Projekt VERDE - VERification-oriented & component-based model Driven Engineering

 Das Projekt VERDE definiert ein methodisches Rahmenwerk zum iterativen, inkrementellen, verifikationsorientierten Entwurf komponentenbasierter Hardware/Software-Architekturen. Es werden Schnittstellen definiert, die die Integration und Adaption von Test- und Analysewerkzeugen zur Erfüllung von domänenspezifischen Anforderungen erlauben. Dabei wird ein offenes Rahmenwerk geschaffen, das flexibel zur Adaption an weitere Applikationsdomänen wie Automobil, sowie offen zur Einbindung notwendiger Werkzeuge ist. Daraus resultiert die Möglichkeit der Verwendung optimierter, domänenspezifischer Werkzeugketten unter Anwendung domänenübergreifender Werkzeuge und Komponentenmodelle.  Die steigende Komplexität von Software-intensiven eingebetteten Echtzeitsystemen stellt deren Entwurf vor immer neue Herausforderungen. Prognosen gehen von einem Komplexitätswachstum der Software im Automobilsektor um den Faktor zehn bis ins Jahr 2015 aus. In diesem Zuge werden ebenfalls die Anforderungen an Qualität und eine schnelle Marktreife (Time-to-market) rasant steigen. Insbesondere für domänenübergreifende Anwendungen wird erwartet, dass echtzeitfähige eingebettete Software in immer stärkerem Maße komplexe Aufgaben und Funktionen implementiert, wobei sowohl funktionale aber auch strikte nicht-funktionale Vorgaben für Performanz, Leistungsverbrauch, u. a. dringend eingehalten werden müssen.
Echtzeitfähige eingebettete Systeme sind oftmals Teil von ganzen Produktlinien, weswegen viele Versionen der auszuführenden Software korrekt entwickelt, validiert und gewartet werden müssen.Die vorhandenen Ähnlichkeiten der verschiedenen Versionen werden dabei nur unzureichend berücksichtigt und ausgenutzt. Eine nähere Betrachtung zeigt, dass diese Systeme anhand des traditionellen V-Modells entwickelt werden, bei dem die Validierung und Verifizierung erst startet, nachdem Implementierung und Integration abgeschlossen sind. Deswegen können Probleme, die durch die verwendete Architektur und somit eigentlich relativ frühzeitig im Entwurfsprozess verursacht werden, erst nach der Implementierung und Integration entdeckt werden. Zu diesem späten Zeitpunkt sind aber notwendige Änderungen nur noch schwer durchführbar und sehr teuer.
Des Weiteren sind eingebettete Systeme oft durch einen hohen Grad an Heterogenität geprägt, bei der eine Vielzahl von Komponenten zur Realisierung der Systemfunktionalität beitragen. Da die Interaktion dieser Komponenten und der Einfluss der zugrundeliegenden Hardwareplattform von entscheidender Bedeutung für die Qualität des Entwurfs und die Einhaltung der Anforderungen sind, müssen diese bereits in der Anforderungsspezifikation berücksichtigt und in einem integrierten Entwurfsprozess abgebildet werden. Bislang existiert aber kein geeignetes Rahmenwerk, das die Entwicklung flexibler, domänenspezifischer Prozesse unter Integration etablierter Entwurfsumgebungen, Werkzeuge, Prozesse und Entwicklungsschritte erlaubt. Die Anpassung etablierter Entwicklungsprozesse von einer Domäne auf eine andere führte bislang kaum zu einer Steigerung der Produktivität, Qualität und Entwicklungseffizienz, wodurch die Entwicklung und Verwendung von domänenspezifischen Werkzeugketten zwingend vorgegeben war.
Der derzeitige Stand der Technik zeigt jedoch, dass die Anwendung iterative und inkrementeller Ansätze schon viele Jahre bei der Entwicklung Software-intensiver Systeme in anderen Bereichen der Computer-Industrie eingesetzt wird. Diese Praktiken sollten mit entsprechender Werkzeugunterstützung auch im Bereich eingebetteter Systeme anwendbar sein. Notwendig hierfür wäre eine integrierte Werkzeugumgebung, die sowohl Modellierungs-, Validierungs- und Verifizierungswerkzeuge, als auch komponentenbasierte Ausführungsplattformen zusammenbringt, um schnell Prototypen generieren und das zu entwickelnde
System frühzeitig validieren zu können. Dafür ist neben dem V-Modell ein iterativer und inkrementeller Softwareentwicklungsansatz zu definieren, der unter Berücksichtigung spezifizierter Anforderungen auf eine frühe Validierung und Verifikation sowohl funktionaler als auch nicht-funktionaler Eigenschaften fokussiert und eine modellbasierte Generierung von Ausführungsplattformen und Testumgebungen erlaubt. Das Projekt VERDE definiert solch ein methodisches Rahmenwerk zum iterativen, inkrementellen, verifikationsorientierten Entwurf komponentenbasierter Hardware/Software-Architekturen. Es werden maßgeschneiderte Schnittstellen definiert, die die Integration und Adaption von Test- und Analysewerkzeugen zur Erfüllung von domänenspezifischen Anforderungen erlauben. Dabei wird ein offenes Rahmenwerk geschaffen, das flexibel zur Adaption an weitere Applikationsdomänen wie Automobil, sowie offen zur Einbindung notwendiger Werkzeuge ist. Daraus resultiert die Möglichkeit der Verwendung optimierter, domänenspezifischer Werkzeugketten unter Anwendung domänenübergreifender Werkzeuge und Komponentenmodelle. Abbildung 1 stellt die vorgeschlagene Struktur des Rahmenwerkes dar.

Abbildung 1: Struktur des VERDE-Frameworks

Hierbei sollen keine Analysemethoden grundsätzlich neu entwickelt werden. Der Fokus liegt vielmehr auf der Integration existierender Werkzeuge und ggf. einer notwendigen Adaption von Analysemethoden auf Applikationsdomänen, deren Anforderungen in den bestehenden Werkzeugen bislang nicht ausreichend berücksichtigt werden können. Adressierte
Applikationsdomänen sind hierbei Luft-/Raumfahrt, Automobile, Software-defined Radio und Schienenfahrzeugsysteme. Bei bisherigen modellbasierten Lösungen zur Ermittlung nicht-funktionaler Eigenschaften besteht die Problemstellung, dass nicht-funktionale Eigenschaften (wie z.B. Leistungsverbrauch) auf hohen Abstraktionsebenen annotiert wurden, ohne die zugrundeliegenden Hardware-Plattformen und Technologien berücksichtigen zu können. Weiterhin können Technologieanbieter auf keinen einheitlichen modellbasierten Entwurfsablauf mit den Endkunden zurückgreifen, was zu einer großen Lücke zwischen
entwickelter Technologie und vorhergesagtem Verhalten führen kann und zu kostenaufwändigen Entwurfsiterationen und inakzeptablen Markteinführungszeiten auf Technologie- sowie auf Endkundenseite führt. Aus diesem Grunde werden in diesem
Projekt die Kompetenzen einer gesamten Produktentwicklungskette durch Einbindung von Technologieanbietern, Endkunden, Forschungspartnern und Softwareanbietern gebündelt, indem ein Schwerpunkt des Projekt auf der methodischen Generierung und Erweiterung der Ausführungsplattform liegt, welche die frühe Integration, Bewertung und den Test von Komponenten im Hinblick auf funktionale und nicht-funktionale Eigenschaften erlaubt. Der erwartete Gewinn gegenüber existierenden Lösungen sind die Verbesserung der Produktivität, der Vorhersagbarkeit funktionaler und nicht-funktionalen Eigenschaften, sowie die damit verbundene verbesserte Kostenkontrolle im Entwicklungsprozess. Die entwickelte Lösung wird für Anbieter von Software- und Systementwurfswerkzeugen durch Verwendung von spezifizierten Standards und wohldefinierten Schnittstellen verwertbar und
nutzbar gemacht.

Projektpartner:

• EADS Astrium (AST)
• Robert Bosch (RB)
• Infineon Technologies (IFX)
• Itemis (ITE)
• ScopeSET (SCS)
• Fraunhofer Fokus (FHG)
• FZI Forschungszentrum Informatik (FZI)
• Universität Paderborn (UPB)
• Universität Augsburg (UA)

Beginn:

01.06.2009, Laufzeit 3 Jahre

• Gefördert: ITEA2
• E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist gegen Spam-Bots geschützt, Sie müssen Javascript aktivieren, damit Sie sie sehen können
• beteiligte Forschungsbereiche: SiM