Diplomarbeit
Software Factories for Embedded Systems
Design and Implementation of a Visual Domain Specific Language
for Wireless Sensor Networks
Benjamin Schröter
Betreut druch
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller
Dipl.-Inform. Tomasz Naumowicz
(Freie Universität Berlin, Institut für Informatik, AG Technische Informatik)
Zusammenfassung
Wireless Sensor Networks (WSN) werden immer öfter neben der Forschung in der Informatik auch in anderen Gebieten verwendet. Dies führt dazu, dass auch fachfremde Anwender Sensornetzwerke als Werkzeuge einsetzen. Um Software für Sensorknoten programmieren zu können, ist aber meist Spezialwissen notwendig, da diese eingebetteten Systeme sehr hardwarenah in C programmiert werden. Der Austausch mit diesen Anwendern hat die grundlegenden Anforderungen bestimmt, um eine modellgetriebene Entwicklungsumgebung (eine Software Factory) zu entwerfen, die es auch nicht-Informatikern ermöglicht Software für Sensornetzwerke zu entwickeln.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei domainspezifische Sprachen (DSLs) entworfen und implementiert, um alle Aspekte einer Sensorknotenanwendung zu spezifizieren. Diese Sprachen bilden mit weiteren Werkzeugen die modellgetriebene Software Factory Flow und erlauben es einem Anwender Programme für Sensorknoten graphisch zu erzeugen und daraus Quellcode zu generieren. Dieser Code ist - ohne weitere manuelle Schritte - auf den Sensorknoten einer gegebenen Plattform lauffähig. Die Sprachen und Werkzeuge sind unabhängig von der eingesetzten Sensorknotenplattform, so dass es für Hardwarehersteller möglich ist, Flow-kompatible Plattformen für unterschiedliche Hardware bereitzustellen.
Des Weiteren kann mit diesen Sprachen eine Schnittstelle zu einem (eingebetteten) PC definiert werden. Aus dieser Schnittstellenbeschreibung wird neben entsprechendem Code für die Sensorknoten eine Bibliothek generiert, die einen einfachen Zugriff auf das Sensornetzwerk erlaubt, ohne dass Kommunikations- und Protokolldetails bekannt sein müssen.
Als Referenzimplementierung wurde eine Flow-kompatible Plattform für die ScatterWeb Sensorknoten vom Typ MSB-430H erstellt. Auf dieser Basis sind Beispielprogramme angegeben und eine umfangreichere Fallstudie, die ein reales Einsatzszenario von Sensornetzwerken nachbildet, implementiert worden.
Inhalt
- Einleitung
- Modellgetriebene Softwareentwicklung
- Werkzeuge und Plattformen
- Anforderungsanalyse
- Design der domainspezifischen Sprachen
- Softwarearchitektur
- Anwendung und Fallstudie
- Zusammenfassung und Ausblick
- Anhang