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Modellierung SysML und TopCased Praxisbericht

| Redakteur: Martina Hafner

Funktionale und statische Gesichtspunkte lassen sich im Softwareengineering mit UML modellieren. Eine Erweiterung zur SysML beschreibt hardwarenahe Aspekte. Ein Praxisbericht von voltwerk zu SysML und der freien Software TopCased.

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Statusautomat: Für die Entwicklung des Sol-ion, einem Systems zur Verbesserung des Eigenverbrauchs von Solarstorm, setzte voltwerk SysML und das freie Tool TopCased ein. (Bild: Voltwerk)
Statusautomat: Für die Entwicklung des Sol-ion, einem Systems zur Verbesserung des Eigenverbrauchs von Solarstorm, setzte voltwerk SysML und das freie Tool TopCased ein. (Bild: Voltwerk)

Die Entwicklung von vernetzt arbeitenden Soft- und Hardwaresystemen erfordert ein hohes Maß verbindlicher und transparenter Kommunikation. Sind die beteiligten Partner räumlich, zeitlich oder organisatorisch voneinander getrennt, kann der aktuelle Entwicklungsstand oftmals nur unvollständig zeitnah verfügbar gemacht werden.

Ein Lösungsweg ist der Einsatz von Modellierungs- und Simulationsumgebungungen, wie Matlab/Simulink oder LabView. Bei diesen Werkzeugen wird eine graphische Darstellung verwendet, die im Idealfall direkt ausführbar ist. Leider beschränkt sich ihre Anwendung auf funktionale Aspekte. Für andere Aspekte der Systeme erweisen sich diese Tools als ungeeignet.

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SysML und TopCased

Die voltwerk electronics verwendet in verschiedenen Entwicklungsprojekten erfolgreich SysML mit dem freien Tool TopCased, um die Entwicklung zu dokumentieren. SysML kann zur Verbesserung der Kommunikation in Entwicklungsprojekten erheblich beitragen.Die Verwendung von SysML erlaubt eine gleichzeitige Spezifikation und Dokumentation der Entwicklung von Hard- und Softwaresystemen.

Ein alternativer Lösungsweg hat sich im Softwareengineering etabliert. Für die Beschreibung von Software wurde in den 90er Jahren die Unifying Modelling Language, kurz UML, entwickelt. Diese Sprache erlaubt es, Komponenten unter funktionalen und statischen Gesichtspunkten zu modellieren. Mit der Erweiterung zur SysML (System modelling language), werden Sichten und Diagramme zur Verfügung gestellt, um hardwarenahe Aspekte beschreiben zu können.

Entwicklung des Sol-Ion mit SysML und TopCased

Die voltwerk electronics GmbH stellt elektronische Komponenten für den Betrieb und die Überwachung von Solarstromanlagen her. Seit zwei Jahren wird in verschiedenen Entwicklungsprojekten SysML zur Modellierung und Dokumentation erfolgreich angewandt. Als Tool wird die freie Software TopCased (Toolkit in OPen-source for Critical Applications & SystEms Development) verwendet.

Dieses Tool unterstützt den gesamten Entwicklungsprozess von sicherheitsrelevanten Embedded Systemen. Dabei wird der Prozess von unterschiedlichen Werkzeugen unterstützt: Modellierungstools (darunter SysML), Code- und Textgeneratoren, Simulations- und Anforderungsmanagementtools.

Im Rahmen des Sol-ion Projektes, einem vom BMU geförderten Projekt, erarbeiten Institute, wie ZSW, RWTH Aachen und das Frauenhofer IWES, und verschiedene Industriepartner wie voltwerk electronics, Saft Batterien und Tenesol ein System zur Verbesserung des Eigenverbrauches von Solarstrom auf Basis von Lithium-Ionen-Akkus. Zur Modellierung und Dokumentation wurde SysML verwendet.

Anstatt eines Pflichtenheftes kam SysML zum Einsatz

Bild 2a: Im Modell werden die Entitäten angelegt
Bild 2a: Im Modell werden die Entitäten angelegt
Am Anfang des Projektes stand ein Lastenheft. Die Anforderungen konnten in Top-Cased schnell eingebunden werden. Unterstützt werden auch in Excel geschriebene Anforderungsdokumente. Danach wurde anstelle eines Pflichtenhefts SysML zur Modellierung verwendet. Zunächst wurden die Komponenten und ihre Beziehungen zueinander beschrieben.

Bild 2b: Mit einem Deployment-Diagramm lassen sich die verschiedenen Komponenten mit ihren Schnittstellen darstellen
Bild 2b: Mit einem Deployment-Diagramm lassen sich die verschiedenen Komponenten mit ihren Schnittstellen darstellen
Das Deploymentdiagramm stellt diese dar. Auch Subkomponenten, wie die Stromversorgung („Powersupply“), die Teil des Batterieladeregler „Battery-Converters“ ist, können so lokalisiert werden.

Diese Darstellung erlaubte den Projektbeteiligten ein gemeinsames Verständnis für das System. Unterschiedliche Sichten und der wachsende Detaillierungsgrad boten eine Diskussionsgrundlage für das Team. Interaktiv konnten Änderungen vorgenommen und neue Ideen verfolgt werden. Da im Modell einzelne Komponenten miteinander in Bezug gesetzt wurden, vereinfacht sich die Diskussion. Die Struktur des Systems war transparent und greifbar.

Bild 3: In der statischen Sicht können einzelne Komponenten und Informationsflüsse modelliert werden
Bild 3: In der statischen Sicht können einzelne Komponenten und Informationsflüsse modelliert werden
Bild 3 zeigt beispielsweise, wie die Controlboards des Energiemanagementsystem („EMS“), Stringinverters („SI“) und BatteryConverters („BC“) miteinander über CAN kommunizieren. Die Protokollspezifikation („Flowspezification“) ist mit dem aktuellen Dokument verlinkt. So konnte zu den entsprechenden Informationen navigiert werden.

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