Model driven development (MDD) is on the rise in software engineering and no more so than in the realm of real-time and embedded systems. Being able to leverage the code generation and validation techniques made available through MDD is worth exploring, and is the focus of much academic and industrial research. However given the iterative nature of MDD, the natural evolution of models causes test case generation to occur multiple times throughout a software modeling project. Currently, the existing process of regenerating test cases for a modified model of a system can be costly, inefficient, and even redundant. The focus of this research was to achieve an improved understanding of the impact of typical model evolution steps on both the execution of the model and its test cases, and how this impact can be mitigated by reusing previously generated test cases. In this thesis we use existing techniques for symbolic execution and test case generation to perform an analysis on example models and determine how evolution affects model artifacts; these findings were then used to classify evolution steps based on their impact. From these classifications, we were able to determine exactly how to perform updates to existing symbolic execution trees and test suites in order to obtain the resulting test suites using minimal computational resources whenever possible. The approach was implemented in a software plugin, IncreTesCaGen, that is capable of incrementally generating test cases for a subset of UML-RT models by leveraging the existing testing artifacts (symbolic execution trees and test suites), as well as presenting additional analysis results to the user. Finally, we present the results of an initial evaluation of our tool, which provides insight into the tool’s performance, the effects of model evolution on execution and test case generation, as well as design tips to produce optimal models for evolution. / Thesis (Master, Computing) -- Queen's University, 2012-09-26 14:18:50.838

Made available in DSpace on 2014-06-12T16:01:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7289_1.pdf: 2013918 bytes, checksum: e3f26e432c831b7c299664b62269fd01 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / Petróleo Brasileiro S.A. / Como outros métodos visuais orientados a objetos, UML tem influenciado tremendamente a prática de modelagem na engenharia de software com ricos mecanismos de estruturação. Porém, apesar de suas vantagens e adoção em larga escala, na prática, a falta de uma semântica formal tem dificultado o desenvolvimento rigoroso baseado em modelos de aplicações não triviais (aplicações que por sua natureza necessitam de ênfase na especificação e na verificação de seus componentes). A razão para isto é que transformações de modelos podem não preservar a semântica e, como conseqüência, o comportamento do modelo. Este problema é ainda mais sério em transformações que envolvem diferentes visões do modelo. Limitações similares podem ser encontradas durante o desenvolvimento com UML-RT. Esta linguagem é uma extensão conservativa de UML que provê a noção de objetos ativos (objetos com um comportamento próprio, independente do fluxo de execução do restante do sistema) para descrever aplicações concorrentes e distribuídas. Neste tipo de desenvolvimento, transformações devem lidar simultaneamente com as diferentes visões estáticas e dinâmicas do modelo, representadas por seus diagramas e propriedades. Por estes motivos, este trabalho propõe uma semântica para UML-RT, mapeando suas construções em OhCircus, uma linguagem formal, orientada a objetos, que combina CSP e Z, e que suporta o cálculo de refinamentos de Morgan. A partir desta semântica, bem como das noções e leis de refinamentos de OhCircus, é possível propor leis de transformação de modelos passíveis de demonstração e que preservam o comportamento do sistema. Estas leis de transformação são propostas em duas categorias: a primeira delas é um conjunto abrangente de leis básicas que expressam pequenas mudanças nas principais visões do modelo, como a declaração ou remoção de elementos do modelo; já a segunda representa leis de transformação de maior granularidade, derivadas a partir da composição de leis básicas, como a decomposição de uma cápsulas em cápsulas operando em paralelo. Tais transformações derivadas podem ser vistas como refatoramentos (refactorings) corretos sobre o modelo, facilmente aplicáveis durante um processo de desenvolvimento rigoroso, sem que o desenvolvedor tenha conhecimento do formalismo que o suporta. Finalmente, a abrangência deste conjunto de leis é discutida particularmente através dos principais passos de uma estratégia de redução de modelos UML-RT a um modelo UML estendido com um único objeto ativo, responsável por todas as interações com o ambiente e por conservar o comportamento dinâmico do sistema modelado. Este modelo UML estendido pode ser visto como uma forma normal, e, portanto, nossa estratégia pode ser vista como uma contribuição para uma estratégia mais global de completude capturada por redução a esta forma normal

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:52:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / A integração de métodos formais com notações semi-formais visuais é uma tendência em engenharia de software. Métodos formais apresentam uma semântica precisa e permitem verificação de propriedades. No entanto, não são considerados intuitivos. Por outro lado, notações semi-formais visuais, como UML, são facilmente integradas no processo de desenvolvimento de software. Assim, métodos formais e semi-formais visuais são complementares. CSP e UML-RT são, respectivamente, exemplos de notação formal e diagramática usados para especificar e projetar sistemas concorrentes e distribuídos. CSP é um método formal no qual processos representam unidades comportamentais que se comunicam através de canais de comunicação, utilizando passagem de mensagem. UML-RT é uma extensão conservativa de UML na qual cápsulas são unidades comportamentais que se comunicam através de portas de comunicação. Portas realizam protocolos os quais especificam os sinais que podem ser enviados e recebidos através de uma porta, e a ordem na qual os sinais podem ser comunicados. Em um trabalho anterior, Ferreira apresentou um conjunto de regras que sistematizam o mapeamento de CSP para UML-RT, mas uma prova formal deste mapeamento não foi apresentada. Assim, para garantir consistência no desenvolvimento de sistemas concorrentes e distribuídos utilizando este mapeamento, a prova formal do mesmo é indispensável, uma vez que não faz sentido o esforço dedicado à especificação do sistema em CSP e a verificação de propriedades e refinamentos, se uma ou mais regras de mapeamento estiverem incorretas. No entanto, UMLRT não possui uma semântica formal padrão. Entre outras propostas de semântica formal, Ramos propõe uma semântica para UML-RT utilizando OhCircus (uma combinação de CSP e Z com características adicionais de orientação a objetos) como modelo semântico. Neste trabalho, é proposta uma variação da semântica de Ramos para UML-RT usando CSP como modelo semântico. Com base nesta semântica, é apresentada a prova do mapeamento de CSP para UML-RT, considerando o modelo de falhas e divergências de CSP. Assim, este trabalho consolida a integração de CSP e UML-RT proposta por Ferreira, no desenvolvimento de sistemas críticos, concorrentes e distribuídos. Um resultado interessante foi observar que, estritamente, as regras propostas por Ferreira não preservam a semântica de CSP, essencialmente com relação a aspectos de terminação dos processos

Made available in DSpace on 2014-06-12T16:01:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7128_1.pdf: 2072446 bytes, checksum: b6bc5386371d917bd7613b206ac8e92f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / A demanda cada vez maior por produtos eletronicos e a crescente capacidade de integração dos chips direcionaram a metodologia de projeto de sistemas embarcados para sua completa integração em um único chip ( System-on-Chip, ou SoC). Essa metodologia baseia-se cada vez mais em componentes previamente projetados e verificados (IP-core ) como uma alternativa de disponibilizar os sistemas dentro dos prazos esperados, sem perder o time-to-market do mercado consumidor de eletrônicos. Neste trabalho, é proposto um processo de desenvolvimento de IP-cores baseado em técnicas de engenharia de software chamado ipPROCESS, como um mecanismo de facilitar e promover o desenvolvimento de IP-cores de alta qualidade. Tendo o foco na criação de componentes de qualidade, o ipPROCESS foi definido com base em técnicas de verificação funcional, de modelagem visual da arquitetura, de interface de comunicação e de documentação seguindo os padrões da indústria. O processo foi descrito utilizando o meta-modelo UML denominado SPEM com o objetivo de facilitar e acelerar o seu entendimento, assim como permitir alterações futuras e facilitar o gerenciamento de projetos baseados no processo proposto

Neste trabalho é apresentado um método de refinamento para especificações de sistemas embarcados, baseado na linguagem de especificação gráfica UML-RT e na linguagem de especificação formal CSP-OZ. A linguagem UML-RT é utilizada para descrever a arquitetura de sistemas de tempo real distribuídos e esses mapeados para uma especificação formal através de CSP-OZ. A linguagem de especificação formal CSP-OZ é a combinação da linguagem orientada a objetos Object-Z e a algebra de processos CSP, que descreve o comportamento de processos concorrentes. O método de refinamento proposto é baseado na integração de dois métodos: o de bi-simulação, para refinar a parte comportamental da especificação descrita por CSP; e o de equivalência de especificações, para refinar as estruturas de dados descritas por Object-Z, permitindo assim que características de orientação a objetos possam ser utilizadas. Com o método proposto é possível refinar especificações e, conseqüentemente, verificá-las com sua implementação. O desenvolvimento desse método é rigoroso, incluindo a definição formal para um metamodelo da UML-RT. Um exemplo detalhado é apresentado no final deste trabalho. / In this work, a method of refinement of embedded systems specifications based on the graphical specification language UML-RT and the formal specification CSP-OZ is introduced. The UML-RT is used to model real time distributed architecture systems and these are mapped onto formal specifications using CSP-OZ. The CSP-OZ formal specification language is a combination of the state-based object oriented language Object-Z and the CSP process algebra that describes behavioral models of concurrent processes. The rationale of the proposed refinement method is twofold, the use of bisimulation to refine the behavioral part and the specification matching algorithm to refine the state-based part, supporting object-oriented characteristics. Using this result, an equivalence between the specification-matching algorithm and simulation rules is showed. Using the proposed method it is possible to refine CSP-OZ specifications and verify them against their implementations. The development of the proposed refinement method is rigorous, including a formal definition for a UML-RT metamodel. A detailed study case is given at the end of this work.

Neste trabalho é apresentado um método de refinamento para especificações de sistemas embarcados, baseado na linguagem de especificação gráfica UML-RT e na linguagem de especificação formal CSP-OZ. A linguagem UML-RT é utilizada para descrever a arquitetura de sistemas de tempo real distribuídos e esses mapeados para uma especificação formal através de CSP-OZ. A linguagem de especificação formal CSP-OZ é a combinação da linguagem orientada a objetos Object-Z e a algebra de processos CSP, que descreve o comportamento de processos concorrentes. O método de refinamento proposto é baseado na integração de dois métodos: o de bi-simulação, para refinar a parte comportamental da especificação descrita por CSP; e o de equivalência de especificações, para refinar as estruturas de dados descritas por Object-Z, permitindo assim que características de orientação a objetos possam ser utilizadas. Com o método proposto é possível refinar especificações e, conseqüentemente, verificá-las com sua implementação. O desenvolvimento desse método é rigoroso, incluindo a definição formal para um metamodelo da UML-RT. Um exemplo detalhado é apresentado no final deste trabalho. / In this work, a method of refinement of embedded systems specifications based on the graphical specification language UML-RT and the formal specification CSP-OZ is introduced. The UML-RT is used to model real time distributed architecture systems and these are mapped onto formal specifications using CSP-OZ. The CSP-OZ formal specification language is a combination of the state-based object oriented language Object-Z and the CSP process algebra that describes behavioral models of concurrent processes. The rationale of the proposed refinement method is twofold, the use of bisimulation to refine the behavioral part and the specification matching algorithm to refine the state-based part, supporting object-oriented characteristics. Using this result, an equivalence between the specification-matching algorithm and simulation rules is showed. Using the proposed method it is possible to refine CSP-OZ specifications and verify them against their implementations. The development of the proposed refinement method is rigorous, including a formal definition for a UML-RT metamodel. A detailed study case is given at the end of this work.

Real-time systems surround every facet of our lives. They can be found in anything from everyday objects like mobile phones and washing machines to objects critical to life and infrastructure including heart rate monitors and nuclear power plants. As time progresses these systems are becoming ever more complex. To cope with the increase in complexity, developers and researchers are turning to model driven development as a solution. One modeling language aimed specifically at real-time systems is UML-RT. This thesis proposes an algorithm that for a significant subset of UML-RT is able to provide a worst-case execution time analysis for capsules at a model level. Having access to the worst-case execution times allows developers to at an early stage reason about a given system. This allows for better resource allocation as well as the ability to perform scheduling analysis. Development of the algorithm was performed iteratively using the constructive research approach. We began by first gaining an understanding of the theory. We then successively developed a theoretical algorithm selecting one or a few UML-RT entities at a time. With each iteration the algorithm was redefined to incorporate the new entities. At the end of the development, we created an implementation of the algorithm as an Eclipse Modeling Framework plug-in using Java. We then created a set of hard coded capsule models which were used to validate the algorithm.