Traceability data provides the knowledge on dependencies and logical relations existing amongst artefacts that are created during software development. In reasoning over traceability data, conclusions can be drawn to increase the quality of software. The paradigm of Model-driven Software Engineering (MDSD) promotes the generation of software out of models. The latter are specified through different modelling languages. In subsequent model transformations, these models are used to generate programming code automatically. Traceability data of the involved artefacts in a MDSD process can be used to increase the software quality in providing the necessary knowledge as described above. Existing traceability solutions in MDSD are based on the integral model mapping of transformation execution to generate traceability data. Yet, these solutions still entail a wide range of open challenges. One challenge is that the collected traceability data does not adhere to a unified formal definition, which leads to poorly integrated traceability data. This aggravates the reasoning over traceability data. Furthermore, these traceability solutions all depend on the existence of a transformation engine. However, not in all cases pertaining to MDSD can a transformation engine be accessed, while taking into account proprietary transformation engines, or manually implemented transformations. In these cases it is not possible to instrument the transformation engine for the sake of generating traceability data, resulting in a lack of traceability data. In this work, we address these shortcomings. In doing so, we propose a generic traceability framework for augmenting arbitrary transformation approaches with a traceability mechanism. To integrate traceability data from different transformation approaches, our approach features a methodology for augmentation possibilities based on a design pattern. The design pattern supplies the engineer with recommendations for designing the traceability mechanism and for modelling traceability data. Additionally, to provide a traceability mechanism for inaccessible transformation engines, we leverage parallel model matching to generate traceability data for arbitrary source and target models. This approach is based on a language-agnostic concept of three similarity measures for matching. To realise the similarity measures, we exploit metamodel matching techniques for graph-based model matching. Finally, we evaluate our approach according to a set of transformations from an SAP business application and the domain of MDSD.

Die modellgetriebene Entwicklung (MDD) ist ein Ansatz, um formale Modelle automatisiert in ausführbare Software zu übersetzen. Obwohl dieses Vorgehen die Häufigkeit von Fehlern im generierten Quellcode verringert, können immer noch die Ausgangsmodelle fehlerhaft sein. Deshalb sind zusätzliche Prüfverfahren, wie z.B. die Verwendung eines Model Checkers sinnvoll. Er stellt automatisiert sicher, dass ein Modell alle gestellten Anforderungen erfüllt. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Integration eines Model Checkers in den modellgetriebenen Entwicklungsprozess, um die Qualität von Software-Produkten zu verbessern. Zu diesem Zweck wird das sogenannte DSL Verification Framework (DVF) vorgestellt. Es stellt Entwicklern vorgefertigte Sprachkonstrukte zur Verfügung, um die Implementierung von Parsern und Transformatoren zu erleichtern. Des Weiteren berücksichtigt es auch die "State Space Explosion", damit auch größere Modelle verifizierbar bleiben. Um die praktische Nutzung des DVF zu evaluieren, werden zwei Industriefallstudien durchgeführt.

Moderne Produkte stellen Herausforderungen in unterschiedlichsten physikalischen Domänen, die alle bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden müssen. Ansys hat nicht nur das richtige Werkzeug für jeden einzelnen physikalischen Bereich, sondern ermöglicht darüber hinaus, das komplexe Zusammenspiel der verschiedenen Phänomene vorherzusagen und zu bewerten. An Beispielen zeigen wir die Möglichkeiten zur multiphysikalischen Kopplung in der produktübergreifenden Benutzeroberfläche von Ansys auf. / Modern products pose challenges in various physical domains that must all be considered during product development. Ansys not only has the right tools for each individual physical domain, but also enables the prediction and evaluation of the complex interactions of different phenomena. We present the possibilities for multiphysics coupling in the cross-product user interface of Ansys with some examples.

Domänenspezifische Sprachen (DSLs) sind Software-Sprachen, die speziell für bestimmte Anwendungsdomänen entwickelt wurden. Mithilfe von DSLs können Domänenexperten ihr Domänenwissen auf einem hohen Abstraktionsniveau beschreiben. Wie andere Software-Sprachen auch, benötigen DSLs Sprachwerkzeuge, die Assistenz bei der Erstellung und Verarbeitung von domänenspezifischen Modellen bieten. Eine domänenspezifische Werkbank (DSW) ist ein Software-Werkzeug, welches mehrere solcher Sprachwerkzeuge für eine DSL miteinander integriert. Existierende Werkzeuge, die es erlauben eine DSW aufgrund der Beschreibung einer DSL automatisch generieren zu lassen, unterstützen jedoch nicht die Beschreibung und Generierung von editierbaren Sichten. Eine Sicht ist ein Teil einer DSW, der nur einen bestimmten Aspekt eines Modells darstellt. Diese Dissertation stellt spezielle Modelltransformationssprachen (MTLs) vor, mit denen die Synchronisation von Sichten in einer generierten DSW beschrieben werden kann. Dadurch können DSWs mit editierbaren Sichten mittels existierender Werkzeuge zur Generierung von Sprachwerkzeugen erstellt werden. Dafür wird eine DSW für die Nanophysik-Domäne sowie eine Taxonomie von Synchronisationstypen vorgestellt, welche es erlaubt genau zu bestimmen, welche Art von Modelltransformationen für die Synchronisation von Sichten in dieser Werkbank benötigt werden. Entsprechend dieser Anforderungen werden zwei MTLs entwickelt. Insbesondere wird eine bidirektionale MTL entwickelt. Mit solch einer Sprache kann man eine Relation, welche definiert ob zwei Modelle synchron sind, so beschreiben, dass die entsprechende Synchronisationslogik automatisch abgeleitet werden kann. Die gezeigten MTLs werden als interne DSLs - das heißt eingebettet als ausdrucksstarke Bibliotheken - in der Programmiersprache Scala implementiert. Auf diese Weise kann Scalas Typprüfung genutzt werden, um Transformationen und deren Komposition statisch zu verifizieren. / Domain-specific languages (DSLs) are software languages which are tailored to a specific application domain. DSLs enable domain experts to create domain-specific models, that is, high-level descriptions of domain knowledge. As any other software languages, DSLs rely on language tools which provide assistance for processing and managing domain-specific models. A domain-specific workbench is an integrated set of such tools for a DSL. A recently proposed approach is to automatically generate a domain-specific workbench for a DSL from a description of that DSL. However, existing tools which apply this approach do not support to describe and generate editable domain-specific views. A view is a part of domain-specific workbench that presents only one aspect of a model, for example, its hierarchical structure. This dissertation presents special model transformation languages which support the description of view synchronization in a generated domain-specific workbench. This allows a multi-view domain-specific workbench to be created with existing tools for language tool generation. We present a generated domain-specific workbench for the nanophysics domain and present a taxonomy of synchronization types. This allows us to precisely define what model transformations are required for view synchronization in that workbench. According to these requirements, we develop two transformation languages by adapting existing ones. In particular, we develop a bidirectional transformation language. With such a language one can describe a relation which defines whether two models are in sync and let the synchronization logic be inferred automatically. We implement model transformation languages as internal DSLs - that is, embedded as expressive libraries - in the Scala programming language and use Scala''s type checking for static verification of transformations and their composition.

Verteilte Kommunikationssysteme haben in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen, insbesondere durch die Vielzahl von Anwendungen in unserem Alltag. Die Heterogenität der Anwendungen und Anwendungsdomänen spricht für die Komplexität solcher Systeme und verdeutlicht die Herausforderungen, mit denen ihre Entwickler konfrontiert sind. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Unterstützung des Entwicklungsprozesses von Anwendungen für verteilte Kommunikationssysteme. Es gibt zwei Aspekte, die dabei berücksichtigt werden müssen. Der erste und offensichtlichste ist die Unterstützung der Entwicklung der Anwendung selbst, die letztendlich auf der vorhandenen verteilten Kommunikationsinfrastruktur bereitgestellt werden soll. Der zweite weniger offensichtliche, aber genauso wichtige Aspekt besteht in der Analyse der Anwendung vor ihrer eigentlichen Installation. Anwendungsentwicklung und analyse sind also "zwei Seiten der gleichen Medaille". Durch die Berücksichtigung beider Aspekt erhöht sich jedoch andererseits der Aufwand bei der Entwicklung. Die Arbeit kombiniert und erweitert vorhandene Technologien entsprechend dem modellgetriebenen Entwicklungsparadigma zu einer einheitlichen Entwicklungsmethode. Die Eigenschaften der Anwendung werden in einer vereinheitlichten Beschreibung erfasst, welche sowohl die automatische Überführung in Installationen auf echten Infrastrukturen erlaubt, als auch die Analyse auf der Basis von Modellen. Darüber hinaus wird der Entwicklungsprozess mit zusätzlicher Unterstützung bei der Visualisierung der Analyse ergänzt. Die Praktikabilität des Ansatzes wird anschließend anhand der Entwicklung und Analyse einer Anwendung zur Erdbebenfrühwarnung unter Beweis gestellt. / Distributed communication systems have gained a substantial importance over the past years with a large set of examples of systems that are present in our everyday life. The heterogeneity of applications and application domains speaks for the complexity of such systems and the challenges that developers are faced with. The focus of this dissertation is on the development of applications for distributed communication systems. There are two aspects that need to be considered during application development. The first and most obvious is the development of the application itself that will be deployed on the existing distributed communication infrastructure. The second and less obvious, but equally important, is the analysis of the deployed application. Application development and analysis are like "two sides of the the same coin". However, the separation between the two increases the cost and effort required during the development process. Existing technologies are combined and extended following the model-driven development paradigm to obtain a unified development method. The properties of the application are captured in a unified description which drives automatic transformation for deployment on real infrastructures and/or analysis. Furthermore, the development process is complemented with additional support for visualization to aid analysis. The defined approach is then used in the development of an alarming application for earthquake early warning.

The development of self-adaptive software requires the engineering of an adaptation engine that controls and adapts the underlying adaptable software by means of feedback loops. The adaptation engine often describes the adaptation by using runtime models representing relevant aspects of the adaptable software and particular activities such as analysis and planning that operate on these runtime models. To systematically address the interplay between runtime models and adaptation activities in adaptation engines, runtime megamodels have been proposed for self-adaptive software. A runtime megamodel is a specific runtime model whose elements are runtime models and adaptation activities. Thus, a megamodel captures the interplay between multiple models and between models and activities as well as the activation of the activities. In this article, we go one step further and present a modeling language for ExecUtable RuntimE MegAmodels (EUREMA) that considerably eases the development of adaptation engines by following a model-driven engineering approach. We provide a domain-specific modeling language and a runtime interpreter for adaptation engines, in particular for feedback loops. Megamodels are kept explicit and alive at runtime and by interpreting them, they are directly executed to run feedback loops. Additionally, they can be dynamically adjusted to adapt feedback loops. Thus, EUREMA supports development by making feedback loops, their runtime models, and adaptation activities explicit at a higher level of abstraction. Moreover, it enables complex solutions where multiple feedback loops interact or even operate on top of each other. Finally, it leverages the co-existence of self-adaptation and off-line adaptation for evolution. / Die Entwicklung selbst-adaptiver Software erfordert die Konstruktion einer sogenannten "Adaptation Engine", die mittels Feedbackschleifen die unterliegende Software steuert und anpasst. Die Anpassung selbst wird häufig mittels Laufzeitmodellen, die die laufende Software repräsentieren, und Aktivitäten wie beispielsweise Analyse und Planung, die diese Laufzeitmodelle nutzen, beschrieben. Um das Zusammenspiel zwischen Laufzeitmodellen und Aktivitäten systematisch zu erfassen, wurden Megamodelle zur Laufzeit für selbst-adaptive Software vorgeschlagen. Ein Megamodell zur Laufzeit ist ein spezielles Laufzeitmodell, dessen Elemente Aktivitäten und andere Laufzeitmodelle sind. Folglich erfasst ein Megamodell das Zusammenspiel zwischen verschiedenen Laufzeitmodellen und zwischen Aktivitäten und Laufzeitmodellen als auch die Aktivierung und Ausführung der Aktivitäten. Darauf aufbauend präsentieren wir in diesem Artikel eine Modellierungssprache für ausführbare Megamodelle zur Laufzeit, EUREMA genannt, die aufgrund eines modellgetriebenen Ansatzes die Entwicklung selbst-adaptiver Software erleichtert. Der Ansatz umfasst eine domänen-spezifische Modellierungssprache und einen Laufzeit-Interpreter für Adaptation Engines, insbesondere für Feedbackschleifen. EUREMA Megamodelle werden über die Spezifikationsphase hinaus explizit zur Laufzeit genutzt, um mittels Interpreter Feedbackschleifen direkt auszuführen. Zusätzlich können Megamodelle zur Laufzeit dynamisch geändert werden, um Feedbackschleifen anzupassen. Daher unterstützt EUREMA die Entwicklung selbst-adaptiver Software durch die explizite Spezifikation von Feedbackschleifen, der verwendeten Laufzeitmodelle, und Adaptionsaktivitäten auf einer höheren Abstraktionsebene. Darüber hinaus ermöglicht EUREMA komplexe Lösungskonzepte, die mehrere Feedbackschleifen und deren Interaktion wie auch die hierarchische Komposition von Feedbackschleifen umfassen. Dies unterstützt schließlich das integrierte Zusammenspiel von Selbst-Adaption und Wartung für die Evolution der Software.

Die öffentliche Verwaltung setzt seit mehreren Jahren E-Government-Anwendungssysteme ein, um ihre Verwaltungsprozesse intensiver mit moderner Informationstechnik zu unterstützen. Da die öffentliche Verwaltung in ihrem Handeln in besonderem Maße an Recht und Gesetz gebunden ist verstärkt und verbreitet sich der Zusammenhang zwischen den Gesetzen und Rechtsvorschriften einerseits und der zur Aufgabenunterstützung eingesetzten Informationstechnik andererseits. Aus Sicht der Softwaretechnik handelt es sich bei diesem Zusammenhang um eine spezielle Form der Verfolgbarkeit von Anforderungen (engl. Traceability), die so genannte Verfolgbarkeit im Vorfeld der Anforderungsspezifikation (Pre-Requirements Specification Traceability, kurz Pre-RS Traceability), da sie Aspekte betrifft, die relevant sind, bevor die Anforderungen in eine Spezifikation eingeflossen sind (Ursprünge von Anforderungen). Der Ansatz dieser Arbeit leistet einen Beitrag zur Verfolgbarkeit im Vorfeld der Anforderungsspezifikation von E-Government-Anwendungssystemen. Er kombiniert dazu aktuelle Entwicklungen und Standards (insbesondere des World Wide Web Consortium und der Object Management Group) aus den Bereichen Verfolgbarkeit von Anforderungen, Semantic Web, Ontologiesprachen und modellgetriebener Softwareentwicklung. Der Lösungsansatz umfasst eine spezielle Ontologie des Verwaltungshandeln, die mit den Techniken, Methoden und Werkzeugen des Semantic Web eingesetzt wird, um in Texten von Rechtsvorschriften relevante Ursprünge von Anforderungen durch Annotationen mit einer definierten Semantik zu versehen. Darauf aufbauend wird das Ontology Definition Metamodel (ODM) verwendet, um die Annotationen als spezielle Individuen einer Ontologie auf Elemente der Unified Modeling Language (UML) abzubilden. Dadurch entsteht ein neuer Modelltyp Pre-Requirements Model (PRM), der das Vorfeld der Anforderungsspezifikation formalisiert. Modelle diesen Typs können auch verwendet werden, um Aspekte zu formalisieren die sich nicht oder nicht vollständig aus dem Text der Rechtsvorschrift ergeben. Weiterhin bietet das Modell die Möglichkeit zum Anschluss an die modellgetriebene Softwareentwicklung. In der Arbeit wird deshalb eine Erweiterung der Model Driven Architecture (MDA) vorgeschlagen. Zusätzlich zu den etablierten Modelltypen Computation Independent Model (CIM), Platform Independent Model (PIM) und Platform Specific Model (PSM) könnte der Einsatz des PRM Vorteile für die Verfolgbarkeit bringen. Wird die MDA mit dem PRM auf das Vorfeld der Anforderungsspezifikation ausgeweitet, kann eine Transformation des PRM in ein CIM als initiale Anforderungsspezifikation erfolgen, indem der MOF Query View Transformation Standard (QVT) eingesetzt wird. Als Teil des QVT-Standards ist die Aufzeichnung von Verfolgbarkeitsinformationen bei Modelltransformationen verbindlich. Um die semantische Lücke zwischen PRM und CIM zu überbrücken, erfolgt analog zum Einsatz des Plattformmodells (PM) in der PIM nach PSM Transformation der Einsatz spezieller Hilfsmodelle. Es kommen dafür die im Projekt "E-LoGo" an der Universität Potsdam entwickelten Referenzmodelle zum Einsatz. Durch die Aufzeichnung der Abbildung annotierter Textelemente auf Elemente im PRM und der Transformation der Elemente des PRM in Elemente des CIM kann durchgängige Verfolgbarkeit im Vorfeld der Anforderungsspezifikation erreicht werden. Der Ansatz basiert auf einer so genannten Verfolgbarkeitsdokumentation in Form verlinkter Hypertextdokumente, die mittels XSL-Stylesheet erzeugt wurden und eine Verbindung zur graphischen Darstellung des Diagramms (z. B. Anwendungsfall-, Klassendiagramm der UML) haben. Der Ansatz unterstützt die horizontale Verfolgbarkeit zwischen Elementen unterschiedlicher Modelle vorwärts- und rückwärtsgerichtet umfassend. Er bietet außerdem vertikale Verfolgbarkeit, die Elemente des gleichen Modells und verschiedener Modellversionen in Beziehung setzt. Über den offensichtlichen Nutzen einer durchgängigen Verfolgbarkeit im Vorfeld der Anforderungsspezifikation (z. B. Analyse der Auswirkungen einer Gesetzesänderung, Berücksichtigung des vollständigen Kontextes einer Anforderung bei ihrer Priorisierung) hinausgehend, bietet diese Arbeit eine erste Ansatzmöglichkeit für eine Feedback-Schleife im Prozess der Gesetzgebung. Stehen beispielsweise mehrere gleichwertige Gestaltungsoptionen eines Gesetzes zur Auswahl, können die Auswirkungen jeder Option analysiert und der Aufwand ihrer Umsetzung in E-Government-Anwendungen als Auswahlkriterium berücksichtigt werden. Die am 16. März 2011 in Kraft getretene Änderung des NKRG schreibt eine solche Analyse des so genannten „Erfüllungsaufwands“ für Teilbereiche des Verwaltungshandelns bereits heute verbindlich vor. Für diese Analyse kann die vorliegende Arbeit einen Ansatz bieten, um zu fundierten Aussagen über den Änderungsaufwand eingesetzter E-Government-Anwendungssysteme zu kommen. / Public administration is using electronic government (e-government) application systems for several years to support their processes more intensive with modern information and communication technology than ever before. This increases and broadens the relationship between law and legislation executed by the administration on the one hand and requirements to e-government application systems used to support administrative execution on the other hand. This relationship is subject matter of pre-requirements specification traceability (pre-RS traceability). This work introduces an approach to pre-RS traceabiliy for e-government application. It combines research efforts and standards (i.e. of World Wide Web Consortium and Object Management Group) from different fields: traceability, semantic web, ontology engineering and model driven software engineering. Using this approach it is possible to add a semantic to elements of law and legislation texts using annotations. Annotation semantics is based on an ontology of public administration execution developed especially for this approach. A mapping from annotated text elements as a special kind of ontology individuals to elements of Unified Modeling Language (UML) is created using the Ontology Definition Metamodel (ODM). This mapping results in a new model type referred to as Pre-Requirements Model (PRM). This model uses elements that exist before requirements are explicitly documented in a requirements specification. Therefore it can be primary used to formalize elements and their relationships in the pre-requirements scope. Through the mapping rules of ODM it keeps a traceable relationship from each model element to its corresponding annotated text elements. PRM can also be used to model and refine elements that are not or not completely derived directly from text of law and legislation. In this work is argued that Model Driven Architecture (MDA) might profit from extending the existing model types Computation Independent Model (CIM), Platform Independent Model (PIM) and Platform Specific Model (PSM) by using a PRM. This extension leads to an Architecture that starts with a pre-requirements viewpoint before any requirements are formalized and documented in models of type CIM. It offers also the opportunity to use model transformation to create an initial CIM from PRM by allying the MOF Query View Transformation standard (QVT). Using QVT ensures the traceability of model transformation because standard enforces recording of traceability information. A Transformation from PRM to CIM creates an initial requirements specification that can be refined using common techniques, methods and tools. To bridge the semantic gap between PRM and CIM the approach follows the pattern of PIM to PSM transformation which uses the Platform Model (PM). Analogues PRM to CIM transformation uses special reference models for e-government developed in the project "E-LoGo" at university of Potsdam. By recoding traces of mapping annotation to elements in PRM and transforming elements of PRM to elements in CIM using reference models continuous pre-RS traceability can be achieved. The approach uses simple Extensible Stylesheet Language Transformations (XSLT) to create a hypertext documentation that links all relevant elements. Navigating along these links makes it possible for example to start with an annotated element of a law text and follow to all resulting requirements in a CIM. Using the opposite direction it is possible to see for each requirement from which text element of a law it is derived or even if there is no relation to law. By integrating the graphical representation of a model element this navigation can even start directly in a UML diagram. This illustrates that the approach offers vertical and horizontal traceability in forward and backward direction. Besides the obvious use cases continuous pre-requirements specification traceability offers in general (i.e. impact analysis on changes of law and legislation, consider context of a requirements when prioritizing them) is also offers the chance to create a feedback on the consequences of a change in law to existing e-government systems. As long as alternatives and the necessary scope in legislative process are still left, a feedback can be used to choose an alternative with less effort or faster implementation. For federal law it is in Germany since 2011 obligatory to make a similar estimation referred to as achievement effort (“Erfüllungsaufwand”). This work contributes to the first step of making a solid estimation of this kind of effort using pre-RS traceability.

Software development processes incorporate a variety of different artifacts (e.g., source code, models, and documentation). For multiple reasons the data that is contained in these artifacts does expose some degree of redundancy. Ensuring global consistency across artifacts during all stages in the development of software systems is required, because inconsistent artifacts can yield to failures. Ensuring consistency can be either achieved by reducing the amount of redundancy or by synchronizing the information that is shared across multiple artifacts. The discipline of software engineering that addresses these problems is called Round-Trip Engineering (RTE). In this thesis we present a conceptual framework for the design RTE systems. This framework delivers precise definitions for essential terms in the context of RTE and a process that can be used to address new RTE applications. The main idea of the framework is to partition models into parts that require synchronization - skeletons - and parts that do not - clothings. Once such a partitioning is obtained, the relations between the elements of the skeletons determine whether a deterministic RTE system can be built. If not, manual decisions may be required by developers. Based on this conceptual framework, two concrete approaches to RTE are presented. The first one - Backpropagation-based RTE - employs change translation, traceability and synchronization fitness functions to allow for synchronization of artifacts that are connected by non-injective transformations. The second approach - Role-based Tool Integration - provides means to avoid redundancy. To do so, a novel tool design method that relies on role modeling is presented. Tool integration is then performed by the creation of role bindings between role models. In addition to the two concrete approaches to RTE, which form the main contributions of the thesis, we investigate the creation of bridges between technical spaces. We consider these bridges as an essential prerequisite for performing logical synchronization between artifacts. Also, the feasibility of semantic web technologies is a subject of the thesis, because the specification of synchronization rules was identified as a blocking factor during our problem analysis. The thesis is complemented by an evaluation of all presented RTE approaches in different scenarios. Based on this evaluation, the strengths and weaknesses of the approaches are identified. Also, the practical feasibility of our approaches is confirmed w.r.t. the presented RTE applications.

Statische Codemetriken sind wichtige Indikatoren für die Qualität eines Softwaresystems. Sie beleuchten dabei unterschiedliche Aspekte eines Softwaresystems. Deshalb ist es notwendig, mehrere Codemetriken zu nutzen, um die Qualität eines Softwaresystems in seiner Gesamtheit bewerten zu können. Wünschenswert wäre zudem eine Darstellung, die die Struktur des Gesamtsystems und die Bewertung einzelner Elemente eines Softwaresystems in einer Darstellung kombiniert. Die Arbeit untersucht deshalb, welche Metaphern geeignet sind, um eine solche Darstellung zu ermöglichen. Ein zweites Ziel der Arbeit war es, eine solche Visualisierung automatisch erzeugen zu können. Dafür wurde ein Generator entwickelt, der diese Anforderung erfüllt. Zur Konzeption dieses Generators kamen Techniken aus der generativen Softwareentwicklung zum Einsatz. Bei der Umsetzung des Generators wurde auf Techniken aus der modellgetriebenen Softwareentwicklung zurückgegriffen, vor allem auf Techniken aus dem openArchitectureWare-Framework. Der Generator kann in Eclipse eingebunden werden und ist in der Lage, aus einem Java-Projekt die Struktur und die Metrikwerte automatisch zu extrahieren. Diese Werte werden daraufhin in ein dreidimensionales Modell überführt, das auf dem offenen Extensible 3D Standard basiert. Der Generator ermöglichte zudem die Evaluierung zweier unterschiedlicher Metaphern, die im Rahmen der Arbeit durchgeführt wurde.

Heutzutage sind wir von Geräten umgeben, die sowohl Hardware wie auch Software- Komponenten beinhalten. Diese Geräte unterstützen ein breites Spektrum an verschiedenen Domänen, so zum Beispiel Telekommunikation, Luftfahrt, Automobil und andere. Derartige Systeme sind überall aufzufinden und werden als Eingebettete Systeme bezeichnet, da sie zur Informationsverarbeitung in andere Produkte eingebettet werden, wobei die Informationsverarbeitung des eingebetteten Systems jedoch nicht die bezeichnende Funktion des Produkts ist. Die ständig zunehmende Komplexität moderner eingebettete Systeme erfordert die Verwendung von mehreren Komponenten um die Funktionen von einem einzelnen System zu implementieren. Eine solche Steigerung der Funktionalität führt jedoch ebenfalls zu einem Wachstum in der Entwurfs-Komplexität, die korrekt und effizient beherrscht werden muss. Neben hohen Anforderungen bezüglich Leistungsaufnahme, Performanz und Kosten hat auch Time-to-Market-Anforderungen großen Einfluss auf den Entwurf von Eingebetteten Systemen. Design Space Exploration (DSE) beschreibt die systematische Erzeugung und Auswertung von Entwurfs-Alternativen, um die Systemleistung zu optimieren und den gestellten Anforderungen an das System zu genügen. Bei der Entwicklung von Eingebetteten Systemen, speziell beim Platform-Based Design (PBD) führt die zunehmende Anzahl von Design-Entscheidungen auf mehreren Abstraktionsebenen zu einer Explosion der möglichen Kombinationen von Alternativen, was auch für aktuelle DSE Methoden eine Herausforderung darstellt. Jedoch vermag üblicherweise nur eine begrenzte Anzahl von Entwurfs-Alternativen die zusätzlich formulierten nicht-funktionalen Anforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus beeinflusst jede Entwurfs- Entscheidung weitere Entscheidungen und damit die resultierenden Systemeigenschaften. Somit existieren Abhängigkeiten zwischen Entwurfs-Entscheidungen und deren Reihenfolge auf dem Weg zur Implementierung des Systems. Zudem gilt es zwischen einer spezifischen Heuristik für eine bestimmte DSE, welche zu verbesserten Optimierungsresultaten führt, sowie globalen Verfahren, welche ihrerseits zur Flexibilität hinsichtlich der Anwendbarkeit bei verschiedenen DSE Szenarien beitragen, abzuwägen. Um die genannten Herausforderungen zu lösen wird eine Modellgetriebene Entwicklung (englisch Model-Driven Engineering, kurz MDE) Methodik für DSE vorgeschlagen. Für diese Methodik wird ein DSE-Domain-Metamodell eingeführt um relevante DSEKonzepte wie Entwurfsraum, Entwurfs-Alternativen, Auswertungs- und Bewertungsverfahren, Einschränkungen und andere abzubilden. Darüber hinaus modelliert das Metamodell verschiedenen DSE-Frage- stellungen, was zur Verbesserung der Flexibilität der vorgeschlagenen Methodik beiträgt. Zur Umsetzung von DSE-Regeln, welche zur Steuerung, Einschränkung und Generierung der Ent- wurfs-Alternativen genutzt werden, finden Modell-zu-Modell-Transformationen Anwendung. Durch die Fokussierung auf die Zuordnung zwischen den Schichten in einem PBDAnsatz wird eine neuartige Entwurfsraumabstraktion eingeführt, um multiple Entwurfsentscheidungen als singuläres DSE Problem zu repräsentieren. Diese auf dem Categorial Graph Product aufbauende Abstraktion entkoppelt den Explorations-Algorithmus vom Entwurfsraum und ist für Umsetzung in automatisierte Werkzeugketten gut geeignet. Basierend auf dieser Abstraktion profitiert die DSE-Methode durch die eingeführte MDEMethodik als solche und ermöglicht nunmehr neue Optimierungsmöglichkeiten sowie die Verbesserung der Integration von DSE in Entwicklungsprozesse und die Spezifikation von DSE-Szenarien. / Atualmente dispositivos contendo hardware e software são encontrados em todos os lugares. Estes dispositivos prestam suporte a uma varieadade de domínios, como telecomunicações, automotivo e outros. Eles são chamados “sistemas embarcados”, pois são sistemas de processamento montados dentro de produtos, cujo sistema de processamento não faz parte da funcionalidade principal do produto. O acréscimo de funções nestes sistemas implica no aumento da complexidade de seu projeto, o qual deve ser adequadamente gerenciado, pois além de requisitos rigorosos em relação à dissipação de potência, desempenho e custos, a pressão sobre o prazo para introdução de um produto no mercado também dificulta seu projeto. Exploração do espaço de projeto (DSE) é a atividade sistemática de gerar e avaliar alternativas de projetos, com o objetivo de otimizar suas propriedades. No desenvolvimento de sistemas embarcados, especialmente em Projeto Baseado em Plataformas (PBD), metodologias de DSE atuais são desafiadas pelo crescimento do número de decisões de projeto, o qual implica na explosão da combinação de alternativas. Porém, somente algumas destas resultam em projetos que atedem os requisitos nãofuncionais. Além disso, as decisões influenciam umas às outras, de forma que a ordem em que estas são tomadas alteram a implementação final do sistema. Outro desafio é o balanço entre flexibilidade da metodologia e seu desempenho, pois métodos globais de otimização são flexíveis, mas apresentam baixo desempenho. Já heurísticas especialmente desenvolvidas para o cenário de DSE em questão apresentam melhor desempenho, porém dificilmente são aplicáveis a diferentes cenários. Com o intuito de superar os desafios é proposta uma metodologia de projeto dirigido por modelos (MDE) adquada para DSE. Um metamodelo do domínio de DSE é definido para representar conceitos como espaço de projeto, métodos de avaliação e restrições. O metamodelo também representa diferentes problemas de DSE aprimorando a flexibilidade da metodologia. Regras de transformações de modelos implementam as regras de DSE, as quais são utilizadas para restringir e guiar a geração de projetos alternativos. Restringindo-se ao mapeamento entre camadas no PBD é proposta uma abstração para representar o espaço de projeto. Ela representa múltiplas decisões de projeto envolvidas no mapeamento como um único problema de DSE. Esta representação é adequada para a implementação em ferramentas automática de DSE e pode beneficiar o processo de DSE com uma abordagem de MDE, aprimorando a especificação de cenários de DSE e sua integração no processo de desenvolvimento. / Nowadays we are surrounded by devices containing hardware and software components. These devices support a wide spectrum of different domains, such as telecommunication, avionics, automobile, and others. They are found anywhere, and so they are called Embedded Systems, as they are information processing systems embedded into enclosing products, where the processing system is not the main functionality of the product. The ever growing complexity in modern embedded systems requires the utilization of more components to implement the functions of a single system. Such an increasing functionality leads to a growth in the design complexity, which must be managed properly, because besides stringent requirements regarding power, performance and cost, also time-to-market hinders the design of embedded systems. Design Space Exploration (DSE) is the systematic generation and evaluation of design alternatives, in order to optimize system properties and fulfill requirements. In embedded system development, specifically in Platform-Based Design (PBD), current DSE methodologies are challenged by the increasing number of design decisions at multiple abstraction levels, which leads to an explosion of combination of alternatives. However, only a reduced number of these alternatives leads to feasible designs, which fulfill non-functional requirements. Moreover, each design decision influences subsequent decisions and system properties, hence there are inter-dependencies between design decisions, so that the order decisions are made matters to the final system implementation. Furthermore, there is a trade-off between heuristics for specific DSE, which improves the optimization results, and global optimizers, which improve the flexibility to be applied in different DSE scenarios. In order to overcome the identified challenges an MDE methodology for DSE is proposed. For this methodology a DSE Domain metamodel is proposed to represent relevant DSE concepts such as design space, design alternatives, evaluation method, constraints and others. Moreover, this metamodel represents different DSE problems, improving the flexibility of the proposed framework. Model transformations are used to implement DSE rules, which are used to constrain, guide, and generate design candidates. Focusing on the mapping between layers in a PBD approach, a novel design space abstraction is provided to represent multiple design decisions involved in the mapping as a single DSE problem. This abstraction is based on Categorical Graph Product, decoupling the exploration algorithm from the design space and being well suited to be implemented in automatic exploration tools. Upon this abstraction, the DSE method can benefit from the MDE methodology, opening new optimization opportunities, and improving the DSE integration into the development process and specification of DSE scenarios.