A crescente demanda da indústria exige a produção de dispositivos embarcados em menos tempo e com mais funcionalidades diferentes. Isso implica diretamente no processo de desenvolvimento destes produtos requerendo novas técnicas para absorver a complexidade crescente dos projetos e para acelerar suas etapas de desenvolvimento. A linguagem UML vem sendo utilizada para absorver a complexidade do projeto de sistemas embarcados através de sua representação gráfica que torna o processo mais simples e intuitivo. Para acelerar o desenvolvimento surgiram processos que permitem, diretamente a partir modelos UML, a geração de código para linguagens de descrição de software embarcado (C, C++, Java) e para linguagens tradicionais de descrição de hardware (VHDL, Verilog). Diversos trabalhos e ferramentas comerciais foram desenvolvidos para automatizar o processo de geração de código convencional a partir de modelos UML (software). No entanto, pela complexidade da transformação existem apenas poucos trabalhos e nenhuma ferramenta comercial direcionado à geração de HDL a partir de UML, tornando este processo ainda pouco difundido. Nossa proposta é focada na geração de descrições de hardware na linguagem VHDL a partir de modelos UML de sistemas tempo-real embarcados (STRE), surgindo como alternativa ao processo de desenvolvimento de hardware. Apresenta uma metodologia completa para geração automática de código VHDL, permitindo que o comportamento descrito para o sistema modelado seja testado e validado antes de ser desenvolvido, acelerando o processo de produção de hardware e diminuindo as chances de erros de projeto. É proposto como um processo de engenharia dirigido por modelos (MDE) que cobre desde as fases de análise de requisitos e modelagem UML, até a geração de código fonte na linguagem VHDL, onde o foco é gerar na forma de descrições de hardware, todas aquelas funções lógicas de um sistema embarcado que normalmente são desenvolvidas em software. Para atingir este objetivo, foi desenvolvido neste trabalho um conjunto de regras de mapeamento que estende a funcionalidade da ferramenta GenERTiCA, utilizada como suporte ao processo. Adicionalmente, foram pesquisados e desenvolvidos conceitos que serviram como base para o desenvolvimento de regras utilizadas pela ferramenta suporte para guiar o processo de mapeamento entre as linguagens. Os conceitos e as regras propostas foram validados por meio de um estudo de caso, cujos resultados obtidos estão demonstrados nesta dissertação. / The growing market demand requires the production of embedded devices in less time and with more different features. This directly implies on the development process of these products requiring new techniques to absorb the growing complexity of projects and to accelerate their development stages. UML has been used to handle the embedded systems design complexity through its graphical representation that makes the process simpler and more intuitive. To speed up the development cycle, it has emerged some processes that permit code generating directly from UML models to embedded software description languages (C, C++, Java), and traditional hardware description languages (VHDL, Verilog). Several researches and commercial tools have been developed to automate the code generation process from UML models to conventional languages (software). However, due to the transformation complexity there are only few studies and no commercial tool addressed to HDL generation from UML models, making this process almost unknown. Our proposal is focused on generating hardware descriptions as VHDL code from UML models of real-time embedded systems (RTES), emerging as an alternative to the hardware development. It presents a complete methodology to the VHDL code generation, allowing the behavior described to the modeled system to be tested and validated before being implemented, accelerating the hardware production and decreasing the chances of design errors. It is proposed as a model-driven engineering (MDE) process that covers the phases of requirements analysis, UML modeling, models transformations, and the source code generating process to the VHDL language, where the focus is to generate as hardware descriptions all the logic functions of an embedded system which are usually developed as software. To achieve this goal, this work was developed a set of mapping rules which extends the functionality of the tool GenERTiCA, used to support the process. Additionally, it was researched and developed concepts that were the basis for the development of rules used by the tool support to guide the mapping process between languages. The concepts and proposed rules have been validated through a case study, whose results are shown in this dissertation.

A crescente demanda da indústria exige a produção de dispositivos embarcados em menos tempo e com mais funcionalidades diferentes. Isso implica diretamente no processo de desenvolvimento destes produtos requerendo novas técnicas para absorver a complexidade crescente dos projetos e para acelerar suas etapas de desenvolvimento. A linguagem UML vem sendo utilizada para absorver a complexidade do projeto de sistemas embarcados através de sua representação gráfica que torna o processo mais simples e intuitivo. Para acelerar o desenvolvimento surgiram processos que permitem, diretamente a partir modelos UML, a geração de código para linguagens de descrição de software embarcado (C, C++, Java) e para linguagens tradicionais de descrição de hardware (VHDL, Verilog). Diversos trabalhos e ferramentas comerciais foram desenvolvidos para automatizar o processo de geração de código convencional a partir de modelos UML (software). No entanto, pela complexidade da transformação existem apenas poucos trabalhos e nenhuma ferramenta comercial direcionado à geração de HDL a partir de UML, tornando este processo ainda pouco difundido. Nossa proposta é focada na geração de descrições de hardware na linguagem VHDL a partir de modelos UML de sistemas tempo-real embarcados (STRE), surgindo como alternativa ao processo de desenvolvimento de hardware. Apresenta uma metodologia completa para geração automática de código VHDL, permitindo que o comportamento descrito para o sistema modelado seja testado e validado antes de ser desenvolvido, acelerando o processo de produção de hardware e diminuindo as chances de erros de projeto. É proposto como um processo de engenharia dirigido por modelos (MDE) que cobre desde as fases de análise de requisitos e modelagem UML, até a geração de código fonte na linguagem VHDL, onde o foco é gerar na forma de descrições de hardware, todas aquelas funções lógicas de um sistema embarcado que normalmente são desenvolvidas em software. Para atingir este objetivo, foi desenvolvido neste trabalho um conjunto de regras de mapeamento que estende a funcionalidade da ferramenta GenERTiCA, utilizada como suporte ao processo. Adicionalmente, foram pesquisados e desenvolvidos conceitos que serviram como base para o desenvolvimento de regras utilizadas pela ferramenta suporte para guiar o processo de mapeamento entre as linguagens. Os conceitos e as regras propostas foram validados por meio de um estudo de caso, cujos resultados obtidos estão demonstrados nesta dissertação. / The growing market demand requires the production of embedded devices in less time and with more different features. This directly implies on the development process of these products requiring new techniques to absorb the growing complexity of projects and to accelerate their development stages. UML has been used to handle the embedded systems design complexity through its graphical representation that makes the process simpler and more intuitive. To speed up the development cycle, it has emerged some processes that permit code generating directly from UML models to embedded software description languages (C, C++, Java), and traditional hardware description languages (VHDL, Verilog). Several researches and commercial tools have been developed to automate the code generation process from UML models to conventional languages (software). However, due to the transformation complexity there are only few studies and no commercial tool addressed to HDL generation from UML models, making this process almost unknown. Our proposal is focused on generating hardware descriptions as VHDL code from UML models of real-time embedded systems (RTES), emerging as an alternative to the hardware development. It presents a complete methodology to the VHDL code generation, allowing the behavior described to the modeled system to be tested and validated before being implemented, accelerating the hardware production and decreasing the chances of design errors. It is proposed as a model-driven engineering (MDE) process that covers the phases of requirements analysis, UML modeling, models transformations, and the source code generating process to the VHDL language, where the focus is to generate as hardware descriptions all the logic functions of an embedded system which are usually developed as software. To achieve this goal, this work was developed a set of mapping rules which extends the functionality of the tool GenERTiCA, used to support the process. Additionally, it was researched and developed concepts that were the basis for the development of rules used by the tool support to guide the mapping process between languages. The concepts and proposed rules have been validated through a case study, whose results are shown in this dissertation.

A crescente demanda da indústria exige a produção de dispositivos embarcados em menos tempo e com mais funcionalidades diferentes. Isso implica diretamente no processo de desenvolvimento destes produtos requerendo novas técnicas para absorver a complexidade crescente dos projetos e para acelerar suas etapas de desenvolvimento. A linguagem UML vem sendo utilizada para absorver a complexidade do projeto de sistemas embarcados através de sua representação gráfica que torna o processo mais simples e intuitivo. Para acelerar o desenvolvimento surgiram processos que permitem, diretamente a partir modelos UML, a geração de código para linguagens de descrição de software embarcado (C, C++, Java) e para linguagens tradicionais de descrição de hardware (VHDL, Verilog). Diversos trabalhos e ferramentas comerciais foram desenvolvidos para automatizar o processo de geração de código convencional a partir de modelos UML (software). No entanto, pela complexidade da transformação existem apenas poucos trabalhos e nenhuma ferramenta comercial direcionado à geração de HDL a partir de UML, tornando este processo ainda pouco difundido. Nossa proposta é focada na geração de descrições de hardware na linguagem VHDL a partir de modelos UML de sistemas tempo-real embarcados (STRE), surgindo como alternativa ao processo de desenvolvimento de hardware. Apresenta uma metodologia completa para geração automática de código VHDL, permitindo que o comportamento descrito para o sistema modelado seja testado e validado antes de ser desenvolvido, acelerando o processo de produção de hardware e diminuindo as chances de erros de projeto. É proposto como um processo de engenharia dirigido por modelos (MDE) que cobre desde as fases de análise de requisitos e modelagem UML, até a geração de código fonte na linguagem VHDL, onde o foco é gerar na forma de descrições de hardware, todas aquelas funções lógicas de um sistema embarcado que normalmente são desenvolvidas em software. Para atingir este objetivo, foi desenvolvido neste trabalho um conjunto de regras de mapeamento que estende a funcionalidade da ferramenta GenERTiCA, utilizada como suporte ao processo. Adicionalmente, foram pesquisados e desenvolvidos conceitos que serviram como base para o desenvolvimento de regras utilizadas pela ferramenta suporte para guiar o processo de mapeamento entre as linguagens. Os conceitos e as regras propostas foram validados por meio de um estudo de caso, cujos resultados obtidos estão demonstrados nesta dissertação. / The growing market demand requires the production of embedded devices in less time and with more different features. This directly implies on the development process of these products requiring new techniques to absorb the growing complexity of projects and to accelerate their development stages. UML has been used to handle the embedded systems design complexity through its graphical representation that makes the process simpler and more intuitive. To speed up the development cycle, it has emerged some processes that permit code generating directly from UML models to embedded software description languages (C, C++, Java), and traditional hardware description languages (VHDL, Verilog). Several researches and commercial tools have been developed to automate the code generation process from UML models to conventional languages (software). However, due to the transformation complexity there are only few studies and no commercial tool addressed to HDL generation from UML models, making this process almost unknown. Our proposal is focused on generating hardware descriptions as VHDL code from UML models of real-time embedded systems (RTES), emerging as an alternative to the hardware development. It presents a complete methodology to the VHDL code generation, allowing the behavior described to the modeled system to be tested and validated before being implemented, accelerating the hardware production and decreasing the chances of design errors. It is proposed as a model-driven engineering (MDE) process that covers the phases of requirements analysis, UML modeling, models transformations, and the source code generating process to the VHDL language, where the focus is to generate as hardware descriptions all the logic functions of an embedded system which are usually developed as software. To achieve this goal, this work was developed a set of mapping rules which extends the functionality of the tool GenERTiCA, used to support the process. Additionally, it was researched and developed concepts that were the basis for the development of rules used by the tool support to guide the mapping process between languages. The concepts and proposed rules have been validated through a case study, whose results are shown in this dissertation.

Nous proposons dans cette thèse une nouvelle approche pour l'exploration d’espaces de conception. Plus précisément, nous utilisons la composition de transformations de modèles pour automatiser la production d'alternatives architecturales, et les algorithmes génétiques pour explorer et identifier des alternatives architecturales quasi-optimales. Les transformations de modèles sont des solutions réutilisables et peuvent être intégrées dans des algorithmes génétiques et ainsi être combinées avec des opérateurs génétiques tels que la mutation et le croisement. Grâce à cela, nous pouvons utiliser (ou réutiliser) différentes transformations de modèles implémentant différents patrons de conception sans pour autant modifier l’environnement d’optimisation. En plus de cela, les transformations de modèles peuvent être validées (par rapport aux contraintes structurelles) en amont et ainsi rejeter avant l’exploration les transformations générant des alternatives architecturales incorrectes. Enfin, les transformations de modèles peuvent être chainées entre elles afin de faciliter leur maintenance, leur réutilisabilité et ainsi concevoir des modèles plus détaillés et plus complexes se rapprochant des systèmes industrielles. A noter que l’exploration de chaines de transformations de modèles a été intégrée dans l’environnement d’optimisation. / In this thesis, we propose a new exploration approach to tackle design space exploration problems involving multiple conflicting non functional properties. More precisely, we propose the use of model transformation compositions to automate the production of architectural alternatives, and multiple-objective evolutionary algorithms to identify near-optimal architectural alternatives. Model transformations alternatives are mapped into evolutionary algorithms and combined with genetic operators such as mutation and crossover. Taking advantage of this contribution, we can (re)-use different model transformations, and thus solve different multiple-objective optimization problems. In addition to that, model transformations can be chained together in order to ease their maintainability and re-usability, and thus conceive more detailed and complex systems.

Atualmente, o projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos está crescendo em complexidade devido à sua natureza heterogênea e ao crescente número e diversidade de funções que um único sistema desempenha. Sistemas de automação industrial, sistemas eletrônicos em automóveis e veículos aéreos, equipamentos médicos, entre outros, são exemplos de tais sistemas. Tais sistemas são compostos por componentes distintos (blocos de hardware e software), os quais geralmente são projetados concorrentemente utilizando modelos, ferramentas e linguagens de especificação e implementação diferentes. Além disso, estes sistemas tem requisitos específicos e importantes, os quais não representam (por si só) as funcionalidades esperadas do sistema, mas podem afetar a forma como o sistema executa suas funcionalidades e são muito importantes para a realização do projeto com sucesso. Os chamados requisitos não-funcionais são difíceis de tratar durante todo o ciclo de projeto porque normalmente um único requisito não-funcional afeta vários componentes diferentes. A presente tese de doutorado propõe a integração automatizada das fases de projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos focando em aplicações na área da automação. A abordagem proposta usa técnicas de engenharia guiada por modelos (do inglês Model Driven Engineering ou MDE) e projeto orientado a aspectos (do inglês Aspect-Oriented Design ou AOD) juntamente com o uso de plataformas previamente desenvolvidas (ou desenvolvida por terceiros) para projetar os componentes de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos. Adicionalmente, os conceitos de AOD permitem a separação no tratamento dos requisitos de naturezas diferentes (i.e. requisitos funcionais e não-funcionais), melhorando a modularização dos artefatos produzidos (e.g. modelos de especificação, código fonte, etc.). Além disso, esta tese propõe uma ferramenta de geração de código, que suporta a transição automática das fases iniciais de especificação para as fases seguintes de implementação. Esta ferramenta usa um conjunto de regras de mapeamento, que descrevem como elementos nos níveis mais altos de abstração são mapeados (ou transformados) em elementos dos níveis mais baixos de abstração. Em outras palavras, tais regras de mapeamento permitem a transformação automática da especificação inicial, as quais estão mais próximo do domínio da aplicação, em código fonte para os componentes de hardware e software, os quais podem ser compilados e sintetizados por outras ferramentas para se obter a realização/implementação do sistema tempo-real embarcado e distribuído. / Currently, the design of distributed embedded real-time systems is growing in complexity due to the increasing amount of distinct functionalities that a single system must perform, and also to concerns related to designing different kinds of components. Industrial automation systems, embedded electronics systems in automobiles or aerial vehicles, medical equipments and others are examples of such systems, which includes distinct components (e.g. hardware and software ones) that are usually designed concurrently using distinct models, tools, specification, and implementation languages. Moreover, these systems have domain specific and important requirements, which do not represent by themselves the expected functionalities, but can affect both the way that the system performs its functionalities as well as the overall design success. The so-called nonfunctional requirements are difficult to deal with during the whole design because usually a single non-functional requirement affects several distinct components. This thesis proposes an automated integration of distributed embedded real-time systems design phases focusing on automation systems. The proposed approach uses Model- Driven Engineering (MDE) techniques together with Aspect-Oriented Design (AOD) and previously developed (or third party) hardware and software platforms to design the components of distributed embedded real-time systems. Additionally, AOD concepts allow a separate handling of requirement with distinct natures (i.e. functional and non-functional requirements), improving the produced artifacts modularization (e.g. specification model, source code, etc.). In addition, this thesis proposes a code generation tool, which supports an automatic transition from the initial specification phases to the following implementation phases. This tool uses a set of mapping rules, describing how elements at higher abstraction levels are mapped (or transformed) into lower abstraction level elements. In other words, suchmapping rules allow an automatic transformation of the initial specification, which is closer to the application domain, in source code for software and hardware components that can be compiled or synthesized by other tools, obtaining the realization/ implementation of the distributed embedded real-time system.

Atualmente, o projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos está crescendo em complexidade devido à sua natureza heterogênea e ao crescente número e diversidade de funções que um único sistema desempenha. Sistemas de automação industrial, sistemas eletrônicos em automóveis e veículos aéreos, equipamentos médicos, entre outros, são exemplos de tais sistemas. Tais sistemas são compostos por componentes distintos (blocos de hardware e software), os quais geralmente são projetados concorrentemente utilizando modelos, ferramentas e linguagens de especificação e implementação diferentes. Além disso, estes sistemas tem requisitos específicos e importantes, os quais não representam (por si só) as funcionalidades esperadas do sistema, mas podem afetar a forma como o sistema executa suas funcionalidades e são muito importantes para a realização do projeto com sucesso. Os chamados requisitos não-funcionais são difíceis de tratar durante todo o ciclo de projeto porque normalmente um único requisito não-funcional afeta vários componentes diferentes. A presente tese de doutorado propõe a integração automatizada das fases de projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos focando em aplicações na área da automação. A abordagem proposta usa técnicas de engenharia guiada por modelos (do inglês Model Driven Engineering ou MDE) e projeto orientado a aspectos (do inglês Aspect-Oriented Design ou AOD) juntamente com o uso de plataformas previamente desenvolvidas (ou desenvolvida por terceiros) para projetar os componentes de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos. Adicionalmente, os conceitos de AOD permitem a separação no tratamento dos requisitos de naturezas diferentes (i.e. requisitos funcionais e não-funcionais), melhorando a modularização dos artefatos produzidos (e.g. modelos de especificação, código fonte, etc.). Além disso, esta tese propõe uma ferramenta de geração de código, que suporta a transição automática das fases iniciais de especificação para as fases seguintes de implementação. Esta ferramenta usa um conjunto de regras de mapeamento, que descrevem como elementos nos níveis mais altos de abstração são mapeados (ou transformados) em elementos dos níveis mais baixos de abstração. Em outras palavras, tais regras de mapeamento permitem a transformação automática da especificação inicial, as quais estão mais próximo do domínio da aplicação, em código fonte para os componentes de hardware e software, os quais podem ser compilados e sintetizados por outras ferramentas para se obter a realização/implementação do sistema tempo-real embarcado e distribuído. / Currently, the design of distributed embedded real-time systems is growing in complexity due to the increasing amount of distinct functionalities that a single system must perform, and also to concerns related to designing different kinds of components. Industrial automation systems, embedded electronics systems in automobiles or aerial vehicles, medical equipments and others are examples of such systems, which includes distinct components (e.g. hardware and software ones) that are usually designed concurrently using distinct models, tools, specification, and implementation languages. Moreover, these systems have domain specific and important requirements, which do not represent by themselves the expected functionalities, but can affect both the way that the system performs its functionalities as well as the overall design success. The so-called nonfunctional requirements are difficult to deal with during the whole design because usually a single non-functional requirement affects several distinct components. This thesis proposes an automated integration of distributed embedded real-time systems design phases focusing on automation systems. The proposed approach uses Model- Driven Engineering (MDE) techniques together with Aspect-Oriented Design (AOD) and previously developed (or third party) hardware and software platforms to design the components of distributed embedded real-time systems. Additionally, AOD concepts allow a separate handling of requirement with distinct natures (i.e. functional and non-functional requirements), improving the produced artifacts modularization (e.g. specification model, source code, etc.). In addition, this thesis proposes a code generation tool, which supports an automatic transition from the initial specification phases to the following implementation phases. This tool uses a set of mapping rules, describing how elements at higher abstraction levels are mapped (or transformed) into lower abstraction level elements. In other words, suchmapping rules allow an automatic transformation of the initial specification, which is closer to the application domain, in source code for software and hardware components that can be compiled or synthesized by other tools, obtaining the realization/ implementation of the distributed embedded real-time system.

Atualmente, o projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos está crescendo em complexidade devido à sua natureza heterogênea e ao crescente número e diversidade de funções que um único sistema desempenha. Sistemas de automação industrial, sistemas eletrônicos em automóveis e veículos aéreos, equipamentos médicos, entre outros, são exemplos de tais sistemas. Tais sistemas são compostos por componentes distintos (blocos de hardware e software), os quais geralmente são projetados concorrentemente utilizando modelos, ferramentas e linguagens de especificação e implementação diferentes. Além disso, estes sistemas tem requisitos específicos e importantes, os quais não representam (por si só) as funcionalidades esperadas do sistema, mas podem afetar a forma como o sistema executa suas funcionalidades e são muito importantes para a realização do projeto com sucesso. Os chamados requisitos não-funcionais são difíceis de tratar durante todo o ciclo de projeto porque normalmente um único requisito não-funcional afeta vários componentes diferentes. A presente tese de doutorado propõe a integração automatizada das fases de projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos focando em aplicações na área da automação. A abordagem proposta usa técnicas de engenharia guiada por modelos (do inglês Model Driven Engineering ou MDE) e projeto orientado a aspectos (do inglês Aspect-Oriented Design ou AOD) juntamente com o uso de plataformas previamente desenvolvidas (ou desenvolvida por terceiros) para projetar os componentes de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos. Adicionalmente, os conceitos de AOD permitem a separação no tratamento dos requisitos de naturezas diferentes (i.e. requisitos funcionais e não-funcionais), melhorando a modularização dos artefatos produzidos (e.g. modelos de especificação, código fonte, etc.). Além disso, esta tese propõe uma ferramenta de geração de código, que suporta a transição automática das fases iniciais de especificação para as fases seguintes de implementação. Esta ferramenta usa um conjunto de regras de mapeamento, que descrevem como elementos nos níveis mais altos de abstração são mapeados (ou transformados) em elementos dos níveis mais baixos de abstração. Em outras palavras, tais regras de mapeamento permitem a transformação automática da especificação inicial, as quais estão mais próximo do domínio da aplicação, em código fonte para os componentes de hardware e software, os quais podem ser compilados e sintetizados por outras ferramentas para se obter a realização/implementação do sistema tempo-real embarcado e distribuído. / Currently, the design of distributed embedded real-time systems is growing in complexity due to the increasing amount of distinct functionalities that a single system must perform, and also to concerns related to designing different kinds of components. Industrial automation systems, embedded electronics systems in automobiles or aerial vehicles, medical equipments and others are examples of such systems, which includes distinct components (e.g. hardware and software ones) that are usually designed concurrently using distinct models, tools, specification, and implementation languages. Moreover, these systems have domain specific and important requirements, which do not represent by themselves the expected functionalities, but can affect both the way that the system performs its functionalities as well as the overall design success. The so-called nonfunctional requirements are difficult to deal with during the whole design because usually a single non-functional requirement affects several distinct components. This thesis proposes an automated integration of distributed embedded real-time systems design phases focusing on automation systems. The proposed approach uses Model- Driven Engineering (MDE) techniques together with Aspect-Oriented Design (AOD) and previously developed (or third party) hardware and software platforms to design the components of distributed embedded real-time systems. Additionally, AOD concepts allow a separate handling of requirement with distinct natures (i.e. functional and non-functional requirements), improving the produced artifacts modularization (e.g. specification model, source code, etc.). In addition, this thesis proposes a code generation tool, which supports an automatic transition from the initial specification phases to the following implementation phases. This tool uses a set of mapping rules, describing how elements at higher abstraction levels are mapped (or transformed) into lower abstraction level elements. In other words, suchmapping rules allow an automatic transformation of the initial specification, which is closer to the application domain, in source code for software and hardware components that can be compiled or synthesized by other tools, obtaining the realization/ implementation of the distributed embedded real-time system.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:57:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3142_1.pdf: 2136149 bytes, checksum: 9584d05181d7f6e862c757ce418c8701 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / de Siqueira Teles, Fabrício; Pierre Louis Robin, Jacques. Towards Model-Driven Engineering Constraint-Based Scheduling Applications. 2008. Dissertação (Mestrado). Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2008.

Cyber-physical systems are dynamic physical systems that are controlled by computers for their safe and sound operations (e.g., cars, satellites, robots, elevators, and many others). Consequently, the programs running cyber-physical systems have real-time requirements, which require the programs to compute not only correctly but also timely because dynamic physical systems need to move to correct positions within certain duration to ensure safe and sound operations. To satisfy real-time requirements in better ways, many real-time languages have been proposed in the literature. Nevertheless, the general-purpose non-real-time languages C and C++ have remained the de facto languages to program cyber-physical systems, including Mars rovers and F-35 jet fighters. Given this reality, the better ways to satisfy real-time requirements have been the use of model-based tools (e.g., MATLAB/Simulink) that allow cyber-physical systems to be designed by modeling and simulating them and the resulting models to be translated automatically to C programs. Model-based tools, however, leave the resulting C programs for manual integration with other C/C++ programs, such as legacy/third-party device drivers and libraries. Since manual integration could slip in some inconsistencies, which proved fatal in the maiden flight of Ariane-5 rocket, this work shows how the standard features of C++, which support active libraries, can be used to embed a model-based real-time language, called Tice, as a C++ active library that can be used to declaratively express models of real-time systems that are processable by off-the-shelf standard C++ compilers (e.g., GCC and Clang) that automatically not only translate the models into C/C++ programs but also check both the validity of the models and the consistency of the models with other C/C++ programs. Furthermore, being compilable by off-the-shelf standard C++ compilers also sets Tice apart from other real-time languages already proposed in the literature because the other languages require either their own special compilers/interpreters or non-standard C/C++ compilers. Consequently, while Tice itself either uses no C++ features that are unsuitable for cyber-physical systems (e.g., exception) or uses some in judicious manner (e.g., template instantiations to generate programs), Tice prevents no usage that is permitted by standard C++ compilers. Beside that, as C++ active libraries are indeed ordinary C++ libraries, C++ active libraries are seamlessly composable as ordinary C++ libraries, and therefore, as models play an increasingly important role in software engineering, this work shows the potential of C++ as a platform for language-oriented programming where different languages that express different kinds of models and are embedded as C++ active libraries could be composed seamlessly.

La Ingeniería de Líneas de Productos Software -Software Product Line Engineerings (SPLEs) en inglés- es una técnica de desarrollo de software que busca aplicar los principios de la fabricación industrial para la obtención de aplicaciones informáticas: esto es, una Línea de productos Software -Software Product Line (SPL)- se emplea para producir una familia de productos con características comunes, cuyos miembros, sin embargo, pueden tener características diferenciales. Identificar a priori estas características comunes y diferenciales permite maximizar la reutilización, reduciendo el tiempo y el coste del desarrollo. Describir estas relaciones con la suficiente expresividad se vuelve un aspecto fundamental para conseguir el éxito. La Ingeniería Dirigida por Modelos -Model Driven Engineering (MDE) en inglés- se ha revelado en los últimos años como un paradigma que permite tratar con artefactos software con un alto nivel de abstracción de forma efectiva. Gracias a ello, las SPLs puede aprovecharse en granmedida de los estándares y herramientas que han surgido dentro de la comunidad de MDE. No obstante, aún no se ha conseguido una buena integración entre SPLE y MDE, y como consecuencia, los mecanismos para la gestión de la variabilidad no son suficientemente expresivos. De esta manera, no es posible integrar la variabilidad de forma eficiente en procesos complejos de desarrollo de software donde las diferentes vistas de un sistema, las transformaciones de modelos y la generación de código juegan un papel fundamental. Esta tesis presenta MULTIPLE, un marco de trabajo y una herramienta que persiguen integrar de forma precisa y eficiente los mecanismos de gestión de variabilidad propios de las SPLs dentro de los procesos de MDE. MULTIPLE proporciona lenguajes específicos de dominio para especificar diferentes vistas de los sistemas software. Entre ellas se hace especial hincapié en la vista de variabilidad ya que es determinante para la especificación de SPLs. / Gómez Llana, A. (2012). MODEL DRIVEN SOFTWARE PRODUCT LINE ENGINEERING: SYSTEM VARIABILITY VIEW AND PROCESS IMPLICATIONS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15075