen.

Allgemeines zu SPES 2020

SPES 2020 startete im November 2008 und präsentierte seine Ergebnisse bei der Abschlussveranstaltung Ende März 2012. Die wissenschaftliche Koordination des aus 21 Partnern bestehenden Projektkonsortiums hatte Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Broy (TU München) inne und die industrielle Leitung übernahm Dr. Reinhold Achatz (damals: Siemens AG). Das BMBF förderte SPES 2020 über die 39-monatige Projektlaufzeit mit € 22 Mio. (Gesamtkosten: € 38 Mio.).
Mehr Informationen zu SPES 2020 finden Sie unter:
http://spes2020.informatik.tu-muenchen.de