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Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme

Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme. Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für offene Kommunikationssysteme FOKUS. Wochenquiz. Was sind BDDs, IBDs? Gemeinsamkeiten & Unterschiede?

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Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme

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Presentation Transcript

  1. Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für offene Kommunikationssysteme FOKUS

  2. Wochenquiz • Was sind BDDs, IBDs? Gemeinsamkeiten & Unterschiede? • Wozu werden Zusicherungsdiagramme verwendet? • Wie kann man Strategien formalisieren? • Welche Vorgehensmodelle kennen Sie? • Welche Sichten auf ein eingebettetes System werden modelliert?

  3. A Development Process Model • Read the requirements specification • Put all information into an abstract class diagram of the subject domain • Identify all actors in a use case diagram • Define sequences of interaction for the use cases in sequence diagrams • Put sequence diagrams in activity diagrams / state machines • Derive a system class model • Design a communication diagram to define concrete interaction • Derive a design class model • Derive an implementation class model • Generate code

  4. Example: Extended Care System • System to connect patients and health care people • Main purpose: provide quick help in the case of an emergency • e.g., a fall to the ground, cardiac arrest, apnea or general immobility • scenario: collapse of the patient (e.g., while walking) • Correctness: call help iff help is needed • if help is needed, a call must be issued • there must not be false emergency calls • Idea • sensors attached to the body recognize abnormal condition (e.g., powerful acceleration, change in the barometric altitude, higher heart rate, ...) • sensors exchange and consolidate their measurement results • call an emergency service provider for further processing the alarm

  5. System Structure of the ECS Components • Ventricular Assist Device (VAD) • blood pump with controller and control laptop • has to be protected from misusage • Body Area Network (BAN) • different sensor nodes attached to the body • wireless communication, ad-hoc networking, leader election • not a medical device (not used for diagnosis or therapy) • Telematics Systems (TMS) • telematic module, server, client software • online monitoring, alert handling, data logging • data protection

  6. Challenges • Requirements specification • Design and evaluation of system architectures • Interface definitions • Not handled: • early validation • security analysis • testing and testability • functional safety

  7. Boundaries of the System • modeled by a ibd (context diagram) • service provider as part of the environment

  8. Goals and Requirements • Modeled via requirements diagrams

  9. Use Cases • Main use cases of the system

  10. Scenario “Collapse”

  11. Structural Investigation of Requirements • Information to be exchanged in a class model

  12. Functional Decomposition • Deployment of functionality onto nodes

  13. Architecture • Package diagram for the distribution

  14. Towards an Implementation • Sensor behavior as activity / state machine diagrams

  15. A Concrete Interaction Scenario • SD

  16. 3.2 physikalische Modellierung 1. Identifikation der relevanten Umgebungsgrößen 2. Repräsentation durch mathematische Variablen 3. Eigenschaften / Relationen der Variablen festlegen • die relevanten Variablen sind im Allgemeinen zeitabhängig  Funktionen über der Zeit! • Zustand: Wert aller Funktionen zu einem gegebenen Zeitpunkt • Trajektorie: Veränderung des Zustandes in der Zeit • Festlegung: überwachte und geregelte Variablen („monitorierte“ und „kontrollierte“ Größen)

  17. Zulauf Füllstands-anzeiger max min Ablauf Beispiel Füllstandsregelung • Randbedingungen • Füllhöhe ändert sich als Funktion von Zu- und Ablauf • Überlauf wenn voll, kein Auslauf wenn leer • informelle Anforderungen für Steuerung des Zulaufs • Füllstand soll zwischen min und max gehalten werden • Wenn f < min, Zulauf einschalten • Wenn f > max, Zulauf ausschalten • Stellvertretend für Heizungsthermostat, Batterieladegerät, Dämmerungslicht, …

  18. Modellierung mit Scicos • Idee • Flussdiagramme (wie ibd) • Blöcke tragen mathematische Semantik (wie par) • Verbindungen signalisieren Ströme • Kontinuierliche Daten wie Strom, Spannung, Fluid, Masse, … • Diskrete Daten wie Events • Umformung der Eingangsströme in Ausgangsströme • Industriestandard: Simulink • Alternative Scicos / Xcos • Aufbauend auf numerischer Mathematik-Software Scilab des INRIA • Modellierung durch Zusammenschalten von Blöcken • IDE: ScicosLab

  19. Beispiel Wassertank • f´(t)= k1*z(t) – k2*a(t) • 0 ≤ f(t) ≤ max

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