Distributed systems design flow: fieldbus modeling

Abstract

The design of real-time embedded systems has become more challenging due to growing complexity of these systems. Still, software is the main driving force of innovations in many industries. This makes it especially worth while to improve software design methods. To be able to reduce the complexity, classical improvement methods of engineering sciences must be used. This includes creating an abstraction of the domain, separating concerns and using ways to decompose software. The goal of the work was to model CANopen-based distributed system architecture and explore the possibilities to connecting to a document-oriented network design process with the model. Based on the results of the work, the metamodel and modelling method can be used suitably for modelling distributed system architecture. Other results of the work are automatically generated Java source code and API, which cover the model, model editing functions, basic graphical model editor and validation functionality. Also, the automation of target position specific fieldbus configuration production has been implemented, with help of the template language XPand. Architectural design of a distributed system is one of the most critical design phases in a machine project. The work was divided in three parts. The result of the work is a new metamodel called Fieldbus Architecture Metamodel (FA Metamodel), which is based on the generally accepted Ecore-domain modelling language.

AB3:Hajautettujen, reaaliaikaisten, sulautettujen järjestelmien suunnittelu on muuttunut aiempaa haastavammaksi järjestelmien kasvavan monimutkaisuuden takia. Kuitenkin tietokoneohjelmien kehitys on innovaatioiden luojana vertaansa vailla, joten näiden ohjelmien kehitysmenetelmien parantaminen on erityisen kannattavaa. Jotta monimutkaisuutta voitaisiin vähentää, on käytettävä klassisia insinööritieteiden kehittämismenetelmiä eli abstrahointia, huolenaiheiden erottamista toisistaan sekä soveltuvia tapoja jäsentää ohjelmia. Hajautetun järjestelmän arkkitehtuurisuunnittelu on yksi laiteprojektin kriittisimmistä suunnitteluvaiheista. Muutokset arkkitehtuuriin aiheuttavat usein moninkertaisen työmäärän myöhemmissä suunnitteluvaiheissa. Ohjelmiston ja kenttäväylän yhtymäkohtien suunnittelu vaatii järjestelmäarkkitehtuurin ja järjestelmän rakenteen rajoitteiden perusteellista hahmottamista, hallittua muutoksentekoprosessia sekä suunnitteluvaiheiden automatisointia. Työn tavoitteena oli mallintaa CANopen-väylää hyödyntävän esimerkkijärjestelmän väyläarkkitehtuuri sekä tutkia mahdollisuuksia kytkeytyä olemassa olevaan, dokumenttipohjaiseen verkkosuunnitteluprosessiin mallin avulla. Työ jakautui kolmeen osaan. Työn tulosten perusteella voitiin todeta malli sekä menetelmä soveltuvaksi hajautetun järjestelmän arkkitehtuurin mallintamiseen. Työn tuloksena syntyi myös automaattisesti generoitunut Java-lähdekoodi sekä API kattaen mallin, mallin editointifunktiot, graafisen perusmallieditorin sekä validointitoiminnot. Myös kenttäväyläkonfiguraation tuottamisen sisältävän työvaiheen automatisointi on toteutettu template-kieltä käyttäen mallinnustyökalujen avulla.