Domain-Specific Modeling For Full Code Generation

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れいがさかいざわ
4 years ago
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1 もしも組込みシステム開発者がドラッガーのプロジェクトを成功に導くイノベーション Embedded Technology

イノベーションイノベーションとは物事の新機軸新しい切り口新しい捉え方新しい活用法 ( を創造する行為 ) のこと新しい技術の発明だけではなく新しいアイデアから社会的意義のある新たな価値を創造し社会的に大きな変化をもたらす自発的な人組織社会の幅広い変革であるつまり

2 イノベーションイノベーションとは物事の新機軸新しい切り口新しい捉え方新しい活用法 ( を創造する行為 ) のこと新しい技術の発明だけではなく新しいアイデアから社会的意義のある新たな価値を創造し社会的に大きな変化をもたらす自発的な人組織社会の幅広い変革であるつまりそれまでのモノ仕組みなどに対して全く新しい技術や考え方を取り入れて新たな価値を生み出し社会的に大きな変化を起こすことを指す (Wikipedia より ) 従来の考え方に囚われず新しい方法にチャレンジする勇気が必要開発支援ツールの導入とツール連携による開発効率化労働集約型から知識集約型へ 2

大きな変化を起こすイノベーションが必要だそこで ET2010 で紹介した形式手法ドメインスペシフィックモデリング

3 本セッションの概要曖昧な要件コピーに頼った差分開発大規模複雑化など複合的な課題に直面している組込みシステム開発はもはや開発者の真摯な取り組みだけでは成り立たない新しい技術や考え方を取り入れて新たな価値を生み出し大きな変化を起こすイノベーションが必要だそこで ET2010 で紹介した形式手法ドメインスペシフィックモデリングソフトウエアプロダクトライン開発支援ツールの実践的な活用や融合について紹介するプロセス改善課題解決のアプローチ開発戦略のイノベーション DSM SPLE 形式手法社員教育適切なツールの効果的な使用が重要!! 3

4 なぜ曖昧な要件コピーに頼った差分開発大規模複雑化が問題なのか? 4

5 多くの成果物を人手に頼っている Tier 1 要求仕様設計から要求仕様へ Tier 2 要件へのトレーサビリティマトリクス仕様実現のための設計要求に対するデザインレビューコードから設計へ Tier 3 要件へのトレーサビリティマトリクス設計に基づいた実装 ( ソースコード ) デザインに対するコードレビュークオリティレビュー Test Results & Defects 要件へのトレーサビリティマトリクス Tier 4 ホスト環境でのテスト実行設計に対するテストケース Test Results & Defects 要件へのトレーサビリティマトリクス Tier 5 ターゲット環境でのテスト実行設計に対するテストケース Copyright 2008 Liverpool Data Research Associates Limited 5

6 再利用の促進 ~ 組込みシステム開発のイノベーション ~ 自動化手作業の削減によるミスの防止生産性の向上知識集約型の開発知的資産の整理資産の継続的改良システム化当たり前のことでも実際に機能していない? 6

7 再利用できていますか? 120% 100% 80% 60% 40% Diagnosis & Repair Testing 20% 0% Initial Product 1st Product Clone 2nd Product Clone New Function Development バージョンアップ時に 10% の新機能を追加しかしコストは 70~80% かかっている! 原因 : 依存関係が複雑でテスト検証が困難効率的な再利用ができていないのでは? 7

8 知識 / 知恵を共有していますか? 組込みソフトウェア開発にはたくさんの知識が必要ソフトウェア工学プロセス設計技術実装技術テスト技術電気電子工学ドメイン知識通信画像処理音声処理計測しかし全てのエンジニアが全ての知識を身に着けることは不可能知識の体系的な共有が不可欠! 仕組みの構築とツールの活用が重要!! 8

9 アジェンダモデル駆動開発におけるテストを自動化 DSMモデリング言語を普段使いなIDEで仕様設計モデルからテストを自動化やっぱり体系的に再利用 9

10 モデル駆動開発におけるコード検証の必要性モデル駆動開発では生産性や可読性が向上する MATLAB/Simulink UML(?) 実ターゲット動作はシミュレーションとは異なる! モデルだけの検証では不十分! コードレベルでも検証する必要がある今後スタンダード認証でも求められるようになっていきますモデルソースコード実際の機器制御はソースコード ( モデル ) 10

プログラミングスタンダードチェック単体テストカバレッジ関数コールカバレッジシステムテストカバレッジマニュアルで生成されるコード

11 モデル駆動開発環境にテスト自動化支援ツールを統合モデル駆動開発生成コード検証モデルシミュレーション仕様や設計のモデリング自動生成コードテストドライバースクリプト実行環境プログラミングスタンダードチェック単体テストカバレッジ関数コールカバレッジシステムテストカバレッジマニュアルで生成されるコード IO/Data Processor Graphics Processor Image LCD Interface Integrity Monitor 11 Copyright 2008 T-VEC Technologies, Inc.

12 Simulink + LDRA Testbed 12

13 要件トレーサビリティ IEC ISO DO178-B/C といった各種のスタンダード認証で必須項目テスト検証結果は実装コードと共に要件とのトレーサビリティを記録する必要がある要件を正しく実現しているエビデンスとなるあらゆる成果物が要件と紐付く 13

14 テストと要件の紐づけとトレーサビリティマトリクスによる可視化 14

15 要件トレーサビリティのレポートを認証機関に提出できる 15

16 アジェンダモデル駆動開発におけるテストを自動化 DSMモデリング言語を普段使いなIDEで仕様設計モデルからテストを自動化やっぱり体系的に再利用 16

ソフトウェアエンジニアリングの歴史は抽象化レベルの上昇 Grady Booch 汎用言語による生産性向上は限界 UML

17 汎用プログラミング言語ではもう生産性は上げられない The entire history of software engineering is that of the rise in levels of abstraction ソフトウェアエンジニアリングの歴史は抽象化レベルの上昇 Grady Booch 汎用言語による生産性向上は限界 UML のようなコードの視覚化でも生産性は上がらない専用の DSM なら抽象レベルを上げて生産性を向上できる 6 倍 ~10 倍の生産性生産性は横ばい 17

18 DSM DSM Domain Specific Modelingの略語特定のドメインに特化したモデリング言語高い抽象度汎用プログラミング言語の知識不要特定領域に特化した開発環境 18

19 Solve problem in domain terms DSM の強みコードレベルではなく機能でモデリングする Domain Idea アセンブラ言語にマップして実装 Assembler Finished Product C などの高級言語にマップして実装 Code UML にマップテンプレート生成 + 追加実装 UML Model ドメインのアイデア No need DSM モデルをコンパイルしてドメイン言語で to map! コードを生成モデル化フレームワークコードレベルでは無く慣れ親しんだドメインのアイデアで仕様を実装にマップ製品化 19

20 各分野における生産性向上の例 Percent Increase 1000 % 900 % 1000 % 900 % 従来の開発手法との比較 ( 主にハンドコーディングとの比較 ) 800 % 750 % 700 % 600 % 500 % 500 % 600 % 500 % 600 % 400 % 300 % 200 % 100 % 0 % Embedded UI applications 組込みシステムの UI Mobile phone software 携帯電話 Phone switch features 電話交換機機能 Call processing services コールプロセッシングサービス Heart rate monitor 心拍モニタ J2EE web application J2EE Web アプリケーション Home automation Domains ホームオートメーション 20

21 DSM 環境の構築イテレーティブな進化 DSM environment DOMAIN- SPECIFIC Modeling LANGUAGE 1. 対象ドメインのモデル化対象ドメインを記述する言語 (DSL) の定義 DOMAIN- SPECIFIC CODE GENERATOR 3. ジェネレータ開発 DSL をフレームワーク上で動作するコードに変換するツールの作成 DOMAIN FRAMEWORK 2. ドメインフレームワークの構築対象ドメインに適した基本機能の作成 21

22 MetaEdit+ + Eclipse 22

23 DSM 環境と IDE の統合 DSM でのモデル駆動開発自動生成コード IDE 連携ツール動作中のコードに対応したモデル要素の表示 23

24 DSM & IDE 連携のメリット DSM で生成したコードをシームレスに IDE で実行デバッグやテストが可能動作中に対応するモデル要素が表示されることでデバッグテスト効率が向上 Code & project data <Windows Phone 7 開発環境統合例 > Build 24

25 DSM の効果おさらい効率的なモデリング着目する対象をドメイン領域だけに制限できるモデリングのルールや制約を定義可能汎用モデリング言語のような膨大な仕様理解が不要高い再利用性生産性より低い抽象度のレイヤを隠ぺい抽象度の高いモデルから熟練者による高品質なコードを生成欠陥の未然防止コーディングミスの排除アーキテクチャ / プラットフォーム / フレームワークのルールを遵守したコード生成論理的なエラーやお粗末な設計の回避モデルチェッキング形式手法との統合 25

26 アジェンダモデル駆動開発におけるテストを自動化 DSMモデリング言語を普段使いなIDEで仕様設計モデルからテストを自動化やっぱり体系的に再利用 26

27 煩雑な検証作業を自動化モデルベース開発や形式手法多くのマニュアル作業を伴う検証作業を改善! テスト結果解析モデル生成コードの自動検証仕様や設計のモデリング期待出力値テストドライバースクリプト自動生成されるコードマニュアルで生成されるコード実行環境 IO/Data Processor Graphics Processor Image LCD Interface Integrity Monitor テスト結果 ( 出力値 ) Copyright 2008 T-VEC Technologies, Inc. Page 27

28 Step1. 表形式による仕様モデリング表形式で仕様設計を簡単モデル化 ( テストシナリオ ) システム仕様あるいは Simulink モデルデイビットパーナス博士の SCR テーブルを進化 TTM モデリング解説講座 : 連載中 ts/t- VEC/ttm.html Page 28

29 Step2. 仕様設計モデル検査 ( 形式手法定理証明 ) エラーがなくなるまで繰り返し仕様の不備を検知見直し修正 29

30 Step3. テストベクタ自動生成と検証仕様設計から得られる入力と期待値境界値分析同値分割などテスト技法を融合フローティングダブルなどあらゆるデータタイプ整数値やブーリアンだけでは無い生成したテストベクタを使用して検証ホストシミュレーション IO/Data Processor Graphics Processor LCD Interface Image Integrity Monitor ターゲットテスト 30

31 T-VEC での不具合発見 Simulink 例 31

32 T-VEC での不具合発見 Simulink 例 3.50E E+00 relational_constraint fy 3.50E E+00 fy hierarchical_model_non_linear 2.50E E E E+00 fy 2.00E E+00 fy 1.00E+00 fy 1.00E+00 Satisfiable Region 5.00E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 non_linear_relation 5.00E E E E E E E E E E E E E+00 fy Outside Region 4.00E E E E E E E E E E E E E+00 32

33 モデル検査済み仕様設計からのテスト自動生成形式手法 / モデル駆動開発テスト結果解析モデル形式的仕様記述仕様や設計のモデリングモデルの自動変換 T-VEC 自動生成コードテスト結果実行環境モデル検証モデルカバレッジテストベクタドライバ自動生成ハンドコード IO/Data Processor Graphics Processor LCD Interface Image Integrity Monitor Copyright 2008 T-VEC Technologies, Inc. 33

T-VEC と DSM との統合 (BAE 社の例 ) Flight Control domain-specific Language (FCSL) TTM T-VEC VGS Producible Adaptive Model-based Software (PAMS) technology to the development of safety critical flight

34 T-VEC と DSM との統合 (BAE 社の例 ) Flight Control domain-specific Language (FCSL) TTM T-VEC VGS Producible Adaptive Model-based Software (PAMS) technology to the development of safety critical flight control software. PAMS has been developed under the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Disruptive Manufacturing Technologies program. Contract # N C MODEL-BASED ADAPTATION OF FLIGHT-CRITICAL SYSTEMS, Sumit Ray, BAE Systems, Johnson City, New York, Gabor Karsai, Vanderbilt University, Nashville, Tenneessee, Kevin M. McNeill, BAE Systems, Arlington, Virginia, Digital Avionics Systems Conference,

35 MetaEdit+ + T-VEC MetaEdit+ TTM T-VEC VGS 1. MetaEdit+ でモデル作成 2. モデルから TTM 形式の設計記述を生成 3. T-VEC を使用して仕様検証モデル作成者は T-VEC の知識不要モデルから実装コードの生成も可能 35

36 アジェンダモデル駆動開発におけるテストを自動化 DSMモデリング言語を普段使いなIDEで仕様設計モデルからテストを自動化やっぱり体系的に再利用 36

37 ソフトウェアプロダクトライン Software Product Line Engineering(SPLE) ソフトウェア資産を特定製品 / プロジェクトではなく製品系列で再利用する開発戦略体系的な再利用により再利用効率を促進コピー & ペーストは再利用でなく流用! 蓄積したソフトウェア資産から製品を開発 37

38 SPLE 戦略 : 関心事の分離ドメインエンジニアリングフィーチャ群と関係性 ( 依存や排他 ) 分離して管理ファミリーの資産問題空間解決空間単一バリアントの機能バリアントアプリケーションエンジニアリングで資産を再利用 38

39 問題空間 SPLE: バリアント管理ツールモデル化解決空間フィーチャーとリレーションの定義 Feature Model 機能と資産のマッピング資産コードなどファミリー部品の整理 Family Model 機能の再利用 Production Plan 資産の再利用バリアントに必要なフィーチャーを選択 Variant Model 選択機能からの資産集合生成バリアントを自動生成 Variant Realization Page 39

40 pure::variants + MetaEdit+ 時計モデルファミリー時計モデル自動生成ソースコード TTM 記述 40

41 pure::variants と開発支援ツールの統合要件管理デザインツール構成管理変更バグ管理 MKS Requirements Borland Caliber RM Telelogic DOORS Simulink openarchitectureware Rational SW. Architect Rhapsody Artisan Studio MKS Source Rational ClearCase CVS Subversion MKS Integrity Rational ClearQuest Atlassian JIRA Bugzilla Enterprise Architect.... Softtest あらゆるツールを統合プロダクトラインライフサイクルマネジメントを支援 42

42 pure::variants 派生開発に活用できる唯一のバリアント管理ツール問題 / 解決空間の両モデルで関係性を管理機能間の矛盾不一致を自動検出低い導入障壁 : ツールに合わせなくて良い! 既存資産を変更することなく導入できる開発環境も既存のツールを使用できるファイル構造の仕組みに非依存でコア資産を完全に独立した部品として管理製品バリアントは制約無しに自在に生成できる複数のバリアントを同時に生成できるクライアント / サーバアーキテクチャ : マルチユーザで大規模システムにもフィット Eclipse ベース : あらゆる開発環境ツールへの統合が行える 43

43 まとめ人手に頼った開発はもう限界人工 ( 忍苦?) ではなく知識と知恵で勝負するべき開発支援ツールを人の知恵で活用することで生産性や品質を改善することができるツールには賢人の知恵と工夫が詰まっている! 賢人の知恵を再利用して効率的な開発を!! 富士設備工業株式会社電子機器事業部 TEL:

個人依存開発から組織的開発への移行事例 ~ 要求モデル定義と開発プロセスの形式化による高生産性 / 高信頼性化 ~ 三菱電機メカトロニクスソフトウエア ( 株 ) 和歌山支所岩橋正実 1

個人依存開発から組織的開発への移行事例 ~ 要求モデル定義と開発プロセスの形式化による高生産性 / 高信頼性化 ~ 三菱電機メカトロニクスソフトウエア ( 株 ) 和歌山支所岩橋正実 iwahashi@est.hi-ho.ne.jp Iwahashi.Masami@wak.msw.co.jp 1 改善効果品質 : フロントローディングが進み流出不具合 0 継続生産性 : 平均 130% 改善工数割合分析