Domain-Specific Modeling For Full Code Generation · 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 2．ドメインフレームワークの構築

”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 2011.11.16

©Fujisetubi Corp.

• イノベーションとは…

• 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

イノベーション

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）

2 ©Fujisetubi Corp.

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

課題解決のアプローチ

プロセス改善社員教育開発戦略のイノベーション


DSM SPLE 形式手法

適切なツールの効果的な使用が重要！！

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？

©Fujisetubi Corp. 4

多くの成果物を人手に頼っている

デザインに対する

コードレビュー

クオリティレビュー

要求に対する

デザインレビュー

設計に対する

テストケース

設計に対する

テストケース

コードから

設計へ

設計から

要求仕様へ

ホスト環境でのテスト実行

ターゲット環境でのテスト実行

Tier 4

Tier 5

要求仕様 Tier 1

仕様実現のための設計 Tier 2

設計に基づいた実装 (ソースコード) Tier 3

要件へのトレーサビリティ・マトリクス


Test Results

& Defects


Test Results

& Defects


Copyright © 2008 Liverpool Data Research Associates Limited


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

当たり前のこと → でも実際に機能していない？


システム化

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

Initial

Product

1st Product

Clone

2nd Product

Clone

Diagnosis & Repair

Testing

New FunctionDevelopment

再利用、できていますか？

• 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？


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

8

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！！

©Fujisetubi Corp.

• 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

アジェンダ


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

10

---------------------------------

---------------------------------

---------------------------------

ソースコードモデル

実際の機器制御はソースコード（≠モデル)

©Fujisetubi Corp.

IO/Data

Processor

Graphics

Processor

LCD

Interface

Image

Integrity

Monitor

テストドライバー

スクリプト

モデルシミュレーション

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

仕様や設計の

モデリング

自動生成コード

Copyright © 2008 T-VEC Technologies, Inc.

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


http://www.mathworks.com/products/simulink/simulink_image.shtml

Simulink + LDRA Testbed


要件トレーサビリティ

• IEC 61508、ISO 26262、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


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


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






アジェンダ


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

• 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

“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

生産性は横ばい


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


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

Domain Idea

ドメインのアイデア

Finished Product

製品化

Solv

e pr

obl

em

in d

om

ain t

erm

s Assembler アセンブラ言語にマップして実装

UMLにマップ

テンプレート生成＋追加実装

ドメインフレームワーク

DSM 言語で

モデル化

モデルをコンパイルしてコードを生成

No need

to map!

Code Cなどの高級言語にマップして実装

DSMの強みコードレベルではなく機能でモデリングする


UML Model

各分野における生産性向上の例

500 %

1000 %

750 %

600 %

900 %

500 %

600 %

0 %

100 %

200 %

300 %

400 %

500 %

600 %

700 %

800 %

900 %

1000 %

Embedded UI

applications

Mobile phone

software

Phone switch

features

Call

processing

services

Heart rate

monitor

J2EE web

application

Home

automation

Domains

Percent Increase

組込みシステムのＵＩ電話交換機機能コールプロセッ

シングサービス

J2EE Web

アプリケーションホームオートメーション携帯電話

心拍モニタ

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)


DSM環境の構築

DOMAIN-

SPECIFIC

Modeling

LANGUAGE

DOMAIN-

SPECIFIC

CODE

GENERATOR

DSM environment

DOMAIN

FRAMEWORK

21

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

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

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

©Fujisetubi Corp.

イテレーティブな進化

MetaEdit+ + Eclipse


DSM環境とIDEの統合

23


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

DSMでのモデル駆動開発

©Fujisetubi Corp.

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


Build

Code & project data

<Windows Phone 7 開発環境統合例>

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






アジェンダ


IO/Data

Processor

Graphics

Processor

LCD

Interface

Image

Integrity

Monitor

テストドライバー

スクリプト

テスト結果解析

モデル

実行環境テスト結果

（出力値）マニュアルで生成されるコード

仕様や設計の

モデリング期待出力値

自動生成される

コード


煩雑な検証作業を自動化

Page 27

モデルベース開発や形式手法

生成コードの自動検証

多くのマニュアル作業を伴う検証作業を改善！

©Fujisetubi Corp.


Step1. 表形式による仕様モデリング

Page 28 ©Fujisetubi Corp.

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 http://www.fuji-

setsu.co.jp/products/T-

VEC/ttm.html

システム仕様

表形式で仕様・設計を簡単モデル化（テストシナリオ）

あるいはSimulinkモデル


Step2. 仕様・設計モデル検査（形式手法・定理証明）

29

仕様の不備を検知 → 見直し・修正

エラーがなくなるまで繰り返し

©Fujisetubi Corp.

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

ターゲットテスト

IO/Data

Processor

Graphics

Processor

LCD

Interface

Image

Integrity

Monitor

ホストシミュレーション生成したテストベクタを

使用して検証


T-VECでの不具合発見 Simulink 例


T-VECでの不具合発見 Simulink 例


fy

0.00E+00

2.00E+00

4.00E+00

6.00E+00

8.00E+00

1.00E+01

1.20E+01

0.00E+00 5.00E-01 1.00E+00 1.50E+00 2.00E+00 2.50E+00 3.00E+00 3.50E+00 4.00E+00 4.50E+00

fy

fy

0.00E+00

5.00E-01

1.00E+00

1.50E+00

2.00E+00

2.50E+00

3.00E+00

3.50E+00

0.00E+00 2.00E-01 4.00E-01 6.00E-01 8.00E-01 1.00E+00 1.20E+00 1.40E+00 1.60E+00 1.80E+00 2.00E+00

fy

fy

0.00E+00

5.00E-01

1.00E+00

1.50E+00

2.00E+00

2.50E+00

3.00E+00

3.50E+00

0.00E+00 2.00E-01 4.00E-01 6.00E-01 8.00E-01 1.00E+00 1.20E+00 1.40E+00 1.60E+00 1.80E+00 2.00E+00

fy

relational_constraint hierarchical_model_non_linear

non_linear_relation Satisfiable

Region

Outside

Region

モデル検査済み仕様・設計からのテスト自動生成

33

IO/Data

Processor

Graphics

Processor

LCD

Interface

Image

Integrity

Monitor

テストベクタ、

ドライバ自動生成

モデル検証

モデルカバレッジ

テスト結果解析

モデル形式的

仕様記述

実行環境

テスト結果


ハンドコード

仕様や設計の

モデリング

モデルの

自動変換 T-VEC


形式手法/ モデル駆動開発

©Fujisetubi Corp.


T-VECとDSMとの統合（BAE社の例）

34

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, 2009

T-VEC VGS TTM

Flight Control domain-Specific Language (FCSL)

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 # N00178-07-C-2011.

©Fujisetubi Corp.

MetaEdit+ + T-VEC

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

35

T-VEC VGS TTM MetaEdit+

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

©Fujisetubi Corp.

picture/metaedit_model.JPG





アジェンダ


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


アプリケーションエンジニアリングで

資産を再利用

ドメインエンジニアリング

解決空間問題空間

フィーチャ群と

関係性（依存や排他）ファミリーの資産

単一バリアントの機能バリアント

分離して管理

SPLE 戦略：関心事の分離


Production Plan

Family Model

資産コードなどファミリー部品の整理

解決空間

Variant Realization

バリアントを自動生成

Feature Model

フィーチャーとリレーションの定義

問題空間

機能と資産の

マッピング

モデル化

Variant Model

バリアントに必要なフィーチャーを選択

機能の再利用

SPLE：バリアント管理ツール

Page 39

資産の再利用

選択機能からの

資産集合生成

©Fujisetubi Corp.

pure::variants + MetaEdit+

40

ソースコード TTM記述

自動生成

時計モデルファミリー時計モデル

©Fujisetubi Corp.

pure::variantsと開発支援ツールの統合

要件管理

MKS Requirements

Borland Caliber RM

Telelogic DOORS

デザインツール

Simulink

openArchitectureWare

Rational SW. Architect

Rhapsody

Artisan Studio

Enterprise Architect.

構成管理

MKS Source

Rational ClearCase

CVS

Subversion

...

変更・バグ管理

MKS Integrity

Rational ClearQuest

Atlassian JIRA

Bugzilla

Softtest

プロダクトライン・ライフサイクル・マネジメントを支援

あらゆるツールを統合


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


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：072-252-2128 http://www.fuji-setsu.co.jp

Documents

Domain-Specific Modeling For Full Code Generation · 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 2．ドメインフレームワークの構築

Domain-Specific Modeling For Full Code Generation · 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 2．ドメインフレームワークの構築