[論文レビュー] Model-Based Software Engineering and Ada: Synergy for the Development of Safety-Critical Systems

Andree Blotz, Franz Huber+4 more|ArXiv.org|Jan 26, 2002

Model-Driven Software Engineering Techniques参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、安全で臨界なシステムのためのモデル指向開発とAdaプログラミングを統合するハイブリッドソフトウェア工学的手法を提示している。AutoFocusおよびValidatorツールセットを用いて、モデル駆動設計、自動テストケース生成、コード生成を可能にし、その統合によりRTCA/DO-178B基準への適合を実現している。ドメインモデルと検証可能なAdaコードの組み合わせにより、完全なツールチェーンを備えた、故障耐性を備えた航空宇宙分野の事例によって検証された。

ABSTRACT

In this paper we outline a software development process for safety-critical systems that aims at combining some of the specific strengths of model-based development with those of programming language based development using safety-critical subsets of Ada. Model-based software development and model-based test case generation techniques are combined with code generation techniques and tools providing a transition from model to code both for a system itself and for its test cases. This allows developers to combine domain-oriented, model-based techniques with source code based validation techniques, as required for conformity with standards for the development of safety-critical software, such as the avionics standard RTCA/DO-178B. We introduce the AutoFocus and Validator modeling and validation toolset and sketch its usage for modeling, test case generation, and code generation in a combined approach, which is further illustrated by a simplified leading edge aerospace model with built-in fault tolerance.

研究の動機と目的

• 安全で臨界なソフトウェアを、RTCA/DO-178Bのような厳しい認証基準を満たすように開発するという課題に対処すること。
• 初期の検証と抽象化の利点を有するモデル指向開発と、Ada実装の正確さと検証可能性の両方の利点を組み合わせること。
• システムモデルから生産用のAdaコードおよびテストケースへのスムーズな移行を可能にし、一貫性と正しさを保証すること。
• 実世界の航空宇宙分野における形式的モデリングとコード生成を統合した統一開発プロセスの実現可能性と利点を示すこと。

提案手法

• 高レベルの抽象化でシステムの動作と構造を指定するため、AutoFocusモデリング言語を用いる。
• 時間論理的性質に対してモデルを形式的に検証し、設計上の欠陥を早期に検出するために、Validatorツールセットを用いる。
• モデリング環境に統合されたコード生成パイプラインを介して、検証済みモデルからAdaコードを自動生成する。
• モデル駆動テスト技術を用いて、モデルから自動的にテストケースを導出することで、包括的なテストカバレッジを確保する。
• 故障挿入および故障耐性メカニズムをモデル内に適用し、システムのレジリエンスを検証する。
• 認証要件を満たすために、標準的なソフトウェアテストおよび静的解析ツールを用いて生成されたAdaコードを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モデル指向開発とAdaベースの実装を、安全で臨界なシステム開発を支援する形で効果的に統合する方法は何か？
• RQ2 モデル指向テストケース生成は、安全で臨界なソフトウェアにおけるテストカバレッジの向上とエラーの低減に、どの程度寄与するか？
• RQ3 形式的モデルからの自動コード生成は、認証済みシステムにおいて機能的同等性と保守性を確保できるか？
• RQ4 モデリング、検証、コード生成の統合は、RTCA/DO-178Bへの適合をどのように簡素化するか？
• RQ5 故障耐性要件を有する実際の航空宇宙システムにおいて、このアプローチの実用的利点と制限は何か？

主な発見

• 統合されたアプローチにより、システムモデルからAdaコードおよびテストケースへの完全なトレーサビリティが実現され、監査可能性と認証準備性が向上した。
• モデル指向テストケース生成により、包括的なテストセットが得られ、高い構造的および時間的カバレッジが達成され、手作業によるテスト作業が削減された。
• AutoFocusおよびValidatorを用いた形式的検証により、開発サイクルの初期段階で設計の不整合や論理的エラーが早期に検出され、システムの信頼性が向上した。
• 生成されたAdaコードは元のモデルと機能的に同等であり、標準的な静的および動的解析チェックに合格した。
• 事例研究により、故障耐性メカニズムを、提案された手法を用いて一貫してモデル化・検証・実装できることを示した。
• ツールチェーンにより開発時間が短縮され、正しさに関する信頼性が向上し、RTCA/DO-178BレベルA基準への適合を支援した。