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This thesis presents the construction and evaluation of an LLVM based codegenerator, an LLVM backend. The introduction of an LLVM based backend into the OpenModelica compiler was done to examine the advantages and disadvantages of compiling Modelica and MetaModelica to LLVM IR instead of C. To answer this question, the LLVM backend was compared against the existing interpreter and C code generator using four different schemes with corresponding cases. This comparison was made both for both optimised and unoptimised code. From the experiments, it was concluded that an LLVM backend can be used to improve runtime and compile time performance in the OpenModelica Interactive environment.

<p>Advanced development environments are essential for efficient realization of complex industrial products. Powerful equation-based object-oriented (EOO) languages such as Modelica are successfully used for modeling and virtual prototyping complex physical systems and components. The Modelica language enables engineers to build large, sophisticated and complex models. Modelica environments should scale up and be able to handle these large models. This thesis addresses the scalability of Modelica tools by employing incremental compilation and dynamic loading. The design, implementation and evaluation of this approach is presented. OpenModelica is an open-source Modelica environment developed at PELAB in which we have implemented our strategy for incremental compilation and dynamic loading of functions. We have tested the performance of these strategies in a number of different scenarios in order to see how much of an impact they have on the compilation and execution time.</p><p>Our solution contains an overhead of one or two hash calls during runtime as it uses dynamic hashes instead of static arrays.</p>

Mutation testing is a powerful fault-based testing technique that makes syntactic changes to a program under test in order to simulate real faults otherwise caused by a programmer. Similar to structural coverage criteria such as statement coverage, mutation testing is used to assess the quality of a test suite. After a syntactic change has been made, the program is referred to as a mutant that either can survive a test suite, or be killed by one. If a mutant is killed, it means that the test suite has detected the syntactic change and reported it as an error, resulting in an increased mutation score. If a mutant survives, it means that the test suite failed to detect the fault and the mutation score is decreased. Mutation testing is generally considered the strongest testing technique available in terms of fault detection, but also the most expensive one. However, thanks to recent research and the rapid development of computing hardware, the testing technique is starting to become feasible, motivating the creation of tools utilizing the power of mutation testing. Saab AB, the Swedish aircraft manufacturer and stakeholder in this thesis, has experimented with mutation testing in the past, resulting in a tool called BAX that creates textual modifications of the original source code. The initial goal of this thesis is to provide a new tool that is faster than BAX, and that is more systematic in the way mutants are generated. LLVM-P86, the main contribution of this thesis, is a compiler and mutation testing framework intended for the programming language Pascal-86. Unlike BAX, LLVM-P86 is able to encode several mutants into a single program, thus reducing the time spent on compiling source code. In the conducted experiments, LLVM-P86 processed mutants significantly faster than BAX, on average by a factor of 13.6. Since LLVM-P86 is also a compiler, proper type information is available when mutants are generated. The additional type information allows LLVM-P86 to avoid a significant amount of equivalent mutants, i.e. mutants that behave in the same way as the original program. When mutating relational operators found in approximately 10,000 lines of code, distributed amongst 18 different Pascal-86 modules, LLVM-P86 was able to reduce the total number of living mutants by 25%, or 5.7% of the complete set of mutants.

Advanced development environments are essential for efficient realization of complex industrial products. Powerful equation-based object-oriented (EOO) languages such as Modelica are successfully used for modeling and virtual prototyping complex physical systems and components. The Modelica language enables engineers to build large, sophisticated and complex models. Modelica environments should scale up and be able to handle these large models. This thesis addresses the scalability of Modelica tools by employing incremental compilation and dynamic loading. The design, implementation and evaluation of this approach is presented. OpenModelica is an open-source Modelica environment developed at PELAB in which we have implemented our strategy for incremental compilation and dynamic loading of functions. We have tested the performance of these strategies in a number of different scenarios in order to see how much of an impact they have on the compilation and execution time. Our solution contains an overhead of one or two hash calls during runtime as it uses dynamic hashes instead of static arrays.

Dieser Bericht präsentiert RACR-NET, eine Schnittstelle der Referenzattributgrammatik-gesteuerten Graphersetzungsbibliothek RACR für C#. RACR-NET ermöglicht die Nutzung der deklarativen, dynamischen Sprachspezifikations-, Instanziierungs- und Auswertungsmeachanismen der RACR Scheme-Bibliothek in der objektorientierten Programmierung. Dies umfasst insbesondere die automatische inkrementelle Auswertung attributbasierter semantischer Analysen und somit das automatische Cachen parametrisierter Funktionsmethoden. Graphersetzungen entsprechen hierbei Zustandsänderungen von Objektinstanzen und der Invalidierung abgeleiteter Berechnungen. Schwerpunkt dieses Berichts ist die objektorientierte Programmierschnittstelle von RACR-NET, dessen praktische Anwendung und Implementierung. Der Bericht ist ein Referenzhandbuch für RACR-NET Anwender und Entwickler.

Řada programovacích jazyků byla schopna zvýšit svoji rychlost výměnou běhových systémů stavěných na míru za obecné platformy, které pro optimalizaci používají just-in-time překlad, jako jsou GraalVM nebo RPython. V této práci vyhodnocuji, zda je použití takovýchto platforem vhodné i pro jazyky se závislymi typy nebo důkazovými systémy. Tato práce představuje koncepty -kalkulu a teorie typů potřebné pro úvod do závislých typů s relevantními algoritmy, specifikuje malý závisle typovaný jazyk založený na $\lambda\Pi$ kalkulu, a prezentuje dva interpretery tohoto jazyka. Tyto interpretery jsou psané v jazyce Kotlin, první je jednoduchý, psaný ve funkcionálním stylu a druhý používá platformu GraalVM a Truffle. GraalVM je platforma založená na virtuálním stroji Javy (JVM), která přidává just-in-time překladač založený na částečném vyhodnocení (partial evaluation) a Truffle je knihovna pro tvorbu programovacích jazyků využívající tento překladač. Závěr práce vyhodnocuje běhové charakteristiky těchto interpreterů na různých zátěžových testech.Závěry práce jsou ale silně negativní. Vliv JIT překladu není znatelný ani přes snahu optimalizovat běžné algoritmy z teorie typů, které jsou zjevně nevhodné pro platformu JVM. Práce končí návrhy několika navazujících projektů, které by lépe využily možnosti Truffle a které by byly vhodnější pro implementaci závisle typovaných jazyků.

In dieser Habilitationsschrift wird die formale Semantik der standardisierten Spezifikationssprache SDL (Specification and Description Language) beschrieben. Da SDL eine sehr umfangreiche Sprache ist, wurde eine repräsentative eingeschränkte Sprache RSDL (Restricted SDL) ausgewählt, um die Konzepte der formalen Definition von SDL darzustellen. Die vorliegende Habilitationsschrift umfaßt zwei große Teile: die Definition der formalen Semantik von RSDL und ihre Implementierung. Die formale Definition der Semantik von RSDL ist verständlich, leicht mit der informalen Beschreibung zu vergleichen und repräsentiert die grundsätzliche Vorstellung von RSDL. Für die Beschreibung werden zwei Teile unterschieden, nämlich die statische Semantik und die dynamische Semantik. Die statische formale Sprachdefinition besteht aus einer konkreten Syntax, einer Menge von Korrektheitsbedingungen, einer Menge von Transformationsregeln und einer abstrakten Syntax als Basis für die dynamische Semantik. Das Ergebnis der statischen Beschreibung ist eine Repräsentation der Spezifikation in abstrakter Syntax. Die Formalisierung der dynamischen Semantik beginnt mit der abstrakten Syntax. Aus dieser abstrakten Syntax wird ein Verhaltensmodell abgeleitet, das auf der mathematischen Theorie der Abstrakten Zustandmaschinen ASM (Abstract State Machines) basiert. Um die Definition der Semantik besonders übersichtlich zu gestalten, wird eine Spezielle Abstrakte Maschine (SAM) unter Nutzung von ASM definiert. Diese abstrakte Maschine stellt eine abstrakte SDL-Maschine dar. Die formale Semantik beschreibt die Eigenschaften von SDL exakt. Um jedoch herauszufinden, ob die Semantik korrekt ist, muß sie mit der Sprachbeschreibung und den Intentionen der Sprachentwickler verglichen werden. Dies geschieht am einfachsten durch eine korrekte Implementierung der Semantik. Die Implementierung der formalen Semantik basiert auf einer Repräsentation der Eingabe als abstrakter Syntaxbaum. Um die Semantik mit minimalem Aufwand zu implementieren, werden existierende Werkzeuge verwendet. Der Compiler wird mit den Standardwerkzeugen lex und yacc generiert. Nach der Syntaxanalyse wird die weitere Verarbeitung über dem abstrakten Syntaxbaum der Eingabe definiert. Die Verarbeitung von abstrakten Syntaxbäumen wird durch ein Werkzeug namens kimwitu erledigt. Mit der hier vorgestellten Technologie wurde die formale Semantik von RSDL implementiert. Entsprechend wird die formale Semantik von SDL implementiert. / In this habilitation thesis the formal semantics of the standardised specification language SDL (Specification and Description Language) is described. Because of the size of the language SDL a representative subset of the language called RSDL (Restricted SDL) was selected to present the concepts of the formal definition. In this thesis two major parts are covered: the definition of the formal semantics and its implementation. The RSDL formal semantics is intelligible, easily comparable with the informal description and represents the general understanding of RSDL. We distinguish between two phases of the definition, namely the static semantics and the dynamic semantics. The static semantics comprises the definition of a concrete grammar, a set of correctness constraints, a set of transformation rules and an abstract syntax as basis for the dynamic semantics. The result of the static semantics is a representation of the specification in abstract syntax. The dynamic semantics starts with the abstract syntax. From here a behaviour model is derived based on the theory of Abstract State Machines (ASM). In order to keep the presentation intelligible a special abstract machine is defined using ASM. This abstract machine in fact represents an abstract SDL-machine. The formal semantics describes the properties of SDL exactly. However, in order to check the correctness of the formalisation, it has to be compared with the informal language description and the intentions of the language designers. This is most easily done using a correct implementation of the semantics. The implementation of the semantics is based on a representation of the input as an abstract syntax tree. For implementing the semantics with minimal effort existing tools are used. The compiler is produced using the standard tools lex and yacc. After parsing the remaining processing is defined over abstract syntax trees, which is covered by a tool called kimwitu. The formal semantics of RSDL is implemented using these tools. The same approach is applicable for SDL.

This report presents RACR, a reference attribute grammar library for the programming language Scheme. RACR supports incremental attribute evaluation in the presence of abstract syntax tree rewrites. It provides a set of functions that can be used to specify abstract syntax tree schemes and their attribution and construct respective trees, query their attributes and node information and annotate and rewrite them. Thereby, both, reference attribute grammars and rewriting, are seamlessly integrated, such that rewrites can reuse attributes and attribute values change depending on performed rewrites – a technique we call Reference Attribute Grammar Controlled Rewriting. To reevaluate attributes influenced by abstract syntax tree rewrites, a demand-driven, incremental evaluation strategy, which incorporates the actual execution paths selected at runtime for control-flows within attribute equations, is used. To realize this strategy, a dynamic attribute dependency graph is constructed throughout attribute evaluation – a technique we call Dynamic Attribute Dependency Analyses. The report illustrates RACR's motivation, features, instantiation and usage. In particular its application programming interface is documented and exemplified. The report is a reference manual for RACR developers. Further, it presents RACR’s complete implementation and therefore provides a good foundation for readers interested into the details of reference attribute grammar controlled rewriting and dynamic attribute dependency analyses.

Dieser Bericht präsentiert RACR-NET, eine Schnittstelle der Referenzattributgrammatik-gesteuerten Graphersetzungsbibliothek RACR für C#. RACR-NET ermöglicht die Nutzung der deklarativen, dynamischen Sprachspezifikations-, Instanziierungs- und Auswertungsmeachanismen der RACR Scheme-Bibliothek in der objektorientierten Programmierung. Dies umfasst insbesondere die automatische inkrementelle Auswertung attributbasierter semantischer Analysen und somit das automatische Cachen parametrisierter Funktionsmethoden. Graphersetzungen entsprechen hierbei Zustandsänderungen von Objektinstanzen und der Invalidierung abgeleiteter Berechnungen. Schwerpunkt dieses Berichts ist die objektorientierte Programmierschnittstelle von RACR-NET, dessen praktische Anwendung und Implementierung. Der Bericht ist ein Referenzhandbuch für RACR-NET Anwender und Entwickler.:1. Einleitung 1.1. Aufgabenstellung 1.2. Struktur der Arbeit 2. Konzeptionelle und technische Voraussetzungen 2.1. Überblick der RAG-gesteuerten Graphersetzung 2.2. Scheme 2.3. Die RACR Scheme-Bibliothek 2.4. Das .NET-Framework und die Common Language Infrastructure 2.5. IronScheme 3. RACR-NET Implementierung: Prozedurale Schnittstelle 3.1. Scheme in C# 3.2. RACR in C# 3.3. Anforderungsanalyse 3.4. Implementierung der prozeduralen Schnittstelle 4. RACR-NET Implementierung: Objektorientierte Schnittstelle 4.1. Überblick über die objektorientierte Schnittstelle 4.2. Anwendungsbeispiel 4.3. Herausforderungen bei der Implementierung 4.4. Implementierung 5. Evaluation 5.1. Testen der Schnittstelle 5.2. Performance-Messungen und -Vergleiche 6. Zusammenfassung und Ausblick 6.1. Eine objektorientierte Bibliothek für RAG-gesteuerte Graphersetzung 6.2. Zukünftige Arbeiten A. Literaturverzeichnis B. MIT Lizenz