The growing complexity of embedded systems requires new strategies to meet the challenges of embedded system development. The evolution of programming languages shows that abstraction is the best way to overcome complexity. Model-driven engineering is a methodology that raises the level of abstraction and attempts to approximate human language, thinking, and conceptualization. Combined with a code generation approach, the development process shifts from manual coding to generator-based development. Instead of manually implementing hardware (e.g., VHDL, Verilog) or software code (e.g., C, C++), generators coded in high-level languages generate these design views. While such modern development techniques are becoming more and more accepted in hardware development, embedded software is still predominantly implemented manually. Consequently, software development becomes even more of a bottleneck than it already is, undoing the improvements made in HW development. This thesis addresses this shortcoming and proposes an embedded software design methodology based on model-driven architecture to reduce costs, increase quality and speed-up embedded software development. Together with the existing hardware modeling approach, a holistic generation flow is created that ensures the synchronized generation of hardware and embedded software. The flow proposes an embedded software metamodel to abstract the structure and behavior of embedded software. Through the holistic approach, transformations translate a specification (conceptual model) into instances of the embedded software metamodel and the hardware metamodel (hardware generation flow). They result in a ready-to-use embedded software code whose structure and behavior are tailored to the particular hardware device. The presented approach handles the entire embedded software stack. For the creation of the HW/SW interface, an automatism is set up to optimize the memory layout of the peripherals in order to implement an efficient hardware abstraction layer. The approach follows several transformation steps for the device driver layer to create a wide variety of device driver variants. A user can further customize the variant according to the application and system needs. The generation flow supports (1) highly configurable device specifications, (2) multiple embedded software architecture schemes, (3) non-functional extensions (e.g., safety measures), and (4) different platforms (e.g., languages). Applying this approach in the industry has high potential. A developer must no longer be a domain expert to implement, e.g., safe embedded software. This saves a lot of development cost while being less error-prone as it replaces repetitive implementation activities. Furthermore, the designer can analyze several design alternatives to identify the best variant for a specific system.      «

The growing complexity of embedded systems requires new strategies to meet the challenges of embedded system development. The evolution of programming languages shows that abstraction is the best way to overcome complexity. Model-driven engineering is a methodology that raises the level of abstraction and attempts to approximate human language, thinking, and conceptualization. Combined with a code generation approach, the development process shifts from manual coding to generator-based developme...     »

Die wachsende Komplexität eingebetteter Systeme erfordert neue Strategien um omplexität bei der Entwicklung von eingebetteten Systemen zu bewältigen. Die Evolution der Programmiersprachen zeigt, dass Abstraktion der beste Weg zur Bewältigung von Komplexität ist. Modellbasierte Entwicklungsmethoden heben das Abstraktionslevel an und versuchen, sich der menschlichen Sprache, dem Denken und der Konzeptualisierung anzunähern. Zusammen mit der Codegenerierung verlagert sich manuelle Codierung hin zur generatorgestützten Entwicklung. Statt Hardware- (z.B. VHDL, Verilog) oder Software-Code (z.B. C, C++) manuell zu implementieren, können Generatoren, die in Hochsprachen kodiert sind, diese Entwurfssichten erzeugen. Während sich in der Hardware-Entwicklung zunehmend solche neuen Entwicklungstechniken durchsetzen, wird eingebettete Software immer noch überwiegend händisch implementiert. Damit wird die Softwareentwicklung noch mehr zum Engpass, als sie es ohnehin schon ist, und macht die bei der Hardwareentwicklung erzielten Einsparungen zunichte. Diese Arbeit befasst sich mit dieser Herausforderung und schlägt eine Methodik für den Entwurf eingebetteter Software basierend auf modellgesteuerter Architektur vor, um Kosten zu senken, die Qualität zu erhöhen und die Entwicklung eingebetteter Software zu beschleunigen. Gemeinsam mit dem bestehenden Hardwaremodellierungsansatz wird ein umfassender Generierungsfluss geschaffen, der die abgestimmte Generierung von Hardware und eingebetteter Software gewährleistet. Der Generierungsfluss schlägt ein Metamodell für eingebettete Software vor, um die Struktur und das Verhalten von eingebetteter Software zu abstrahieren. Durch den holistischen Ansatz wird eine Spezifikation (konzeptionelles Modell) in Instanzen des Metamodells für eingebettete Software und des Hardware-Metamodells (Hardware-Generierungsablauf) übersetzt. Das Ergebnis ist ein gebrauchsfertiger Code, dessen Struktur und Verhalten auf die jeweilige Hardware zugeschnitten ist. Der vorgestellte Ansatz erzeugt den gesamten eingebetteten Software-Stack. Für die HW/SW Schnittstelle wird ein Automatismus eingesetzt, der das Speicherlayout der Peripheriegeräte optimiert, um eine effiziente Hardware-Abstraktionsschicht zu erzeugen. Für die Treiberschicht durchläuft der Ansatz mehrere Transformationsschritte, um eine Vielzahl verschiedener Treibervarianten zu erstellen. Der Anwender kann die Variante gemäß den Systemanforderungen weiter anpassen. Der Generierungsablauf unterstützt (1) hochgradig konfigurierbare Gerätespezifikationen (2) mehrere eingebettete Softwarearchitekturen (3) nicht-funktionale Erweiterungen (z.B. Sicherheitsmaßnahmen) (4) verschiedene Plattformen (z.B. Sprachen). Das Potenzial dieses Ansatzes für die Industrie ist enorm. Ein Entwickler muss nicht länger ein Experte sein, um z.B., sichere eingebettete Software zu implementieren. Das erspart viel Entwicklungkosten und ist gleichzeitig weniger fehleranfällig, da repetitive Implementierungsaktivitäten entfallen. Außerdem stehen dem Entwickler mehrere Entwurfsalternativen zur Verfügung, um die beste Variante für ein bestimmtes System zu ermitteln.      «

Die wachsende Komplexität eingebetteter Systeme erfordert neue Strategien um omplexität bei der Entwicklung von eingebetteten Systemen zu bewältigen. Die Evolution der Programmiersprachen zeigt, dass Abstraktion der beste Weg zur Bewältigung von Komplexität ist. Modellbasierte Entwicklungsmethoden heben das Abstraktionslevel an und versuchen, sich der menschlichen Sprache, dem Denken und der Konzeptualisierung anzunähern. Zusammen mit der Codegenerierung verlagert sich manuelle Codierung hin zu...     »