Soepele toepassing van Verum s Dezyne bij het modelleren van software voor een service tool

Transcriptie

1 CASE STUDIE ANTONE Cool Gray 11 C:0 M:0 Y:0 K:76 :97 G:97 B: Logo niet kleiner gebruiken dan 15 mm breed 40 mm er solutions smarter solutions Soepele toepassing van Verum s Dezyne bij het modelleren van software voor een service tool ng smarter solutions ogo Logo met pay-off niet kleiner gebruiken dan 40 mm breed Dezyne is een tool ontwikkeld door Verum om software te ontwerpen gebaseerd op de methodologie van Model Driven Engineering. Dezyne wordt voornamenlijk gebruikt om complexe software systemen te ontwikkelen. Door zijn ingebouwde formele verificatie functionaliteit is Dezyne met name geschikt voor veiligheidkritische systemen gebruikt in de luchtvaart, auto-industrie, computerchipfabricatie en de medische industrie. Bedrijven die gebruik maken van Dezyne hebben hun marktintroductietijd met 20% versneld, 25% minder softwarefouten gemaakt en 50% kosten bespaard. Dezyne is één van de Model Driven Engineering toolsets waar ICT Group mee werkt om traditionele manieren van software ontwerp te innoveren. Met de technologie van vandaag leiden we de software engineers van morgen op. Hieronder beschrijven we de functionaliteit van Dezyne in een ontwikkelproject: het ontwikkelen van een service tool voor een startup/shutdown controller. Dit project is uitgevoerd door onze software engineer Saurav Paul.

2 Eerste ervaringen met Dezyne Saurav Paul kwam tijdens zijn studie Embedded Systems aan de TU Delft al in aanraking met de methodolgie van Model Driven Engineering. Toen hij kort na zijn afstuderen een Dezyne Community meeting bijwoonde, ontdekte hij sterke overeenkomsten tussen Dezyne en wat hij op de universiteit had geleerd. Enthousiast over de mogelijkheden van Dezyne begon hij er zelf mee te experimenteren bij een klein softwareontwikkelproject. In mijn ogen is Model Driven Engineering de toekomst van softwareontwikkeling, aldus Saurav. Ik stond dan ook te trappelen om Dezyne te gaan gebruiken. Toepassing van Dezyne bij een opdracht van Philips Na zijn afstuderen ging Saurav Paul aan de slag bij ICT Group. Zijn eerste opdracht was een project van Philips, waarbij Dezyne als voornaamste software toolset werd gebruikt. Philips ontwikkelt röntgensystemen voor beeldgeleide medische procedures. De röntgenapparaten worden aangedreven door complexe startup/shutdown controllers die de betrouwbaarheid en veilgheid ervan moeten garanderen. Aangezien het gedrag van deze controllers zeer complex is, wordt er een speciale service tool ingezet voor controles en onderhoud. Met gebruik van Dezyne ontwikkelde Saurav de software voor deze nieuwe service tool. Service Tool Ethernet Cable StartUp/ShutDown Controller Master Controller Controller1 Controller2 Controller3 De service tool controleert het gedrag van de startup/shutdown controller De werkwijze van Dezyne is om eerst een model te creëren dat het gedrag van het softwaresysteem beschrijft. Dit model fungeert als communicatiemiddel tussen de software engineer(s) en de stakeholders. Door deze verbeterde communicatie kunnen de eisen (requirements) van de stakeholders vollediger en effectiever worden geïmplementeerd. Daarnaast geeft Dezyne de software engineer de mogelijkheid om het gedrag van de software in elke fase van het ontwikkeltraject te testen, waardoor nog beter geverifieerd kan worden of het systeem aan de eisen voldoet. Wanneer de software eenmaal getest en geverifieerd is, kan de uiteindelijke computercode met één simpele druk op de knop automatisch vanuit het model worden gegenereerd. BackEndSwDzn ModeSupervisor FunctionInitiator + DiagnoseSys + InstallSys + SaveDataSys + ManualSys + ConManagerSys Statisch overzicht van het Dezyne model waarin de relaties tussen de verschillende componenten wordt beschreven. De computercode wordt automatisch vanuit dit model gegenereerd. Dezyne s unieke eigenschap: formele verificatie Wat Dezyne onderscheidt van andere Model Driven Engineering toolsets is zijn ingebouwde formele verificatie functionaliteit. Met één muisklik wordt het model gescand op fouten en ongewenste eigenschappen zoals deadlocks, livelocks, onvolledige mapping van events en responsen, race conditions, illegale acties en compliance. Mocht er iets niet kloppen, dan laat de formele verificatie niet alleen zien welke fout er is gemaakt, maar spoort het ook de precieze locatie ervan op in het model.

3 Bij het ontwerpen van de software voor de service tool had Saurav Paul veel steun aan Dezyne s formele verificatie. Wanneer je bij het programmeren op de traditionele manier een fout maakt, kan die door de compiler worden gedetecteerd. Maar runtime errors zijn heel moeilijk te detecteren en te corrigeren. Dezyne laat echter onmiddellijk zien waar de fout zich bevindt. En zodra de fout is hersteld kun je vanuit het model heel snel testen en verifiëren. Bij traditioneel programmeren duurt dat veel langer. systeemeisen voldoet. In tegenstelling tot traditionele softwareontwikkeling geeft Dezyne software engineers de mogelijkheid om zowel snel als grondig te testen. Wat Dezyne onderscheidt is een kortere en efficiëntere testfase. De componenten waaruit het softwaresysteem bestaat hoeven niet heel uitgebreid getest te worden, aangezien Dezyne s ingebouwde formele verificatie ongewenste eigenschappen zoals deadlocks en race conditions er al heeft uitgehaald. Het enige dat nog getest hoeft te worden is de functionaliteit van het gehele software systeem. In de toekomst is Verum van plan om op meer functionele eigenschappen te testen, zodat ook de functionele correctheid formeel kan worden geverifieerd en niet apart getest hoeft te worden Screenshot van een deadlock fout in het Dezyne model. Dezyne s formele verificatie functionaliteit produceert een sequence trace die de precieze locatie van de fout aanwijst Het waarborgen van de correcte functionaliteit door een combinatie van TDD en Model Driven Engineering De service tool waar Saurav Paul aan werkte heeft vier functionaliteiten of eigenschappen: manual mode, diagnose, firmware install en save data. Om te waarborgen dat deze functionaliteiten goed werkten gebruikte Saurav een combinatie van Test Driven Development (TDD) en Model Driven Engineering. Bij de traditionele manier van softwareontwikkeling neemt het testen van de software veel tijd in beslag. Door tijdsdruk is grondig testen vaak niet haalbaar. Dit vergroot de kans op fouten later in het proces, wanneer de software wordt geïmplementeerd. In een ideaal scenario is grondig testen echter noodzakelijk om te kunnen waarborgen dat de software aan alle Screenshot van een software component gemodelleerd in Dezyne s tekstuele modeltaal. Saurav ontwierp de software voor de vier functionaliteiten van de service tool door ze in Dezyne te modelleren. Vervolgens voerde hij unit tests uit om het gewenste gedrag te verifiëren. Wanneer er tijdens het testen fouten opdoken,

4 was hij in staat om ze snel in het model zelf te corrigeren alvorens het gehele systeem opnieuw te testen. De combinatie van testen en (her)modelleren leidt tot snelle en efficiënte aanpassingen, zelfs laat in het ontwikkeltraject. Saurav Paul: Het grote verschil met Dezyne is dat je meer tijd besteedt aan ontwerpen en minder aan testen. Vanwege zijn formeel geverifieerde implementatie kan Dezyne kwaliteit garanderen. Er zijn meer mogelijkheden om weeffouten op te sporen en te herstellen in de beginfase van het ontwikkeltraject. Handmatig programmeren Nadat de eigenschappen van de service tool succesvol waren getest, was Saurav in staat om met één druk op de knop C# code te produceren. Naast C# ondersteunt Dezyne ook de programmeertalen C, C++, Java, JavaScript and Python. Dezyne is niet bedoeld om software te ontwerpen voor algoritmen of om datastromen te modelleren. Deze eigenschappen kunnen niet worden gemodelleerd in Dezyne, maar moeten handmatig worden geprogrammeerd. Saurav Paul: Wanneer de software datagerelateerde beslissingen moest nemen of data moest uitlezen, gebruikten we handmatig geschreven code in plaats van het model. Ook werd handgeschreven code gebruikt om de software vast te maken aan de al aanwezige code van de startup/shutdown controller. Tenslotte voerde Saurav een laatste integratietest uit om te zien of de nieuwe software goed aansloot op de startup/ shutdown controller. Zo werd het project op succesvolle wijze afgerond. Project resultaten Het gebruik van Dezyne leidde tot positieve resultaten in het Philips project: Het integreren van het nieuwe softwareontwerp verliep veel soepeler dan bij de traditionele manier van softwareontwikkeling. Saurav Paul: De integratiefase was betrekkelijk eenvoudig, omdat de meeste software al in de implementatiefase was geverifieerd. Daarom weet je dat elke fout die je nog tegenkomt alleen te maken heeft met het integratieproces en niet met fouten in de software zelf. Ook de functionele tests verliepen soepeler. Dezyne s formele verificatie elimineert veelvoorkomende weeffouten zoals deadlocks en race conditions. Hierdoor verbeterde de snelheid en efficiëntie van de testfase aanzienlijk, aangezien veel ongwenste eigenschappen er al waren uitgefilterd. De software resulteerde in een betrouwbaardere en efficiëntere service tool, die beter met fouten kan omgaan. Ook werd de tijd voor het installeren van nieuwe firmware op de startup/shutdown controller met de nieuwe service tool aanzienlijk bekort. Uiteindelijk waren de stakeholders zeer tevreden met de functionaliteit en het gebruiksgemak van de nieuwe tool. Geleerde lessen Tijdens het werken aan het softwareontwerp voor de service tool voor de startup/shutdown controller leerde Saurav Paul waardevolle lessen over de Dezyne toolset: Het modelleren van een softwaresysteem als een compositie van kleine en eenvoudige componenten die op elkaar inwerken werkt beter dan het creëren van één groot, complex model. Saurav Paul: Wanneer je met kleinere componenten werkt wordt het veel eenvoudiger om fouten te testen en te corrigeren en om nieuwe functionaliteiten later nog toe te voegen. Weten wanneer je door Dezyne gegenereerde code of handgeschreven code moet gebruiken. Saurav Paul: Bij traditioneel softwareontwerp zijn control logica en dataverwerking niet van elkaar gescheiden, maar beide onderdeel van de code zelf. In Dezyne word je gedwongen om ze van elkaar te scheiden. Ik heb geleerd om afgewogen keuzes te maken wanneer ik de ene of de andere moet gebruiken.

5 Vergeleken met traditionele methodes doken er in Dezyne veel minder bugs en andere problemen op tijdens de latere ontwikkelfases. Er zijn vooral minder bugs tijdens de integratiefase, omdat Dezyne de meeste fouten al heeft opgespoord. In Dezyne wordt meer tijd besteed aan het formuleren van de software eisen (requirements) en het maken van het ontwerp, maar deze tijd wordt ruimschoots teruggewonnen in de latere fases. Je begint met meer vragen aan de stakeholders, vooral over de wat als scenario s, zegt Saurav. Dit maakt de software eisen en ook het latere software ontwerp helderder en robuuster en leidt tot een grotere klanttevredenheid. Het belangrijkste voordeel van Dezyne is volgens Saurav dat het menselijke programmeer- en communicatiefouten aanzienlijk beperkt. Dat bespaart tijd en verbetert de efficiëntie. Dezyne sluit de driehoek tussen software eisen, formele verificatie en het genereren van code. Het geeft een veel betrouwbaardere garantie voor een software oplossing die past bij de behoeften van de stakeholder. Dezyne sluit de driehoek tussen software eisen, formele verificatie en het genereren van code. Dezyne: de keuze van Philips en anderen Onze klant Philips maakte bij dit project een bewuste keuze om Dezyne te gebruiken. Door de complexiteit van de control logica in de startup/shutdown controller gaf de klant de voorkeur aan Dezyne s formele verificatie om de functionaliteit ervan zo adequaat mogelijk te modelleren en verifiëren. Contactpersonen Saurav Paul Software Engineer E: saurav.paul@ict.nl Ronald Wiericx Software Engineer E: ronald.wiericx@ict.nl Nieuwsgierig over de mogelijkheden van Model Driven Engineering en Verum Dezyne? Neem gerust contact op met onze software engineer Saurav Paul om de mogelijkheden voor uw organisatie te bespreken. Professor Doctor Dorgelolaan AM Eindhoven Kopenhagen LL Barendrecht The Netherlands T +31 (0) F +31 (0) info@ict.nl