Titelaufnahme

Titel
Component based communication middleware for AUTOSAR / Dietmar Schreiner
Verfasser / Verfasserin Schreiner, Dietmar
Begutachter / BegutachterinJazayeri, Mehdi ; Aßmann, Uwe
Erschienen2009
UmfangIX, 138 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2009
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Komponente / Middleware / AUTOSAR / Modell / CBSE / MDA
Schlagwörter (EN)component / middleware / AUTOSAR / model / CBSE / MDA
Schlagwörter (GND)Kraftfahrzeug / Softwareentwicklung / Middleware / Komponente <Software> / Kommunikationssystem
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-32301 Persistent Identifier (URN)
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Component based communication middleware for AUTOSAR [1.71 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Aufgrund ständig wachsender Anforderungen und innovativer Neuerungen im Automobilbereich haben sich automotive Elektroniksysteme innerhalb der letzten Jahre zu komplexen, verteilten Echt-Zeit-Systemen entwickelt. Um der daraus resultierenden Kostenschere zwischen steigender Komplexität und vertretbarem Entwicklungsaufwand entgegenzuwirken, legt der junge Industriestandard AUTOSAR Komponentenbasierte Software-Entwicklung (CBSE) als Methodik für zukünftige automotive Anwendungen fest.

Durch den Einsatz des Komponentenparadigmas auf Applikationsebene wird eine klare Aufgabentrennung innerhalb automotiver Software festgelegt:

Anwendungen werden aus wiederverwendbaren und austauschbaren Bausteinen, den Software-Komponenten, zusammengesetzt, deren Implementierung nur anwendungsspezifische Funktionalität enthält. Infrastrukturelle Funktionalität wird durch standardisierte Komponenten-Middleware, der AUTOSAR Basic Software und dem AUTOSAR Run-Time Environment, realisiert, und den Software-Komponenten zur Verfügung gestellt. Die so gewählte Architektur soll zu einer Steigerung der Wiederverwendbarkeit, Wartbarkeit und Qualität automotiver Software, und daher zu einer Eindämmung von Kosten und Entwicklungszeit führen.

Die vom AUTOSAR Standard definierte Middleware ist allerdings als Schichtenarchitektur spezifiziert, die nur im Groben an Anwendungsanforderungen angepasst werden kann. Häufig ist daher ungenutzte Funktionalität in eingesetzter Middleware enthalten, und trägt dazu bei, dass herkömmliche AUTOSAR konforme Komponenten-Middleware oft überdimensioniert und verschwenderisch im Umgang mit verfügbaren Ressourcen ist. Diese Tatsache stellt gerade im Bereich von ressourcenbeschränkten automotiven eingebetteten Systemen eine Schwäche des AUTOSAR Standards dar.

Die vorliegende Dissertation trägt zur Entschärfung der Middleware-Problematik in AUTOSAR bei, indem sie den Einsatzbereich von CBSE über die Anwendungsschicht hinaus auf die Komponenten-Middleware, im speziellen auf das Kommunikationssubsystem, ausdehnt.

Dazu wird in einem ersten Schritt gezeigt, wie die schichtenbasierte Architektur der AUTOSAR Middleware durch eine komponentenbasierte ersetzt werden kann. Die vorgeschlagene komponentenbasierte Architektur wird mittels einer statischen Analyse, der Kohäsionsanalyse, aus einer herkömmlichen industriellen Implementierung extrahiert, und bietet bei größerer Flexibilität vollwertigen, standardkonformen Ersatz für diese.

Zusätzlich werden auf unterschiedliche Anwendungsfälle hin optimierte Implementierungsvarianten der errechneten Middleware-Komponentenklassen definiert, durch deren Einsatz maßgeschneiderte, komponentenbasierte Middleware erzeugt werden kann.

In einem zweiten Schritt wird eine Modell-Transformation, die Konnektor-Transformation, für AUTOSAR Applikationsmodelle vorgestellt, die eine automatische Synthese von applikationsspezifisch optimierter Middleware bewerkstelligt. Die Konnektor-Transformation ersetzt alle Vorkommnisse von so genannten expliziten Konnektoren in plattformunabhängigen Applikationsmodellen durch Middleware-Komponentenarchitekturen, bestehend aus vorgefertigten Middleware-Komponenten. Die so generierten und dem Verteilungsszenario der Applikation entsprechenden plattformspezifischen Modelle enthalten als Ergebnis die Applikation, sowie genau jene Middleware-Funktionalität, die von der Applikation benötigt wird. Schlussendlich werden die plattformspezifischen Modelle in ausführbaren Code für jeden Systemknoten der (eventuell verteilten) Applikation transformiert.

Um die entwickelte Methodik zu evaluieren, wurde eine einfache automotive Anwendung sowohl in herkömmlicher als auch in der vorgeschlagenen Art und Weise entwickelt. Wie Messungen zeigen, weist die synthetisierte Kommunikationsmiddleware eine eindeutige Verbesserung im Bezug auf Programmgröße und Prozessorlast auf: Synthetisierte Middleware ist bezüglich ihres Programmspeicherbedarfs um bis zu 30% kleiner, und benötigt um bis zu 10% weniger Ausführungszeit, als herkömmliche AUTOSAR Kommunikationsmiddleware.

Zusammenfassung (Englisch)

Driven by steadily increasing requirements of innovative applications, automotive electronics has evolved into highly dependable, distributed, real-time embedded systems. To close the rising gap between increasing complexity and affordable costs, the upcoming automotive software standard AUTOSAR constitutes component based software engineering (CBSE) as development methodology for future automotive applications. CBSE introduces a clear separation of concerns into AUTOSAR's system architecture: Any application is built from reusable and exchangeable so called Software Components that deal with business logic only, whereas standardized infrastructural services are provided by component middleware-the AUTOSAR Basic Software and the AUTOSAR Run-Time Environment. This design leads to an increase in reusability, maintainability, and application quality, and hence to a reduction of costs and time-to-market. However, AUTOSAR component middleware is specified as layered software architecture that is customizable on a coarse-grained level only, and thus tends to be heavy-weight and impractical in resource constrained embedded systems.

This thesis contributes by extending the scope of CBSE within AUTOSAR beyond the application layer to the component middleware, especially to its communication subsystem. In a first step, the layered AUTOSAR middleware architecture is replaced by a component based design that is extracted from an existing layered reference implementation by static analysis-the Cohesion Analysis. The proposed component based communication middleware completely resembles the standard's functionality, but is more flexible in terms of application specific customization. In addition, use-case based variants of identified component classes are defined to enable improved middleware optimization. In a second step, a model transformation for AUTOSAR application models is specified that enables automatic middleware synthesis in line with the AUTOSAR methodology. The Connector Transformation injects middleware component architectures in place of all explicit connectors within the application models. Thereby, platform-specific models for each system node are generated, which completely and solely reflect the application's middleware requirements.

To evaluate the proposed approach, it is applied to a simple automotive application. The hereby gained synthesized communication middleware shows an improvement of nearly 30% with respect to its memory footprint and a reduction in CPU usage of up to 10% compared to its conventional counterpart.

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