1 Systemy czasu rzeczywistegoRafał Krawczyk Wacław Kowalski Maciej Stojko Tomasz Żyguła

2 Plan prezentacji Część 1:Zastosowanie podejścia środowiskowego UML w modelowaniu struktury systemu czasu rzeczywistego Część 2: Automatyczna weryfikacja modeli UML

3 Plan prezentacji (cz.1) Wstęp Modelowanie strukturyModelowanie zachowania Usługa oparta na czasie Przykład: przedstawienie problemu analiza obiektowa

4 Plan prezentacji (cz.2) Wstęp PVF (Property Verification Framework)Projekt RIVIERA Krótka charakterystyka wybranych narzędzi CASE: I-Logix Raphsody I-Logix Statement Magnum Together PhD DMS Toolkit Visual Paradigm for UML Community Edition 3.1 Metamill 3.1 Visual UML Case Tool Rational Rose Argo

5 Zastosowanie podejścia środowiskowego UML w modelowaniu struktury systemu czasu rzeczywistego

6 Tytułem wstępu Systemy oprogramowania czasu rzeczywistego spotykane w takich zastosowaniach jak telekomunikacja, aeronautyka i obrona, zwykle są duże i bardzo skomplikowane. Duże znaczenie architektury w tworzeniu SCR Wykorzystanie Unified Modeling Language – UML

7 Użycie UML Okazał się on dobrze spełniać swoje zadanie, a żadne dodatkowe sposoby modelowania nie są potrzebne Zastosowanie znalazły standardowe mechanizmy UML, takie jak: stereotypy (ang. stereotype) wartości-etykiety (ang. tagged value) warunki ograniczające (ang. constrains)

8 Zasady Modelowania SCRZasady te można podzielić na dwie grupy: modelowanie struktury modelowanie zachowania

9 Modelowanie strukturyObejmuje elementy, które mają być modelowane oraz związki między nimi (np. związki komunikowania się, związki zawierania). UML dostarcza dwa komplementarne typy diagramów, które obejmują strukturę logiczną systemów: diagramy klasy (ang. class diagram) diagram współpracy (ang. collaboration diagram)

10 Modelowanie strukturyPrzy modelowaniu struktury możemy wyróżnić trzy zasadnicze konstruktory: kapsuły porty konektory

11 Kapsuły Są jedną z najważniejszych konstrukcji modelowania.Przy ich pomocy przedstawia się ważniejsze elementy architektoniczne skomplikowanych SCR Komunikacja z innymi kapsułami przy użyci portów Może zawierać jedną lub więcej pod-kapsuł połączonych ze sobą za pomocą konektorów

12 Kapsuły – wewnętrzna strukturaStruktóra kapsuły: porty pod-kapsuły konektory role-wtyczki

13 Kapsuły – maszyna stanuMaszyna stanu opcjonalnie powiązana z kapsułą jest jedynie kolejną częścią implementacji kapsuły Szczególne właściwości maszyny stanowej: nie mogą się składać z innych pod-kapsuł maksymalnie jedna maszyna stanu na kapsułę obsługiwać sygnałów ( in /out) jedyna jednostka, która może uzyskać dostęp do chronionych wewnętrznych elementów kapsuły

14 Kapsuły – maszyna stanuZapis kapsuły na diagramie klasy

15 Porty Port jest fizyczną częścią kapsuły, która pośredniczy w komunikacji kapsuły ze światem zewnętrznym, jest obiektem, który zawiera specyficzny interfejs. Każdy port kapsuły odgrywa konkretną rolę we współpracy kapsuły z innymi obiektami Dwa rodzaje portów: przekaźnikowe (ang. relay ports) terminatory (ang. end ports)

16 Porty Modelowanie w UML Porty, protokoły i role protokołów

17 Porty Oznaczanie portów – reprezentacja diagramu klasy

18 Porty Porty o większej liczbie instancji

19 Konektory Konektor reprezentuje kanał komunikacyjny, który udostępnia funkcję transportu dla danego protokołu sygnałowego. Podstawową cechą konektorów jest to, że potrafią one połączyć jedynie te porty, które pełnią wzajemnie komplementarne role w protokole danego konektora

20 Konektory Modelowanie UMLkonektor jest modelowany za pomocą związku (ang. association) definiowany jest poprzez rolę związku na diagramie współpracy przedstawiającym kapsułę

21 Modelowanie zachowaniaZachowanie jest opisywane na poziomie architektonicznym przy użyciu pojęcia protokołu

22 Protokoły Jest specyfikacją pożądanego zachowania, które ma miejsce przy użyciu konektora Składa się z szeregu uczestników, z których każdy pełni określoną rolę Może zawierać specyfikację prawidłowych sekwencji komunikacyjnych

23 Zapis roli protokołu – diagram klasyProtokoły Zapis roli protokołu – diagram klasy

24 Czas - najwżniejszy czynnik SCROgólnie można modelować dwie sytuacje oparte na czasie: możliwość wyzwalania działań w określonym momencie możliwość wywoływania działań po upłynięciu określonego czasu od danego momentu

25 Modelowanie usług opartych na czasieIdea usługi opartej na czasie nie wymaga żadnych rozszerzeń UML lub specjalnego sposobu zapisu

26 UML real-time na przykładzie.Przedstawienie problemu Analiza UML

27 Przedstawienie problemuCo to jest respirator. Zasada działania. Budowa respiratora. Istota sensorów. Zagrożenia występujące w żelaznych płucach. Ważniejsze monitorowane parametry. Alarmy. Tryby działania.

28 Analiza obiektowa. Analiza wymagań. Przypadki użycia. Scenariusze.Analiza i identyfikacja przedmiotu. Relacje, atrybuty i zachowania. Diagramy.

29 Budowa respiratora i podstawowe zasady działania

30 Schemat respiratora

31 Parametry, które są monitorowanestężenie O2 w zainspirowanej kończynie oddychającej obwodu (fi O2) stężenie CO2 w wygasłej kończynie oddychającej obwodu (et CO2) Strumień ciśnienia wydychanego przez pacjenta sensor ciśnienia obwodu oddychającego

32 Parametry opisujące respirator:

33 Ważniejsze elementy Istota sensorów.Zagrożenia występujące w żelaznych płucach. Alarmy. Tryby działania.

34 Zestawienie typowych alarmów :

35 Panel sterowania respiratora

36 Analiza obiektowa. Analiza wymagań. Przypadki użycia. Scenariusze.Analiza i identyfikacja przedmiotu. Relacje, atrybuty i zachowania. Diagramy.

37 Przypadki użycia:

38 Use case

39 Scenariusze

40 Wyniki błędnego podejścia

41 Identyfikacja przedmiotu:Analiza przedmiotu. Diagramy klas. Identyfikacja przedmiotu: · wentylator · czujnik O2 · czujnik CO2 · czujnik ciśnienia · wyświetlacz · ruchomą gałkę · przyciski · CO2 pochłaniacz · zawór kontroli ciśnienia gazu

42 Elementy danych (zmierzonych lub kontrolnych)Wizualne elementy GUI · ciąg znaków etykiety · ciąg znaków wartości · ciąg znaków alarmy · ukryty wskaźnik elementu · ruchomą gałkę Elementy danych (zmierzonych lub kontrolnych) · przepustowość · wydolność (przepustowość czasowa) · Wydajność  inspiratorów · I:E (stosunek) · Tempo respiracji · Ciśnienie powietrza · fiO2 · etCO2 · Alarm

43 Odpowiedzialności, atrybuty i zachowanie się.

44 Model analizy :

45 Współdziałanie klas i analiza scenariusza.

46 Automatyczna weryfikacja modeli UMLKrótka charakterystyka wybranych narzędzi Case

47 Dlaczego weryfikacja modeli jest ważna ?Nowe podejścia do tworzenia oprogramowania takie jak np. MDA uwydatniają użycie modeli UML Szczególnie istotne w przypadku systemów krytycznych, w których życie ludzkie lub drogie systemy mogą być narażone na niebezpieczeństwo Im szybciej nastąpi wykrycie wady tym lepiej Wysokie koszty popełnionych błędów we wstępnych fazach, a szczególnie w fazie modelowania

48 Dlaczego tego typu narzędzia nie cieszą się dużą popularnością ?Wiele narzędzi CASE jest zorientowanych na bardzo specyficzne podejście do tworzenia oprogramowania Wysokie koszty (licencje, szkolenia, itp.) Nie spełniają często nierealnych wymagań użytkowników

49 PVF – Property Verification FrameworkWspiera wykrywanie błędów w modelach UML Użytkownik ma możliwość sprawdzenia modelu pod względem pożądanych właściwości Jednostki sprawdzające wykorzystują predefiniowany zbiór właściwości, które ma spełniać model Generowane są sugestie, które mogą pomóc w wyeliminowaniu ewentualnych błędów Jedną z najważniejszych cech PVF jest jego modularna budowa, umożliwiająca jego włączanie do istniejących już narzędzi CASE

50 Zakładane ulepszenia PVFZaimplementowanie właściwości, które jeszcze nie są zaimplementowane Zidentyfikowanie nowych właściwości dla map stanów Ulepszenie interfejsu użytkownika, tworzenie raportów w postaci HTML

51 Projekt RIVIERA Projekt RIVIERA ma za zadanie stworzenie struktury umożliwiającej tworzenie narzędzi CASE Trzy główne cele projektu: Służyć jako środowisko do symulacji i przetwarzania modeli Wspomóc weryfikacje własności modelu Dostarczyć środowiska umożliwiające transformacje pod wpływem pewnych sugestii

52 Krótka charakterystyka wybranych narzędzi CASEI-Logix Raphsody I-Logix Statement Magnum Together PhD DMS Visual Paradigm for UML Community Edition 3.1 Metamill 3.1 Visual UML CASE Tool Rational Rose Argo

53 I-Logix Raphsody Umożliwia tworzenie współbieżnych regionówPozwala na sprawdzenie wielu ciekawych właściwości np. takich jak: tworzenie pętli (livelocks), izolowanych stanów Niestety wiele interesujących własności nie może być zweryfikowanych przy użyciu tego narzędzia Generowany kod XMI nie jest do końca zgodny z innymi narzędziami

54 I-Logix Statement MagnumWykorzystuje kombinacje tradycyjnych notacji graficznych w połączeniu z niektórymi diagramami UML Możliwość symulacji nieukończonych modeli Możliwość generowania kodu i dokumentacji z modelu Umożliwia specyfikowanie współbieżnych stanów Współpracuje z mapami stanów Harel’a, które nie są identyczne z mapami UML

55 Together Potężne środowisko wspierające tworzenie modeli UML i generowanie kodu Dostarcza wielu udogodnień Dodanie klasy do diagramu, sprawia, że natychmiast pojawia się w kodzie Możliwość analizowania tworzonych modeli przy użyciu wbudowanych komponentów metrycznych Nie ma możliwości definiowania stanów współbieżnych

56 Teza PhD Wysunięta przez Porres’a Translacja do języka PROMELAUżycie modelu sprawdzającego SPIN Możliwe tłumaczenie rezultatu SPIN do diagramu sekwencji UML

57 The DMS Software Reenginering ToolkitNarzędzie umożliwiające automatyczną analizę programu, jego modyfikacje W skład zestawu narzędzi wchodzą między innymi: kompilator, parser, analizator semantyczny Stworzony do pracy z systemami zawierającymi kilka milionów linii kodu źródłowego poprzez dziesiątki tysięcy plików źródłowych

58 Visual Paradigm for UML Community Edition 3.1

59 Sprawdzanie składni projektuSytuacje jakie zostaną wyłapane przez kontrolera składni: wielokrotne dziedziczenie klasa realizuje inny interfejs interfejs rozszerza klasę A class is set to be final and interface at the same time.

60

61 Sprawdzanie składni klasy

62 Automatyczna generacja kodu projektu

63 Automatyczna generacja kodu projektu

64 VPUML – weryfikacja modeluInżynieria wsteczna Istniej możliwość tworzenia modelu UML z kodu źródłowego, jak również wprowadzając zmiany do wcześniej automatycznie generowanego kodu. VPUML – weryfikacja modelu Dostarcza możliwość sprawdzenia modelu pod kontem zgodności ze specyfikacją składni UML.

65 Metamill 3.1 Visual UML CASE ToolMetamill jest narzędziem do wizualnego modelowania oprogramowania. Wspiera wszystkie diagramy UML. Posiada opcję automatycznej generacji kodu C++, ANSI C, Java oraz C#. Metamill jest prostym narzędziem dającym możliwość tworzenia projektu systemu, nie daje jednak żadnych możliwości sprawdzania poprawności modelu. Automatyczna generacja kodu, jak i inżynieria wsteczna używa specjalnych znaczników wewnątrz których kod nie jest zmieniany.

66

67 RationalRose Sprawdzanie składni:- zapobieganie pętlom w dziedziczeniu - naruszenia dostępu klas - detekcja rozbieżności pomiędzy klasą, a obiektem - detekcja rozbieżności pomiędzy komunikatami, a operacjami Automatyczna generacja kodu Inżynieria wsteczna Automatyczna generacja IDL oraz DDL

68 Rational: Weryfikacja modelu CheckModel - sprawdza zgodność modelu wynik zapisany w Log

69 Weryfikacja diagramów współdziałania - wskazuje operacje bez dołączonego komunikatu

70 Weryfikacja diagramów współdziałania - wskazuje obiekty bez wyspecyfikowanej klasy

71 Weryfikacja diagramów klas - wskazuje naruszenia dostępu pomiędzy klasami z różnych pakietów (przy braku relacji importu pomiędzy pakietami)

72 Rational ma jednak wady.Pozwala na tworzenie modeli niepoprawnych. Np. tworzenie tranzycji ze stanu początkowego z różnymi stereotypami, lub wyrażeniami. Generacja kodu klasy pakietu modułu Komponentu W kodzie wprowadzone znaczniki ograniczające działanie automatu do obszarów poza nimi.

73 Argo open source Java sprawdza model (to do), krytykujegeneruje kod źródłowy (brak inżynierii wstecznej) Java, C++, Php, C#

74 Argo Sprawdza model podając wskazówki co należy jeszcze zrobić zważając na podstawowe zasady modelowania Np. dodawanie nazw do nie nazwanych elementów, stanów początkowych, asocjacji, sugestie klasyfikowane Jednakże: umożliwia tworzenie błędnych modeli, np. dwa stany początkowe podpisanie wyrażeniem tranzycji wychodzącej ze stanu początkowego pętle w dziedziczeniu