Modellbasierte Softwareentwicklung für eingebettete Systeme verstehen und anwenden

Tim Weilkiens, Alexander Huwaldt, Jürgen Mottok, Stephan Roth und Andreas Willert

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Tim Weilkiens, Alexander Huwaldt, Jürgen Mottok, Stephan Roth, Andreas Willert, Modellbasierte Softwareentwicklung für eingebettete Systeme verstehen und anwenden (2018), dpunkt.verlag, Heidelberg, ISBN: 9783960885931

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Beschreibung / Abstract

Die Beherrschung von Komplexität ist eine der größten Engineering-Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Themen wie das "Internet der Dinge" (IoT) und "Industrie 4.0" beschleunigen diesen Trend. Die modellgetriebene Entwicklung leistet einen entscheidenden Beitrag, um diesen Herausforderungen erfolgreich begegnen zu können. 
Die Autoren geben einen fundierten Einstieg und praxisorientierten Überblick über die Modellierung von Software für eingebettete Systeme von den Anforderungen über die Architektur bis zum Design, der Codegenerierung und dem Testen. Für jede Phase werden Paradigmen, Methoden, Techniken und Werkzeuge beschrieben und ihre praktische Anwendung in den Vordergrund gestellt. Darüber hinaus wird auf die Integration von Werkzeugen, funktionale Sicherheit und Metamodellierung eingegangen sowie die Einführung eines modellbasierten Ansatzes in einer Organisation und die Notwendigkeit zum lebenslangen Lernen erläutert.
Der Leser erfährt in diesem Buch, wie ein modellbasiertes Vorgehen nutzbringend in der Praxis für die Softwareentwicklung eingesetzt wird. Das Vorgehen wird unabhängig von Modellierungswerkzeugen vorgestellt. Zahlreiche Beispiele – exemplarisch auch auf Basis konkreter Werkzeuge – helfen bei der praktischen Umsetzung.
Der Anhang bietet ausgehend von den Thesen des Manifests "Modeling of Embedded Systems" eine Skizze eines Reifegradmodells für modellbasierte Softwareentwicklung, eine Kurzreferenz zu UML und SysML sowie ein Glossar.
Auf der Buch-Website mdese.de finden sich Werkzeuge, Beispiele, Tutorials sowie weitere vertiefende Informationen zum Thema.

Beschreibung

Tim Weilkiens ist Vorstand und Trainer der oose Innovative Informatik eG. Seine thematischen Schwerpunkte sind die Modellierung von Systemen, Software und Unternehmen. Er ist für oose Repräsentant bei der OMG und u.a. Koentwickler des Zertifizierungsprogramms OCEB und OCEB2.
Alexander Huwaldt ist Geschäftsführer der SiSy Solutions GmbH, seit 2007 als UML Professional nach OMG-Standards zertifiziert und in der Softwareentwicklung tätig. Er ist Hochschuldozent für Mikrocontrollerprogrammierung, Software Engineering, UML, SysML und BPMN.
Prof. Dr. Jürgen Mottok lehrt Informatik an der Hochschule Regensburg. Seine Lehrgebiete sind Embedded Software Engineering, Real-Time Systems, Functional Safety und IT-Security. Er ist in Programmkomitees zahlreicher wiss. Konferenzen vertreten.
Stephan Roth ist Trainer und Berater bei der oose Innovative Informatik eG. Seine Schwerpunkte sind modellbasiertes Systems und Software Engineering, Softwaredesign und Softwarearchitektur sowie Software Craftsmanship und Clean Code Development.
Andreas Willert ist Geschäftsführer der Willert Software Tools GmbH und als Trainer, Berater und Coach für Software und Systems Engineering tätig.

Inhaltsverzeichnis

  • BEGINN
  • Vorwort
  • Inhaltsübersicht
  • Inhaltsverzeichnis
  • 1 Einleitung
  • 1.1 Warum gerade jetzt dieses Buch?
  • 1.2 Wie sollte man dieses Buch lesen?
  • 1.3 Was ist an eingebetteten Systemen so besonders?
  • 1.4 Wie sieht das typische Zielsystem aus?
  • 1.5 Fallbeispiele
  • 1.6 Das Manifest
  • 2 Basiswissen
  • 2.1 Was sind eingebettete Systeme?
  • 2.2 Software Engineering für eingebettete Systeme
  • 2.3 Der Qualitätsbegriff
  • 2.4 Einführung in Model-Driven Software Engineering
  • 2.5 Komplexität
  • 2.6 Unser Gehirn als Engpass
  • 2.7 Vorgehensweisen und Techniken, um einer steigenden Komplexität zu begegnen
  • 2.8 Komplexen Systemen lässt sich nicht mit simplen Methoden begegnen
  • 2.9 Verstehbarkeit und Redundanz
  • 2.10 Was ist ein Modell?
  • 2.11 Modelle helfen, die Zukunft vorwegzunehmen?
  • 2.12 Modelle helfen zu abstrahieren?
  • 2.13 Resümee: Nutzen von MDSE?
  • 3 Modellbasierte Softwareprozesse und Toollandschaften
  • 3.1 Klassifikation von Modellierungswerkzeugen
  • 3.2 Vorgehensmodelle
  • 3.3 Best Practice für kleine Teams
  • 4 Modellbasiertes Requirements Engineering
  • 4.1 Requirements Engineering
  • 4.2 Anforderungen in der Modellierung
  • 4.3 Anforderungen und Architektur im Zickzack
  • 4.4 Szenario: Modellbasierte Spezifikation mit UML erstellen
  • 4.5 Mehr Modellierung: Ausführbare Spezifikation
  • 4.6 Weniger Modellierung: Diagramme für Anforderungsdokumente
  • 4.7 Neuentwicklung versus Weiterentwicklung
  • 5 Modellbasierte Architekturbeschreibung
  • 5.1 Architektur – Was ist das eigentlich?
  • 5.2 Die technische Softwarearchitektur
  • 5.3 Architekturmuster und deren Bedeutung
  • 5.4 Das Laufzeitsystem als Basismuster in eingebetteten Applikationen
  • 5.5 Referenzmuster für eine Laufzeitarchitektur
  • 5.6 Fachliche Architektur
  • 5.7 Architektur-Assessment
  • 6 Modellbasiertes Softwaredesign
  • 6.1 Gesichtspunkte der fachlichen Architektur und des Designs
  • 6.2 Hierarchische Dekomposition
  • 6.3 Diskretisierungs- und Laufzeiteffekte im Design
  • 6.4 Softwaredesignprinzipien
  • 6.5 Hardwareabstraktion
  • 7 Modellbasiertes Testen
  • 7.1 Warum eigentlich testen?
  • 7.2 Nicht nur sicherstellen, dass es funktioniert
  • 7.3 Die Testpyramide
  • 7.4 Test-Driven Development (TDD)
  • 7.5 Model-Based Testing (MBT)
  • 7.6 UML Testing Profile (UTP)
  • 7.7 Ein praktisches Beispiel
  • 7.8 Werkzeuge, die dieses Vorgehen unterstützen
  • 8 Integration von Werkzeugen
  • 8.1 Anforderungen an Schnittstellen zu Werkzeugen unterschiedlicher Disziplinen
  • 8.2 Synchronisation der Daten zwischen Repositories
  • 8.3 Zentrales Repository
  • 8.4 Ein Werkzeug für alles
  • 8.5 OSLC – Open Services for Lifecycle Collaboration
  • 8.6 XMI – Austausch von Daten innerhalb der Fachdomäne MDSE
  • 8.7 ReqIF zum Austausch von Anforderungen
  • 8.8 FMI (Functional Mock-up Interface)
  • 8.9 SysML Extension for Physical Interaction and Signal Flow Simulation (SysPhS)
  • 8.10 AUTOSAR
  • 8.11 Stand der Praxis
  • 9 Modellbasierte funktionale Sicherheit
  • 9.1 Funktionale Sicherheit
  • 9.2 Entwurfsmuster der funktionalen Sicherheit
  • 9.3 Vom Modell zum sicheren Quellcode: Coding-Standards für die sichere Programmierung
  • 9.4 Das Safety and Reliability Profile der UML
  • 9.5 Praktische Anwendung der Modellierung im Kontext sicherheitskritischer Systeme
  • 9.6 Vorteile der modellgetriebenen Entwicklung im Safety- Kontext
  • 9.7 Modellgetriebene Entwicklung mit der UML
  • 10 Metamodellierung
  • 10.1 Modell und Metamodell
  • 10.2 UML-Metamodelle
  • 10.3 EAST-ADL
  • 10.4 AADL
  • 10.5 Vergleich EAST-ADL und AADL
  • 11 Einführung eines modellbasierten Ansatzes in einer Organisation
  • 11.1 Ausgangslage
  • 11.2 Vorgehen
  • 11.3 Auswahl der Modellierungssprachen
  • 11.4 Auswahl der Modellierungswerkzeuge
  • 11.5 Typische Fehler
  • 12 Lebenslanges Lernen
  • 12.1 Lernen – die Sicht des Konstruktivismus
  • 12.2 Kompetenzen – der Blick auf die modellbasierte Softwareentwicklung
  • 12.3 Agilität – Lernen mit Methoden und Praktiken
  • 12.4 Psychologische Grundlagen von Fehlern
  • 12.5 Software Craftsmanship – ein Beispiel
  • 12.6 Modellierungskultur – ein Kodex
  • 13 Fazit
  • Anhang
  • A Ausblick: Skizze eines Reifegradmodells für MDSE
  • A.1 Hintergrund und Motivation
  • A.2 Die Skizze als ein Start – Diskussionsforum
  • A.3 Ausgangslage Manifest – Ziele kompakt
  • A.4 Die Reifegrade – der Weg in die Modellierungskultur
  • A.5 Evaluation und Fragenkatalog
  • B Kurzreferenz UML und SysML
  • B.1 Eine kurze Geschichte der UML
  • B.2 Aufbau und Architektur der UML
  • B.3 Anwendungsfalldiagramm
  • B.4 Aktivitätsdiagramm
  • B.5 Klassendiagramm
  • B.6 Kompositionsstrukturdiagramm
  • B.7 Sequenzdiagramm
  • B.8 Zustandsdiagramm
  • B.9 Paketdiagramm
  • B.10 Querschnittselemente
  • B.11 Profil
  • C Glossar
  • D Literaturverzeichnis
  • Stichwortverzeichnis

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