Entwurfsorientierte Modellierung eingebetteter Systeme

Es ist allgemein anerkannt, dass das größte Potenzial zur Verbesserung der Softwarequalität und zur Optimierung der Prozesseffizienz in der frühen Phase der Software-Entwicklung liegt. In dieser Phase zielen Verfahren und Techniken des Requirements-Engineerings auf eine Systematisierung des Softwareentwurfs und auf eine proaktive Qualitätssicherung entlang des gesamten Entwicklungszyklus ab. Das Requirements-Engineering nimmt hierbei eine exponierte Schlüsselstellung ein, die stark interdisziplinär beeinflusst ist. Dieser Einfluss führt in der Praxis jedoch zu einer Vielzahl von heterogenen, unterschiedlich formalen und schwierig kombinierbaren Techniken, so dass die Definition eines integrierten Requirements-Engineering-Prozesses (REP) oftmals nicht möglich ist. In dieser Arbeit wird ein neuer, innovativer Requirements-Engineering-Prozess eingeführt, der auf eine minimale Anzahl der benutzten Verfahrensschritte und auf die Integration der eingesetzten Techniken zielt. Der Prozess der entwurfsorientierten Modellierung gibt ein strukturiertes, ingenieurmäßiges Verfahren vor, wie Anforderungen erhoben und systematisch in ein umfassendes Modell des betrachteten Systems übergeführt werden können. Der durch das Verfahren definierte Informationsfluss ist lückenlos und in allen Phasen des Prozesses nachvollziehbar. Durch die starke Ausrichtung aller Entwurfsschritte auf ein domänenspezifisches Architekturmodell werden die Konsistenz, die Eindeutigkeit und die Widerspruchsfreiheit der erhobenen Anforderungen sichergestellt. Der Prozess der entwurfsorientierten Modellierung sieht den Einsatz eines Domänenmodells als Kerntechnologie vor. Hierzu wird in dieser Arbeit die Architekturbeschreibungssprache AML (Automotive Modeling Language) definiert, die den architekturzentrierten, ganzheitlich modellbasierten Entwurf verteilter Systeme ermöglicht. Die AML ist eine präzise definierte Sprache mit formaler Semantik, die ADL-typische Konstrukte (ADL = Architecture Description Language) mit domänenspezifischen Konstrukten kombiniert, so dass der Architekturentwurf auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen unterstützt wird. Architekturmodelle der AML dienen darüber hinaus auch als Grundlage zur Bewertung von Designentscheidungen, indem sie mit nichtfunktionalen Informationen angereichert werden können. Erstmals wird in dieser Arbeit ein neuartiges Verfahren zur Definition einer modellbasierten Entwurfssprache eingesetzt. Entgegen der üblichen Praxis, die Sprachdefinition mithilfe eines Metamodells anzugeben, wird die Syntax der AML in der Modelltheorie KMScheme spezifiziert. Dadurch wird der bausteinorientierte Aufbau der AML ermöglicht und es stehen Konzepte zur Unterstützung des Produktlinienansatzes zur Verfügung. Darüber hinaus können Systemkonfigurationen explizit dargestellt und der Aufbau der Architektur kann an einem System von Abstraktionsebenen ausgerichtet werden. Alle Konzepte der Modelltheorie sind durch die Rückführung auf Konzepte der axiomatischen Mengenlehre formal fundiert und erlauben den korrekten, konsistenten und redundanzfreien Sprachentwurf modellbasierter Techniken.