effiziente codegenerierung aus uml2 strukturdiagrammen zwischenvortrag mathias funk

Effiziente Codegenerierung aus UML2 Strukturdiagrammen

Zwischenvortrag

Mathias Funk

RWTH Aachen, LuFGI 3 Software Konstruktion - Mathias Funk 2 / 27

Motivation

• Eingebettete Systeme– Zeit- und sicherheitskritische Abläufe– Eingeschränkte Ressourcen (Speicher, Prozessor-

und Controllerleistung)– Hardwarenahe Programmierung in C erforderlich

• Einsatz von UML bei eingebetteten Systemen– Einheitliche Modellierung z.B. mit UML– Wiederverwendung, Erweiterung, Anpassung– Durchgängiger Methoden- und Werkzeugeinsatz


Aufgabenstellung

• Konzeptioneller Teil– Wie können UML2 Strukturdiagramme in

ANSI C übertragen werden?– Wie kann effizienter Code erzeugt werden?

• Technischer Teil– Entwicklung eines Eclipse-Plugins

• Einlesen von UML-Modellen aus ViPER• Implementierung der konzeptionellen Ergebnisse• Generierung von lauffähigem ANSI C-Code


Inhalt

• Vorgaben– UML2-Standard (Strukturdiagramme)– ANSI C-Standard

• Lösungskonzeption– Transformationskonzept– Umsetzung in ANSI C

• Technische Lösung– Eingesetzte Frameworks– Realisierung

• Optimierungsmöglichkeiten• Demo des Werkzeugs


UML2 Standard

• Universelle Modellierungssprache• OMG-Standard UML2 ab 2004

– Komplexitätsreduzierung, erneuertes Metamodell– Neue Anwendungsbereiche (J2EE, Echtzeitanwendungen)– Bessere Unterstützung der hierarchischen Modellierung

• Einführung von zusätzlichen Strukturdiagrammen– Kompositionsstrukturdiagramme

• Funktionsweise eines Systems, Verhaltensmuster

– Komponentendiagramme• Physische Struktur eines Systems• Gemeinsames Verhalten in öffentlichen Schnittstellen bereitstellen


ANSI C Standard

• Standardisierung des ANSI von 1988– Erstmalige Festlegung des Sprachstandards

• Wichtige Eigenschaften– Keine Laufzeitabhängigkeit, Overhead– Weite Verbreitung, Compiler-Support– Hohe Performanz, Hardware-nah– Skalierbarkeit– Einfache Lesbarkeit, Benutzung


Inhalt






Lösungskonzeption

1. Direkte Generierung des Codes aus UML2-Modell

2. Modelltransformation in ANSI C-Modell, dann Codegenerierung

• ANSI C-Modell (abstrakter Syntaxbaum) als Zielmodell

• Transformation zwischen UML2- und ANSI C-Modell

• Modellüberprüfung vor und nach Transformation• Codegenerierung aus ANSI C Modell


Vorteile der Lösungsansätze

1. Direkte Generierung

– Weniger benutzte Frameworks

– Weniger Code

2. Transformation, dann Generierung– Gezielte Optimierung

der Einzelschritte möglich

– Relativ einfache Anpassung an andere Sprachen, Systeme, Modelle

– Entwicklung und Fehlersuche einfacher


Lösungskonzeption: Schema


Umsetzung in ANSI C

• Modellierung von Modulen durch Übersetzungseinheiten

• Datenkapselung mit Hilfe von structs– Vorwärtsdeklaration in Headerdatei

• Methoden als Pointer auf Funktionen– Eindeutige Signatur– Implizites this als *void-Zeiger

• Methoden zusätzlich als Fassade per Makro


Umsetzung in ANSI C: Beispiel


Umsetzung: Components


Umsetzung: Delegation-Connector


Umsetzung: Assembly-Connector


Inhalt






Eingesetzte Frameworks

• Eclipse• Eclipse Modelling Framework (EMF)

– Vereinigt UML, XML und JAVA– Persistenz-API, Generierung, Validation

• openArchitectureWare– Komponentenbasiertes Rahmenwerk

• Modelltransformation• Codetransformation (XML, JAVA, HTML, …)

– Schnittstellen zu EMF und anderen Modellierungstools


Realisierung


ANSI C-Metamodell

• ANSI C-Metamodell analog zum abstrakten Syntaxbaum


ANSI C-Metamodell: Erweiterung

• Erweiterung um AST-fremde Elemente– Containerstruktur oberhalb

der TranslationUnit

(Code-Organisation)– CodeAnnotations,

Syntaxrepräsentation von Kommentaren

(Dokumentation)


Modellvalidierung

• Funktionale Überprüfungssprache Check• Einsatz zur Überprüfung von UML2- und ANSI C-

Modellen• Jedes Modellelement direkt prüfbar• Verschiedene Prioritäten möglich


Modelltransformation

• Funktionale Transformationssprache xTend– Chaining, Syntaxcheck– automatische Abhängigkeiten


Codegenerierung

• Funktionale Generierungssprache xPand• Generierungsschablonen für Metamodellelemente

– Schablonen als Klassenstruktur entsprechend dem ANSI C-AST


Inhalt






Optimierung

• Singletons– Objekte, die nur einmal im System existieren– Potenzial: this-Zeiger fallen weg

• Direkte Connector-Verbindung– Delegation Connectors über mehrere Ebenen

werden „eingedampft“– Potenzial: Nicht mehr benutzte Connectors

fallen weg

Demo time!


Ende + Preview

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Endvortrag:– Multiplizität von Elementen– Protected Regions bei der Generierung– Evaluation des Werkzeugs

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