uml modelbaseret softwareudvikling af indlejrede...

1

Foredrag i Dansk Selskab for Datateknik,Syddansk Universitet Sønderborg – 23. september 2003.

vedFinn Overgaard Hansen,

Ingeniørdocent,Ingeniørhøjskolen i Århus,

e-mail: [email protected]

UML modelbaseret softwareudvikling afindlejrede systemer

Version: 22-9-2003

© Ingeniørhøjskolen i ÅrhusSlide 2 af 60

Agenda

• Introduktion til modelbaseret SW udvikling• Hvad fremtiden byder på

– OMG’s MDA initiativ• Hvad der kan opnås med dagens værktøjer

– Et indblik i hvad der er muligt at opnå vha. kommercielle UML baserede værktøjer

– Som eksempel anvendes værktøjet Rhapsody fra Ilogix• Vurdering i forhold til traditionel SW udvikling

2


“Udfordringer”• Iterativ udvikling• Ønske om tidlig afprøvning og validering af

funktionalitet og af brugergrænseflade• Parallel SW og HW udvikling

– SW simulering af brugergrænseflade og øvrig HW før HW er udviklet

• Ønske om at minimere udviklingstiden(time-to-market)

• Ønske om at kunne understøtte flere platforme eller at kunne skifte platform (f.eks. processor)


Historisk udvikling

MaskinkodeDebug i HEX

AssemblerkodeDebug i Ass.

Debug i CObjektorienteret programmering C++

Debug i C++UML modelbaseret udvikling

Abstraktionsniveau

Lavt

Højt

Højniveauprogrammering C

Debug i UML

3


OMG’s Model Driven Architecture (MDA)

3 Core standards in MDA:

UML: Unified ModelingLanguage

MOF: Meta ObjectFacility

CWM: CommonWarehouseMetamodel

ImplementationTechnologies

Domain specific standards

Ref. Object Management Group: www.omg.org

.


MDA Historie

• Model Driven Architecture (MDA) - Defined in document number ormsc/2001-07-01- Se also ”MDA Guide Version 1.0” (omg/2003-05-01)

• Adapted by OMG as the groups base architecture in September 2001

• Ref: www.omg.org/mda

4


MDA’s PIM and PSM Models

• Models of different systems are structured explicitly into:– Platform Independent Models (PIMs)

• A PIM is a formal specification of the structure and functions of a system that abstracts away technical details

– Platform Specific Models (PSMs)• A PSM specifies the realization of the functionality in the PIM

on a specific platform

OMG standards are specified in terms of a PIM and, normally, one or more PSMs, all in UML


Executable PIM Model

• The PIM can be complete and specific enough to enable early execution and test of the application– independent of design and implementation details

• Automation of an MDA approach provides the opportunity for:– a dramatic defect reduction– accelerated development– large scale reuse– easy platform migration of applications

5


MDA Meta Model Description

Ref: MDA ormsc/2001-07-01


Platform Specific Models in UML

• Example: to transform a PIM into a CORBA PSM – certain decisions need to be made

• Such decisions can be defined by a UML profile:– a set of extensions to UML using the built-in extension

facilities of UML (stereo types and tagged values)– UML Profile for CORBA

• specifies how to use UML in a standard way to define CORBA IDL interfaces, structs, unions etc.

6


MDA Meta Model Example


Four ways to transform a PIM into a PSM

1. Manually construction of PSM based on the PIM2. Manually construction of PSM with utilization of

known refinement patterns3. Semi automatically

• an algorithm can create a PSM skeleton based on the PIM to be manually enhanced

4. Automatically • an algorithm can create a complete PSM

7


Example: Platform Independent Model (PIM)

OCL:Object ConstraintLanguage


A CORBA-Specific Model (PSM)

8


Action & Constraint Languages

• Action Language– anvendes til at specificere operationer og aktioner i en UML model– pt. Precise Action Semantics for UML specification (2001),

der dog ikke indeholder en konkret sprog syntaks– UML action semantics adopted by OMG i nov. 2001.– BridgePoint tool har deres eget Object Action Language– Rhapsody anvender C++, Java eller C

• OCL – Object Constraint Language (fra UML 1.4)– den officielle måde at specificere constraints

(begrænsninger/præciseringer) på i en UML model

• Fremtid – der er et ønske om at disse smelter sammen til et specifikationssprog


Two Development approaches

• The Elaborative approach – the normal development case– manually or supported by code generators

• The Translational approach – the BridgePoint approach– The iUML approach

• A Combined approach– the Rhapsody & Rational Rose Real-Time

approaches

9


Elaborative Development


Executable and Translatable UML

PIM PSM

10


The XT-UML Development Process

Application Modeling

Software Architecture Design

Integration and Test

CodeGeneration

Project Structuring &Requirement Derivation


XT-UML Translator

11


XT-UML Iterative Application Development


Target Migration

WindowCE

VxWorks

12


Defect Reduction Points


Aktuelle UML eksekveringsværktøjer

• BridgePoint• Kabira - ObjectSwitch• iUML + iCCC• Rational Rose Real-Time• Rhapsody• ArcStyler

Værktøjerne er her udelukkende medtaget som eksempler på aktuelle værktøjer, der forsøger at leve op til intentionen i OMGs MDA. Det er således ikke en udførlig beskrivelse eller sammenligning af disse.

13


BridgePoint Toolset

• Company: Project Technology provides the BrigePointToolset with the goal of:– “Accelerating Development of High-Performance Software with

Model Driven Development Executable and Translatable UML (XT-UML)”

– www.projtech.com• Stephen Mellor (founder of Project Technology)

– chairs the OMG Analysis and Design Task Force Working Group on MDA

– a key group contributing to the detailed definitions of MDA elements

– Stephen Mellor also chaired the consortium that defined OMG’sUML Action Semantic, which made the UML executable


Kabira Design CenterThe Design Center translates a model directly into an executable Kabira server application. No hand coding is necessary. ( www.kabira.com ) In addition to an executable application, the Design Center also generates:

- Interface description files such as IDL (for CORBA), MIB (for SNMP) - SQL Database schemas for any persistent objects in the model

14


iUML (xUML) – Kennedy Carter

• Company:– Kennedy Carter – a UK company– www.kc.com– Allan Kennedy (CEO) is a leading member of the ’translational

school’.• iUML features:

– A UML modeling tool for making PIM models– Supporting MDA with executable UML (xUML) based on ASL

(Action Specification Language)– A translational approach

• iCCC features:– A configurable code generator for generation PSM models– Can generate 100% of the target code– Is already in use to build code generators for demanding real time

applications


Rational-Rose Real Time

• Company:– Rational Software Cooperation (now bought by IBM)– Booch, Rumbaugh, Ivar Jacobson– Bran Selic (ROOM methodology & ObjectTime)– www.rational.com

• Rational-Rose Real-Time is a specific product for development of Real-Time systems– a lot different from standard Rational Rose tool– based on the ROOM Methodology – Bran Selic et. al.– executable models based on a port abstraction

15


Rhapsody – I-Logix

• Company:– I-Logix– David Harel (inventor of UML’s State Chart)– Bruce Powel Douglass (author of several books)– www.ilogix.com

• Rhapsody features:– Model based code generation in C, C++ and Java– Model based simulation

• object browser with attribute information• state change in state machines• automatic generation of sequence diagrams when running the

program– Integrated Real-Time OS framework

• ported to many commercial OS• Proprietary extensions to UML


ArcStyler – Interactive Objects Software

• Company:– Interactive Objects Software

(a German compagny)– www.io-software.com

• Features:– A MDA tool– For enterprise application

development– Support for Java/J2EE, EJB

and .NET platforms

16


Bøger om MDA

Addison-Wesley, 2002ISBN 0-201-74804-5


Anden del – et eksempel

Citat:”Rhapsody, right now, is the world’s most completeMDA application delveopment environment”

Dr. Bruce Powel DouglassChief Evangelist, I-Logix

Rhapsody kræver dog pt. at man anvender C, C++ eller Java ved udvikling af PIM modellen – dvs. understøtter ikke et sproguafhængigt ASL

Et eksempel på modelbaseret softwareudviklingmed værktøjet Rhapsody fra I-Logix

17


UML modelbaseret udvikling

UML model

ApplikationsC++ kode

Frameworkkode

kodegenerering

ReverseEngineering

RoundtripEngineering

Eksekverbar UML model


Eksempler på kodegenerering

• Tilstandsmaskiner – kodegenereres ud fra UML state charts

• Associationer (associationer, aggregation + composition) kodegeneres – både datastruktur plus tilhørende operationer

• Get og set operationer for attributter• Constructor og destructor operationer• Timerunderstøttelse• Understøttelse af letvægtsprocesser (threads) og

proceskommunikation

18


Modeleksekvering

3. Animering af sekvensdiagrammer

1. Animering af tilstandsdiagrammer

4. Kontrol af eksekveringen- sætte breakpoints- single steppe- generering af events etc.

2. Inspektion af objekternesattributter

Bil:hastighed= 130


Et simpelt eksempel – Bil klassediagram

+on():void+off():void

BilRadio

+hastighed : int

+Bil()+start()+stop()+bilRadioOn()+bilRadioOff()

Bil

<<Web Managed>>

+start():void+stop():void

Motor

Driver1

1

itsMotor

11

itsBilRadio

itsBil

19


Tilstandsdiagram for Bil

stoppet>

startet

stop/itsMotor->stop();itsBilRadio->off();

start/itsMotor->start();itsBilRadio->on();hastighed=5;

tm(5000)/cout << "Running & accel." << endl;hastighed += 10;

bilRadioOn/itsBilRadio->on();bilRadioOff/itsBilRadio->off();


Sekvensdiagram:B ilR a d io :M o to r:B il

s top ()

b ilR ad ioO ff()

s ta rt ()

TM (50 00 )

o ff()s to p ()

o n ()s ta rt ()

o ff()

20


Tre metoder til modelstimulering

• Metode 1: at udvælge events direkte i værktøjet ud fra en liste af mulige events

• Metode 2: at anvende et autogenereret web interface fra en browser – hvorfra events kan afsendes

• Metode 3: at udvikle en grafisk brugergrænseflade f.eks. i MFC - dette kan være den endelige brugergrænseflade eller- alternativ en GUI simulering af f.eks. et betjeningspanel

eller en fjernbetjening


Udvælgelse af events i værktøj (metode 1)

21


Web-enabling

• Mange indlejrede systemer udvikles i dag med web baseret tilgang

• Her kan CASE værktøjet hjælpe med den tilhørende kodegenerering

• Kan også anvendes til at generere testdrivere med– til at generere events – til at sætte og aflæse variable med


Autogenereret Web interface (metode 2)

«Windows PC»

InternetExplorer

«Exe»

TCP/IP

MyTestApplication

«Exe»

22


Grafisk brugergrænseflade (metode 3)


Opvaskemaskine eksempel

evJetOff()evJetSpray()evJetPulse()

Jet

evTankDrain()evTankFill()

Tank

cycles : intrinseTime : intwashTime : intdryTime : int

Dishwasher()setup():voidevStart()evOpen()evClose()evQuick()evNormal()evIntensive()evService()

Dishwasher

evHeaterOff()evHeaterOn()

Heater

itsJet1

itsTank1

itsHeater 1

Key Dishwasher Abstractions

23


Opvaskemaskine eksempel


Radio eksempel

24


Tretrins modellen

Trin1: Modelsimulering og eksekvering påudviklingsplatformen

Trin 2: Modelsimulering og eksekvering påtargetplatformen

Trin 3: Real-time eksekvering på targetplatform


Modeleksekvering på udviklingsplatform (trin 1)

«Windows PC»Development =

DeploymentEnvironment

TCP/IP

RhapsodyCase-tool

MyApplication«Exe»

«Exe»

Her eksekveres programmet med SW simulering af hardwaren

Brugergrænsefladen kan simuleres med en dedikeret GUI,der udformes så tæt på det endelige design som muligt

25


Modeleksekvering på targetplatform (trin 2)

«Target microprocessor»

«Windows PC»

«TCP/IP»


DevelopmentEnvironment

RhapsodyCase-tool

«Exe»


«HW device»Dev1

«HW device»Dev2«User

Interface»Panel


Eksekvering på targetplatform (trin 3)

«Target microprocessor»



«HW device»Sensor

«HW device»Actuator

«UserInterface»

Panel

Her testes real-time opførslen og her udføres den endelige accepttest

26


Rhapsody Architecture (1)

Deployment Environment

Deployment Operating System

Object Components

Animation Instrumentation (optional)

Development Environment

TCP/IPLegacyObjectCode

OS Abstraction Layer


Rhapsody Architecture (2)

Deployment Environment

Development Operating System

Development EnvironmentAnimator

TCP/IP

CodeGenerator

ModelChecker

ReportGenerator

DiagramEditor

CodeImporter

Application ModelRepository Legacy Source Code

Source Code

RepositoryBrowser

Configu-ration

Object Execution Framework (OXF)Constructive UML Metamodel

27


OSAL: OS Abstraction LayerThe OSAL consists of a set of interfaces (abstract classes) that provide all the required operating system services for the application, including:• Tasking services• Synchronization services• Message queues• Communication port• Timer service

OSAL


Rhapsody supporterede operativsystemer

C++• Borland• Linux• Microsoft, MicrosoftDLL• MicrosoftWinCE• MSStandardLibrary• OsePPCDiab, OseSFK• PsosPPC, PsosX86• QNXNeutrinoCW, QNXNeutrinoGCC• Solaris2, Solaris2GNU• VxWorks

C• Microsoft• PsosPPC• PsosX86• VxWorks

Java• JDK

28


Portering af Rhapsody til “MIT_OS”<env>=MIT_OS

Kræver udvikling af disse filer


CASE værktøj og Dokumentation

ModelDatabase

Case værktøj

ModelDatabase

:classA :classB :classC:classA :classB :classC:classA :classB :classC ClassA ClassB

ClassC

ClassA ClassB

ClassC

ClassA ClassB

ClassC

State A

State B

State A

State B

State A

State B

Case værktøj

ViewsClassA ClassB

ClassC

DesignDokumentation

ClassA ClassB

ClassC

ClassA ClassB

ClassC

DesignDokumentation

29


Eksempel: Reporter Pro

Reporter Pro

Anvendes til atdefinere dokumentationstemplate filer

SW DesignDokument

(wordtemplate)

RhapsodyCASE-tool

SWDesign

DokumentAutogenereringaf dokumentation


Vurdering ift. traditionel SW udvikling

• Plusser:– autogenerering af “triviel” kode– ensartet implementering– hurtig implementering– tidlig modelsimulering– fremmer iterativ udvikling og prototypeudvikling

• Minusser:– høj værktøjspris pr. udvikler– kræver en del indlæring og investering i uddannelse– modstand fra udviklerside– ikke optimal kode (opsætning af kodegenereringen

kræver en del værktøjskendskab)

30


Konklusion

• Modelbaseret SW udvikling har store potentialer til at kunne effektivisere SW udviklingen af indlejrede og distribuerede systemer

• Kræver en del ”up-front” investering både i værktøjer og i uddannelse

• Er pt. baseret på proprietære udvidelser til UML– Action language er ikke defineret med en specifik

syntaks• Der arbejdes på flere nye OMG standarder i

relation til MDA


Referencer• Object Management Group (OMG)

– “Model Driven Architecture (MDA)”, an OMG standard (ormsc/2001-07-01)

– www.omg.org

• Project Technology – BridgePoint toolset– Paper: “Executable and translatable UML XTUML”– www.projtech.com

• Rhapsody– www.Ilogix.com

• Rational Rose Real-time– www.rational.com

• “Executable UML - A Foundation for Model-Driven Architecture– Stephen J. Mellor & March J. Balcher, Addison-Wesley 2002

uml modelbaseret softwareudvikling af indlejrede...

Documents