Komponentenbasierte Softwareentwicklung für datenflußorientierte eingebettete Systeme
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
2005
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Vorwort 1
Zusammenfassung 3
Inhaltsverzeichnis 5
1 Motivation , 11
1.1 Einführung..................................... 11
1.2 Problem der Qualitätssicherung........................... 18
1.3 Relevanz der Problematik.............................. 19
1.4 Lösungsvorschlag.................................. 20
1.4.1 Zielsetzung................................. 20
1.4.2 Lösungsansatz............................... 21
1.4.3 Vorteile........................... ........ 23
1.5 Veröffentlichungen................................. 23
1.6 Aufbau der Arbeit.................................. 24
2 Stand der Technik 25
2.1 Signalmodell.................................... 25
2.1.1 Physikalische Signale............................ 25
2.1.2 Repräsentation physikalischer Signale im Rechner........... . 26
2.1.3 Verschiedene Modelle physikalischer Signale............... 26
2.1.4 Physikalische Signale und Datenflußgraphen............... 27
2.2 Komponentenmodell................................ 27
2.2.1 Komponentenbegriff............................ 29
2.2.2 Überblick über Datenflußparadigmen................... 29
2.2.3 Synchroner Datenfluß ........................... 30
2.2.4 Boolescher Datenfluß............................ 31
2.2.5 Dynamischer Datenfluß .......................... 31
2.2.6 Bezug zu Petrinetzen............................ 32
2.2.7 Bezug zu Funktionaler Programmierung.................. 33
2.2.8 Denotationelle Semantik . . ........................ 34
2.2.9
2.2.10 Analyse................................... 36
2.3 Interface-Typsystem................................. 36
2.3.1 Typen in textbasierten Programmiersprachen............... 36
2.3.2 Typen in der komponentenbasierten Softwareentwicklung........ 37
2.3.2.1 Polymorphismus......................... 37
2.3.2.2 Typkonvertierung........................ 38
2.3.3 Das Typsystem von
2.3.3.1 Typdomäne ........................... 38
2.3.3.2 Typconstraints.......................... 39
2.3.3.3 Typbestimmung......................... 40
2.4 Model
2.4.1 Explizite Verifikation des Zustandsraumes................. 40
2.4.2 Modellierung von Kommunikatiönsprotokollen.............. 41
2.4.2.1 Interface-Automaten....................... 42
2.4.2.2
2.4.2.3
2.4.3 Suchstrategien für den Erreichbarkeitsgraphen.............. 44
2.4.3.1 Suche ohne Nebenwissen.................... 45
2.4.3.2 Informierte Suche........................ 46
2.4.4
2.4.5 Der Model Checker Spin.......................... 48
2.5 Kritikpunkte..................................... 49
Signalmodell 51
3.1 Probleme mit gebräuchlichen Signalmodellen.................. . 51
3.2 Anforderungen................................... 52
3.2.1 Unterstützung bei der Fehlererkennung.................. 55
3.2.2 Flexibilität in der Darstellung....................... 56
3.2.3 Verminderung des
3.3 Neues Modell.................................... 58
3.3.1 Schrittweise Einführung.......................... 58
3.3.1.1 Analoge und digitale Signale.................. 58
3.3.1.2 Signale als Folgen von Segmenten............... 59
3.3.1.3 Signale als Folgen von Blöcken................. 61
3.3.1.4 Signale als Folgen von gefärbten
3.3.2 Neue Signalmerkmale........................... 61
3.3.3 Formale Beschreibung........................... 62
3.3.4 Probleme und Lösungen.......................... 65
3.4 Innovative Aspekte................................. 66
6
4 Komponentenmodell 69
4.1 Probleme mit gebräuchlichen Komponentenmodellen............... 69
4.2 Anforderungen................................... 73
4.2.1 Kompatibilität mit dem neuen Signalmodell............... . 73
4.2.2 Unterstützung bei der Fehlererkennung.................. 73
4.2.3 Kontrolle über Komplexität und Modellierangsmächtigkeit........ 74
4.3 Neues Modell.................................... 75
4.3.1 Schrittweise Einführung.......................... 75
4.3.1.1 Funktion definiert auf Punkten................. 75
4.3.1.2 Funktion definiert auf Blöcken................. 76
4.3.1.3 Funktion definiert auf
4.3.1.4 Funktion definiert auf Strömen................. 77
4.3.2 Klassifikation von Datenflußkomponenten................. 77
4.3.3 Gefärbte Datenflußparadigmen....................... 78
4.3.3.1
4.3.3.2
4.3.3.3 ColoredDDF.......................... 85
4.3.3.4 Anwendungsbeispiel....................... 86
4.3.4 Denotationelle Semantik.......................... 88
4.3.5 Probleme und Lösungen.......................... 89
4.4 Innovative Aspekte................................. 91
5 Interface-Typsystem 93
5.1 Anforderungen...................................93
5.2 Beispiele zu Typconstraints.............................94
5.3 Neues Modell der Interfacetypen..........................96
5.3.1 Definitionen................................96
5.3.2 Typdomäne................................. 97
5.3.2.1 Typtraits.............................97
5.3.2.2
5.3.3 Typconstraints...............................109
5.4 Neues Typbestimmungsverfahren..........................109
5.4.1 Überblick über den Typbestimmungsalgorithmus.............109
5.4.2
5.4.3 Beispiel zur Typbestimmung........................113
5.4.4 Formale Beschreibung des Typbestimmungsalgorithmus.........113
5.4.5 Probleme und Lösungen..............,...........118
5.4.6 Typkonvertierung..............................123
5.5 Innovative Aspekte................................. 124
7
6 Model
6.1 Anforderungen...................................127
6.2 Beispiel eines Kommunikationsprotokolls.....................128
6.3 Neues Modell der Kommunikationsprotokolle................... 129
6.3.1 Definitionen ................................130
6.3.2 Fifomaten..................................130
6.3.3 Kommunikationsprotokolle........................132
6.4 Neues
6.4.1 Aufgabe...................................134
6.4.2 Überblick über den
6.4.3 Komposition................................135
6.4.4 Simulation.................................139
6.4.5 Formale Beschreibung des
6.4.6 Probleme und Lösungen..........................172
6.4.7 Komposition
6.5 Innovative Aspekte................................. 178
7 Bild- und Signalverarbeitungswerkzeug Skylla 181
7.1 Anforderungen...................................181
7.2 Beispiel eines Entwicklungsablaufs ........................183
7.3 Das Werkzeug Skylla................................185
7.3.1 Editor....................................187
7.3.2
7.3.2.1 Interface-Typsystem.......................188
7.3.2.2 Model Checker .........................188
7.3.3 Ablaufsteuerung..............................190
7.3.3.1 Server.............................. 191
7.3.3.2 Clients..............................192
7.3.3.3 Untersuchungen zur Kommunikation...... . . ......193
7.3.3.4 Alternative Implementierung in ACE..............194
7.3.3.5 Alternative Implementierung in
7.3.4 Komponentenbibliothek..........................195
7.3.4.1 Implementierung des Komponentenmodells in Haskeil .... 195
7.3.4.2 Implementierung des Komponentenmodells in Design/CPN . 195
7.3.4.3 C++-Bibliothek.........................195
7.3.5 Schedulerbibliothek............................197
7.4 Innovative Aspekte.................................198
8 Ergebnisse 201
8.1 Anforderungen...................................201
8.2 Testbedingungen......................•............202
8.3 Interface-Typsystem.................................203
8.3.1 Systematische Tests ............................203
8
8.3.1.1
8.3.1.2 Constraintkomplexität......................205
8.3.1.3 Graphgröße...........................206
8.3.1.4 Löschen.............................206
8.3.2 Fallstudie: Qualitätskontrolle von Getränkedosen.............207
8.4 Model
8.4.1 Systematische Tests ............................211
8.4.1.1 Graphstruktur
8.4.1.2 Graphstruktur Net........................222
8.4.1.3 Graphstruktur
8.4.1.4 Graphstruktur Net mit Rückkopplungen............231
8.4.1.5 Graphstruktur Random.....................235
8.4.1.6 Weitere Untersuchungen.....................235
8.4.1.7 Abschließende Bewertung....................244
8.4.2 Vergleich mit dem Model Checker Spin..................244
8.4.2.1 Graphstruktur
8.4.2.2 Graphstruktur Net........................249
8.4.2.3 Graphstruktur
8.4.2.4 Graphstruktur Net mit Rückkopplungen............254
8.4.2.5 Weitere Untersuchungen.....................254
8.4.2.6 Abschließende Gegenüberstellung...............254
8.5 Ablaufsteuerung...................................259
8.5.1 Fallstudie: Projektive Rekonstruktion in der Stereobildverarbeitung . . .259
8.5.2 Fallstudie: Qualitätskontrolle von Beilagscheiben.............264
8.5.3 Fallstudie: Ermittlung des gemeinsamen Sichtbarkeitsbereichs zweier
Kameras ..................................265
8.6 Zusammenfassung der Ergebnisse.........................272
Zusammenfassung und Ausblick 277
9.1 Wiederaufgreifen der Problemstellung....................... 277
9.2 Problemlösung...................................277
9.2.1 Modelle...................................278
9.2.2 Verfahren..................................279
9.2.3 Grenzen der Modelle und Verfahren....................280
9.2.4 Überprüfung der Modelle und Verfahren..................281
9.3 Innovative Aspekte und Bedeutung der Arbeit...................281
9.4 Zusätzliche Einsatzgebiete der zentralen Ideen . ..................283
Abbildungsverzeichnis 285
Tabellenverzeichnis 291
Literaturverzeichnis 293
9
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