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Bibliographic Metadata

Title
A model-driven software construction approach for cyber-physical systems / Uwe Pohlmann ; Referee: Prof. Dr. Matthias Tichy, Prof. Dr. Gregor Engels
AuthorPohlmann, Uwe
ParticipantsTichy, Matthias ; Engels, Gregor
PublishedPaderborn, 2018
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (XII, 323 Seiten) : Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2018
Annotation
Tag der Verteidigung: 16.02.2018
Defended on2018-02-16
LanguageEnglish
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-30659 
DOI10.17619/UNIPB/1-313 
Files
A model-driven software construction approach for cyber-physical systems [8.3 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

Informatiker realisieren innovative Funktionen von cyber-physischen Systemen durch die Vernetzung von autarken Systemen. Die Entwicklung dieser Systeme wird schwieriger, weil die Menge an sicherheitskritischer Software, die Heterogenität der verwendeten Plattformen und der Vernetzungsgrad ansteigen. Jedoch bedienen existierende modellgetriebene Methoden die Entwicklungsherausforderungen nicht effizient genug, da diese sich typischerweise auf den formalen Entwurf und die Verifizierung von Sicherheits- und Echtzeiteigenschaften fokussieren. Sie beantworten nicht die Frage wie die Systemsicherheit im Verlauf der folgenden Konstruktionsschritte beibehalten werden kann. In dieser Dissertation fokussiere ich mich auf die Konstruktionsschritte Validierung der Systemintegration, Zuordnung von Systemressourcen und auf die Implementierung. Ich stelle einen durchgängig modellgetriebenen Ansatz vor. Dieser beinhaltet Verfahren für die Systemintegrationsvalidierung mittels „Model-in-the-Loop“ Simulation, die automatische Softwareverteilung und die generative Softwarekonstruktion. Der Ansatz stellt die Systemsicherheit in Bezug auf systematische Fehler sicher. Er ermöglicht Entwurfs- und Implementierungsfehler zu entdecken und zu vermeiden. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Systeme verbessert und eine effiziente Entwicklung ermöglicht. Zur Evaluierung des Ansatzes stelle ich eine integrierte Entwicklungsumgebung bereit und führe verschiedene Fallstudien durch. Die Evaluierung zeigt die effektive und im Vergleich zum Stand der Technik effizientere Anwendung von (1) der „Model-in-the-Loop“ Simulation im Kontext eines virtuellen Prototyps, (2) der Spezifikation von Allokationsbeschränkungen und der automatisierten Allokationsplanung und (3) der Generierung von ausführbaren Programmen für heterogene, verteilte, vernetzte eingebettete Plattformen.

Abstract (English)

Software engineers realize innovative functionality in cyber-physical systems by connecting independent systems. The development of these systems becomes more challenging because the systems complexity, the amount of the safety-critical software, the heterogeneity of the underlying platforms, and the connectivity of the systems increase steadily. However, existing model-driven methods do not cover the different engineers concerns efficiently during the different development tasks because these focus on the formal design and the verification of safety and real-time properties. Though, the question how to retain the systems' safety during following construction tasks remains open. This thesis focuses on the construction tasks: physical system integration validation, resource allocation, and the implementation. It presents a highly automated end-to-end model-driven approach for the development of interacting cyber-physical systems that are realized on heterogeneous, distributed platforms. The approach covers the validation of the system integration via model-in-the-loop simulation, constraint-driven software to hardware allocation, and generative software construction. Consequently, the approach retains the system's safety with respect to systematic errors. It enables engineers to detect and avoid design and implementation flaws. Thereby, it improves the reliability of systems. It enables an efficient seamless development. This thesis evaluates the approach by providing an integrated development environment and conducting several case studies. The evaluation shows the effective and in comparison to state of the art approaches more efficient application of: (1) the model-in-the-loop simulation in the context of virtual prototypes, (2) the allocation constraint specification and the automated allocation planning, and (3) the generation of executables for heterogeneous ...

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