tr-announce July 2010

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2010-15: Termination Graphs for Java Bytecode

by Carsten Fuhs

The following technical report is available from http://aib.informatik.rwth-aachen.de: Termination Graphs for Java Bytecode Marc Brockschmidt, Carsten Otto, Christian von Essen, Jürgen Giesl AIB 2010-15 To prove termination of Java Bytecode (JBC) automatically, we transform JBC to finite termination graphs which represent all possible runs of the program. Afterwards, the graph can be translated into "simple" formalisms like term rewriting and existing tools can be used to prove termination of the resulting term rewrite system (TRS). In this paper we show that termination graphs indeed capture the semantics of JBC correctly. Hence, termination of the TRS resulting from the termination graph implies termination of the original JBC program.

14 years, 1 month

2010-05: Softwareunterstützung für adaptive eHome-Systeme

by Carsten Fuhs

The following technical report is available from http://aib.informatik.rwth-aachen.de: Softwareunterstützung für adaptive eHome-Systeme Daniel Retkowitz AIB 2010-05 eHomes sind Umgebungen, die sich durch eine Vernetzung der vorhandenen Geräte auszeichnen, und in denen komplexe geräteübergreifende Funktionalitäten in Form von Diensten angeboten werden. Übergreifende Funktionalitäten gehören im Automobil bereits heute zum Standard, in Wohnumgebungen sind sie jedoch bislang nicht verbreitet. Aber auch hier gibt es verschiedenste Anwendungsfelder für solche Funktionalitäten, z.B. in den Bereichen Sicherheit, Komfort, Multimedia, Kommunikation oder auch bei der medizinischen Überwachung und der Unterstützung von Senioren. Daher werden eHomes in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Für die Entwicklung von eHomes müssen eine Reihe von Herausforderungen überwunden werden. Ein wesentlicher Aspekt ist die Berücksichtigung von Mobilität und Dynamik in eHomes, die sich sowohl auf die Bewohner als auch auf die Geräteumgebung beziehen. Da in eHomes eine Vielzahl von Standards Anwendung finden, muss außerdem der daraus resultierenden Heterogenität Rechnung getragen werden, um die Interoperabilität der Dienste zu gewährleisten. Damit eHomes kostengünstig realisiert werden können, muss insbesondere eine geeignete Infrastruktur bereitgestellt werden, die die Entwicklung von Diensten und die Interaktion mit dem eHome-System vereinfacht. Sowohl für die Dienstentwicklung als auch für den Betrieb von eHomes sind daher geeignete Softwarewerkzeuge erforderlich. Bisher wurde am Lehrstuhl für Informatik 3 (Softwaretechnik) der RWTH Aachen bereits ein Ansatz erarbeitet, der die Entwicklung von eHome- Diensten durch den Einsatz wiederverwendbarer Standardkomponenten für die Dienstimplementierung vereinfacht. Im sogenannten SCD-Prozess, der sich aus den Phasen Spezifizierung, Konfigurierung und Deployment zusammensetzt, werden die Benutzerwünsche erfasst, und es wird darauf basierend eine eHome-spezifische Dienstkomposition erstellt und dann zur Ausführung gebracht. Ein entsprechendes Werkzeug unterstützt diesen Prozess. Die vorliegende Arbeit erweitert die bisherigen Konzepte durch Mechanismen zur dynamischen Adaption. Dabei wird der bisherige SCD-Prozess, der die Installationsphase eines eHomes abdeckt, zu einem kontinuierlichen SCD- Prozess erweitert, der eine Unterstützung im laufenden Betrieb des eHomes ermöglicht. Die strukturelle Adaption dient der dynamischen Anpassung der Dienstkomposition. Änderungen, die sich aus Mobilität und Dynamik ergeben, können so zur Laufzeit berücksichtigt werden. Damit dies soweit möglich automatisch durchgeführt werden kann, werden Erweiterungen der Dienstspezifikation eingeführt, die es dem Entwickler erlauben, das spätere Bindungsverhalten sowie mögliche Einschränkungen der Bindungen festzulegen. Durch die neu eingeführten Mechanismen kann die Mehrfachentwicklung von Querschnittsfunktionalitäten zur personen- und kontextbezogenen Konfigurierung vermieden werden, was den Aufwand der Dienstentwicklung reduziert. Die semantische Adaption ermöglicht die Überwindung syntaktischer Inkompatibilitäten, die sich aus der Heterogenität in eHomes ergeben. Dazu wird die Dienstspezifikation um eine semantische Beschreibung ergänzt, die die syntaktischen Elemente der Dienstschnittstellen auf semantische Konzepte einer domänenspezifischen Ontologie abbildet. Dies schafft die Grundlage für eine Dienstkomposition auf Basis semantisch übereinstimmender Funktionalitäten. Ein im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelter Mechanismus zur automatischen Adaptergenerierung ermöglicht die praktische Umsetzung des Ansatzes. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern einen wissenschaftlichen Beitrag in verschiedenen Bereichen. Der verfolgte Ansatz ist spezifisch auf die Anwendungsdomäne eHomes ausgerichtet. Darin unterscheidet er sich von anderen Ansätzen, die sich häufig mit allgemeinen Fragen der dynamischen Dienstkomposition befassen. So ist eine gezieltere Unterstützung der Besonderheiten im eHome möglich, z.B. bei der personen- und kontextbezogenen Konfigurierung. Der kontinuierliche SCD-Prozess wird auf Basis eines globalen Graphmodells in einem modellgetriebenen Entwicklungsprozess realisiert. Die graphbasierten Techniken ermöglichen dabei den einfachen Zugriff auf alle relevanten Daten. Das Graphmodell wird außerdem für die Werkzeugentwicklung genutzt. Ein weiterer wichtiger Beitrag dieser Arbeit ist der Laufzeitmechanismus zur dynamischen Adaptergenerierung auf Basis der semantischen Dienstbeschreibung. Dieser zeigt, wie mittels struktureller Reflection in Java eine Adaption zwischen syntaktisch inkompatiblen Schnittstellen erreicht werden kann. Weitere Ergebnisse sind ein Ansatz zur Laufzeitüberwachung der Dienstkommunikation, für dessen Realisierung auf die aspektorientierte Programmierung zurückgegriffen wird, und die Entwicklung von Werkzeugen, die sowohl die Dienstentwicklung als auch die Laufzeit des eHome-Systems abdecken.

14 years, 1 month

2010-13: Design Patterns for Safety-Critical Embedded Systems

by Carsten Fuhs

The following technical report is available from http://aib.informatik.rwth-aachen.de: Design Patterns for Safety-Critical Embedded Systems Ashraf Armoush AIB 2010-13 Over the last few years, embedded systems have been increasingly used in safety-critical applications where failure can have serious consequences. The design of these systems is a complex process, which is requiring the integration of common design methods both in hardware and software to fulfill functional and non-functional requirements for these safety-critical applications. Design patterns, which give abstract solutions to commonly recurring design problems, have been widely used in the software and hardware domain. In this thesis, the concept of design patterns is adopted in the design of safety-critical embedded system. A catalog of design patterns was constructed to support the design of safety-critical embedded systems. This catalog includes a set of hardware and software design patterns which cover common design problems such as handling of random and systematic faults, safety monitoring, and sequence control. Furthermore, the catalog provides a decision support component that supports the decision process of choosing a suitable pattern for a particular problem based on the available resources and the requirements of the applicable patterns. As non-functional requirements are an important aspect in the design of safety-critical embedded systems, this work focuses on the integration of implications on non-functional properties in the existing design pattern concept. A pattern representation is proposed for safety-critical embedded application design methods by including fields for the implications and side effects of the represented design pattern on the non-functional requirements of the systems. The considered requirements include safety, reliability, modifiability, cost, and execution time. Safety and reliability represent the main non-functional requirements that should be provided in the design of safety-critical applications. Thus, reliability and safety assessment methods are proposed to show the relative safety and reliability improvement which can be achieved when using the design patterns under consideration. Moreover, a Monte Carlo based simulation method is used to illustrate the proposed assessment method which allows comparing different design patterns with respect to their impact on safety and reliability.

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