UML basierte Zeitmodellierung für eingebettete Echtzeitsysteme Wassil Dimitrow, Mathias Sporer, Wolfram Hardt Professur Technische Informatik, Fakultät für Informatik Technische Universität Chemnitz, D -09107 Chemnitz, Germany mailto: hardt@cs.tu-chemnitz.de http://www.tu-chemnitz.de/informatik Telefon: +49 371 531-1469 Abstract: Es wird eine Methodik zur modellbasierten Spezifikation und Analyse des Zeitverhaltens eines Systems mit UML (Unified Modeling Language) vorgestellt. Die erforderlichen Eigenschaften werden durch die Stereotypen und Tags des Profile for Schedulability, Performance and Time (SPT) beschrieben. Als Eingangsinformation dient das UML-Modell des zu entwerfenden Systems. Die Analyse liefert eine Aussage über die Einhaltung von Zeitconstraints als Ganzes. Bei Verletzungen erfolgen elementbezogene Kommentare. Damit wird mit standardisierten Mitteln eine Analyse des zeitbezogenen Systemverhaltens vor den Partitionierungsentscheidungen möglich. Die Modellierung erfolgt im Tool Real-time Studio (RtS) der Firma Artisan Software Tools, Inc. 1. Einführung Eingebettete Echtzeitsysteme werden meist als Mix von Hardware- (HW) und Softwarefunktionalität (SW) realisiert. Beim Entwurf sind sowohl funktionale Anforderungen als auch nichtfunktionale zeitbezogene Einschränkungen zu berücksichtigen. Für den SW- bzw. HW-Teil werden spezifische Entwurfsmethoden und Tools genutzt. Bei dieser Herangehensweise wird das Zeitverhalten erst in der Implementierungsphase überprüft und bei Problemen der Designprozess wiederholt. Implementierungsunabhängige Performancemodelle wurden z.B. mit PDL (Performance Description Language) [PDL 96] erstellt und analysiert. Dabei geht es um eine spezielle Sprache, die zusätzlichen Einarbeitungsaufwand erfordert. Dagegen erfolgt bei der UML-basierten Modellierung des Systems parallel zur Erfassung der funktionalen Anforderungen auch die Spezifikation der zeitbezogenen Einschränkungen bzw. zeitrelevanten Eigenschaften und ihre Werte durch entsprechende standardisierte Stereotypen und Tags des RealTime Profils. Damit wird das Modell auf der höchsten Abstraktionsebene noch vor der Entscheidung, ob die Funktionalität in HW oder SW realisiert wird, auf die zeitbezogene Performanceanalyse vorbereitet. Der Soll-Ist Vergleich zwischen Einschränkungs- und Verhaltensattributwerten innerhalb des Modells liefert als Ergebnis eine Aussage über Einhaltung der vorgegebenen Zeiteinschränkungen oder Identifikation der Stellen im Modell, die zu Problemen führen. Dadurch können durch Modelchecking und darauf bezogene Zeitanalyse verschiedene Designvarianten auf ihre Grobfunktionalität und Zeitverhalten szenariobasiert in der frühen Entwurfsphase überprüft und notwendige Änderungen vorgenommen werden, bevor es zur Implementierung und Testung kommt. Die vorgestellte Methode ist eine sinnvolle Ergänzung des Entwurfsprozesses, die den Designer bereits in einem frühen Stadium auf die Einhaltung der Zeitanforderungen hinweist. Der Entwurfsprozess eingebetteter Systeme kann mit dem Y-Modell von Prof. Gajski beschrieben werden. In [WH 00], SS. 47 - 49 gibt Prof. Hardt die P-Chart Charakterisierung der Entwurfsebenen und Sichten. Das hier vorgeschlagene Konzept mit kausaler Zeitmodellierung betrifft die System- und algorithmische Ebene als Vorstufe des HW/SW Codesigns. 1