組込みシステムの外部環境分析のためのUMLプロファイル

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1 組込みシステムの外部環境分析のためのUMLプロファイル
瀬戸敏喜，金川太俊，鵜林尚靖（九工大）， 鷲見毅，平山雅之（東芝） 2007/3/16

2 発表内容 研究の背景 外部環境記述用UMLプロファイル 支援ツール まとめ 組込みシステムの現状 組込みシステムの特徴
組込みシステムの不具合検出 外部環境記述用UMLプロファイル 通常のUML表記の問題点 外部環境記述用UMLプロファイルの利点 外部環境記述用UMLプロファイルの概要 ステレオタイプ定義 OCLによる制約の定義 支援ツール 拡張可能なUMLモデルエディタ まとめ 2007/3/16

3 組込みシステムの現状 組込みシステムの特徴 組込みシステムの不具合検出
研究の背景 組込みシステムの現状 組込みシステムの特徴 組込みシステムの不具合検出 2007/3/16

4 組込みシステムの現状 組込みシステムの品質に対する要求の高まり しかし… 開発段階における組込みシステムの不具合の検出が困難 なぜなら…
システム外部の要素も考慮する必要があるが， 手法等によるサポートが不十分なため困難な状況にある したがって… システム外部の要素を考慮した分析手法が必要 2007/3/16

5 組込みシステムの特徴 組込みシステム： センサやアクチュエータを介してシステム外部（外部環境）と関係を持つ． →外部環境を考慮する必要．
入力 センサ ソフトウェア 外部環境 出力 アクチュエータ ライントレーサ 入力 ライン 光センサ ソフトウェア 進行方向 出力 ステアモータ ライントレーサ: 地面に引かれたラインに沿って走行する自律走行ロボット 出力 ドライブモータ 車体速度 2007/3/16

6 外部環境に起因する 組込みシステムの不具合
組込みシステムの不具合検出 外部環境に起因する 組込みシステムの不具合 ライントレーサの不具合の例： 筐体の周囲の光（環境光）が（カメラのフラッシュなどで）強くなることでラインとの位置関係（ライン上か否か）を誤認識する． 組込みシステムの 動作検証 外部環境モデル 本発表の目的： 外部環境モデルを厳密に記述するための UMLプロファイルの提案． 外部環境分析 組込みシステムへの要望 2007/3/16

7 外部環境記述用UMLプロファイル 通常のUML表記の問題点 外部環境記述用UMLプロファイルの利点 外部環境記述用UMLプロファイルの概要
ステレオタイプ定義 OCLによる制約の定義 2007/3/16

8 通常のUML表記の問題点 外部環境モデルに含ませる情報が定まっていない 完全に記述者の判断に任される 情報の不足したモデルになる可能性もある
この場合，不具合の検出で不都合が生じる 環境光 光センサ 地面からの反射光 光センサの状態が，環境光の影響で変化した場合と，地面からの反射光の影響で変化した場合とで違いが分からない． 通常のUML表記の例 2007/3/16

9 外部環境記述用UMLプロファイルの利点 外部環境モデルに含ませるべき情報が明確になる オブジェクトが属する分類 オブジェクト間の関連の意味
<<Context>> 環境光 <<Noise>> <<Hardware>> 光センサ <<Context>> 地面からの反射光 <<Observe>> 光センサの状態が，環境光の影響で変化した場合と，地面からの反射光の影響で変化した場合とで意味が違うことが分かる． UMLプロファイルを用いた例 2007/3/16

10 外部環境記述用UMLプロファイルの概要 UMLプロファイルとは，UMLを拡張するためのメカニズム 外部環境記述用UMLプロファイルの目的
以下の3項目を定義 オブジェクトの分類 オブジェクト間の関連 これらに対する制約 これにより，外部環境モデルに記述すべき情報が定義されるため，外部環境の厳密な記述が可能になる． 外部環境記述用UMLプロファイルの構成 ステレオタイプ定義 OCLによる制約の定義 2007/3/16

11 ステレオタイプ定義 UMLメタモデルを拡張 以下の二つを定義 外部環境モデルに記述される要素の分類を定める オブジェクトの分類
Software Hardware Context オブジェクト間の関連 Hardware-Context間： Control，Observe，Noise Context-Context間： Transfer，Affect 2007/3/16

12 ライントレーサの記述例 システム 外部環境 <<Software>> ライントレーサ制御
<<Hardware>> 光センサ <<Noise>> <<Context>> 環境光 <<Observe>> システム <<Hardware>> ドライブモータ <<Context>> 地面からの反射光 <<Affect>> <<Hardware>> ステアモータ <<Control>> <<Transfer>> 外部環境 <<Context>> 真下の地面の色 <<Context>> 速度 <<Control>> <<Transfer>> <<Affect>> <<Context>> 進行方向 <<Context>> ラインとの位置関係 <<Affect>> 2007/3/16

13 ステレオタイプ定義によるUMLメタモデル拡張
ステレオタイプ定義（一部） 名前 拡張する要素 <<Context>> Class <<Observe>> Association 標準のUMLメタモデル（一部） <<metaclass>> Property <<metaclass>> Class <<metaclass>> Association <<Extension>> <<Extension>> <<stereotype>> Context <<stereotype>> Observe 2007/3/16

14 外部環境記述用UMLプロファイルの 拡張UMLメタモデル
ownedAttribute memberEnd association class <<metaclass>> Class <<metaclass>> Property <<metaclass>> Association 0..1 * 2..* 0..1 baseClass 1 baseAssociation 1 0..1 0..1 0..1 extensionContext extensionHardware extensionSoftware <<stereotype>> Context <<stereotype>> Hardware <<stereotype>> Software 0..1 0..1 0..1 0..1 0..1 extensionControl extensionObserve extensionNoise extensionTransfer extensionAffect <<stereotype>> Control <<stereotype>> Observe <<stereotype>> Noise <<stereotype>> Transfer <<stereotype>> Affect 2007/3/16

15 OCLによる制約の定義 ステレオタイプ定義により拡張されたUMLメタモデルを制約 以下の二つを定義
外部環境モデルに記述される要素に対する制約を定める 以下の二つを定義 オブジェクトの分類に対する制約 例：ハードウェアは，別の要素を観測もしくは制御する役割をどちらか一方だけ持つ オブジェクト間の関連に対する制約 例：観測は，ハードウェアと外部環境の要素の間の関係である 2007/3/16

16 定義したOCL記述の例 意図： ハードウェアは，別の要素を観測もしくは制御する役割をどちらか一方だけ持つ．
対象：<<Hardware>> inv: baseClass.ownedAttribute.association.extensionObserve->notEmpty() xor baseClass.ownedAttribute.association.extensionControl->notEmpty() 意図： ハードウェアは，別の要素を観測もしくは制御する役割をどちらか一方だけ持つ． 内容： <<Observe>>もしくは<<Control>>を一方だけ持つ． <<Hardware>> 光センサ <<Observe>> <<Control>> <<Context>> 地面からの反射光 <<Context>> 環境光 2007/3/16

17 OCL記述と拡張UMLメタモデルの対応関係
対象：<<Hardware>> inv: baseClass.ownedAttribute.association.extensionObserve->notEmpty() xor baseClass.ownedAttribute.association.extensionControl->notEmpty() 標準のUMLメタモデル（一部） ownedAttribute memberEnd association class <<metaclass>> Class <<metaclass>> Property <<metaclass>> Association 0..1 * 2..* 0..1 baseClass 1 baseAssociation 1 0..1 0..1 0..1 extensionContext extensionHardware extensionSoftware <<stereotype>> Context <<stereotype>> Hardware <<stereotype>> Software 0..1 0..1 0..1 0..1 0..1 extensionControl extensionObserve extensionNoise extensionTransfer extensionAffect <<stereotype>> Control <<stereotype>> Observe <<stereotype>> Noise <<stereotype>> Transfer <<stereotype>> Affect 2007/3/16

18 支援ツール 拡張可能なUMLモデルエディタ 2007/3/16

19 拡張可能なUMLモデルエディタ Eclipseプラグイン メタモデル拡張によるモデルエディタ生成機能 OCLの制約によるエラー検出
2007/3/16

20 まとめ 2007/3/16

21 まとめ 外部環境モデルの厳密な記述のためのUMLプロファイルを提案した 今後の課題
ステレオタイプにより，オブジェクトの分類とそれらの間の関連を定義 OCLにより，ステレオタイプで定義された要素の制約を定義 今後の課題 形式手法による組込みシステムの不具合検出 外部環境モデルから形式言語への変換が必要なため，その変換規則を検討する予定 ステレオタイプ定義の洗練とそれに伴う制約の修正 2007/3/16