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Systembeschreibung

Dynamische Softwarearchitektur für eingebettete Systeme

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Bindung von Anwendung und Plattform

Dieser Entwurfsschritt kombiniert Anwendung und Plattform. Anwendungs-Elemente wie Tasks werden an angebotene Dienste der Plattform gebunden. Nachdem dieser Schritt erfolgt ist, kann das modellierte System analysiert und bei Bedarf verfeinert werden (erneute Iteration der vorgelagerten Prozesse).

Danach erfolgt die Implementierung oder Generierung des modellierten Systems bzw. seiner Komponenten (Teilprozess Komponenten-Implementierung) und Integration und Test der Komponenten zum eingebetteten System (Teilprozess System-Integration). Aufgrund der Verlagerung wesentlicher Analyse- und Testschritte wie Modellierung und Analyse der Einhaltung nicht-funktionaler Anforderungen (Constraints) in frühe Entwurfsphasen wird dieser Teilprozess deutlich vereinfacht.

Bildergalerie

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Für diesen Entwurfsschritt wird eine spezielle Sicht zur Bindung von Anwendung und Plattform bereitgestellt. Sie wird von System- oder Anwendungs-Entwicklern genutzt um Anwendungs-Elemente an Plattformen zu binden. Hier werden die Anwendungs-Sicht und die Domänen-Sicht verschmolzen wobei die Anwendungs-Sicht über die Domänen-Sicht gelegt wird. Die grafischen Elemente der Domänen-Sicht werden reduziert weiter verwendet. Beispielsweise werden keine Ressourcen mehr angezeigt sondern nur noch die angebotenen Dienste denn die Darstellung der Plattform-Schnittstelle zur Anwendung und nicht die Darstellung der Plattform-Struktur ist die Hauptaufgabe dieser Sicht. Weitere Details zur grafischen Bindung sind Bestandteil unserer zukünftigen Forschungsarbeiten (siehe auch Kapitel ”Zusammenfassung”).

Entwurfsstudie

In diesem Kapitel wird die Modellierung eines Sonar-Systems für ein autonomes Unterwasserfahrzeug unter Anwendung unserer Methodik beschrieben. Die Hauptaufgabe des Sonar-Systems ist die Erkennung von Objekten im Wasser. Das Sonar-System sendet Schallwellen aus und empfängt die Echos die von Objekten im Wasser erzeugt werden. Ein solches System ist ein gutes Beispiel für die Nutzung unterschiedlicher Technologien. Es besteht aus elektromechanischen Teilen zur Erzeugung der Schallwellen, analogen elektronischen Teilen für die Ansteuerung der Schallerzeuger und für den Empfang der Echos sowie aus digitalen elektronischen Teilen mit Hard- und Software für die Signalverarbeitung und Objekterkennung.

Die Entwurfsstudie folgt unserer Methodik und teilt sich daher in die folgenden Abschnitte:

  • 1. System-Anforderungsanalyse
  • 2. Funktionaler Systementwurf
  • 3. Plattformentwurf
  • 4. Komponenten-Implementierung und System-Integration

Hierbei konzentrieren wir uns auf die ersten 3 Entwurfsprozesse, die Komponenten-Implementierung und System-Integration wird in dieser Entwurfsstudie nicht weiter betrachtet und sind Teil unserer weiteren Forschungsarbeiten (siehe Kapitel ”Zusammenfassung”).

System-Anforderungsanalyse

Es soll ein Sonar entwickelt werden, welches Unterwasserobjekte (Objekte) erkennen und einen Vektor errechnen kann, der Abstand und Ortung relativ zum System angibt. Die System-Anforderungsanalyse beginnt mit der Analyse und Aufstellung der wesentlichen Anforderungen die auszugsweise in Bild 6 der Bildergalerie aufgeführt sind.

funktionaler Systementwurf

Basierend auf den Anforderungen (Anforderungs-Spezifikation) beginnt der funktionale Systementwurf. Hierbei werden die funktionalen Hauptkomponenten identifiziert und die Technologie-Bindung vorgenommen.

Im ersten Schritt wird der funktionale Systemkontext festgelegt bzw. aus den Anforderungen abgeleitet. Es wird ein Sonar-System entworfen, dass Unterwasser-Objekte mittels Schallwellen erkennen kann. Das Sonar-System wird als Modul der Anwendung, bekannte Schnittstellen werden als Ports des Moduls modelliert.

Die nächsten Schritte sind nicht in strikter zeitlicher Reihenfolge durchzuführen. Im nächsten Schritt werden die Funktionen des Sonar-Systems aus den funktionalen Anforderungen extrahiert und als Anwendungs-Module im Modul Sonar modelliert. Jede Funktion die in einer funktionalen Anforderung beschrieben ist kann beispielsweise ein Modul sein.

Dann erfolgt die Gruppierung von Funktionen zu sinnvollen Einheiten. Dadurch entstehen Module die funktionale Gruppen bilden. Das Sonar-System wird dabei in die funktionalen Gruppen Signalerzeugung, Signalverarbeitung sowie Management aufgeteilt. Um erzeugte Signale in Schallwellen zu wandeln wird eine weitere Funktion benötigt. Um Schall-Echos von Objekten als Signale verarbeiten zu können, müssen sie wieder empfangen werden können. Dafür wird die funktionale Gruppe Transceiver erzeugt. Hier wird bereits ein erster Teil der Technologie-Bindung durchgeführt da (elektrische) Signale in Schallwellen (und umgekehrt) umgewandelt werden müssen.

Technologie-Bindung

In der nächsten Verfeinerung wird die Technologie-Bindung durchgeführt. Elemente unterschiedlicher Technologie werden hierbei durch Transformations-Tasks verbunden und die Verbindungen (im Allgemeinen Signale oder Signalflüsse) je nach gewählter Technologie und Art der Signale verfeinert.

Der System-Architekt oder Anwendungs-Entwickler legt fest, welche Teile der Anwendung in welcher Technologie realisiert werden sollen. Die Module Signalerzeugung, Signalverarbeitung und Management werden als digitale Elektronik realisiert. Um digitale Signale in Schallwellen umzuwandeln und empfangene Schall-Echos digital verarbeiten zu können, ist eine Transformation von der digitalen Elektronik in analoge Elektronik und elektromechanischen Teile notwendig. Daher wird das Modul Transceiver bzw. Transducer als analoge Elektronik realisiert. Bild 7 in der Bildergalerie zeigt das Anwendungs-Modell nach der Technologie-Bindung.

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