Tool-Supported Formal Analysis of Real-Time Systems

In dieser Arbeit werden Verfahren zur effizienten, benutzerfreundlichen Analyse von Echtzeitsystemen entwickelt. Ziel ist die Verbesserung der Entwurfsqualität hinsichtlich von dynamischen/zeitlichen Programmabläufen möglichst ohne zusätzlichen Aufwand seitens des Entwicklers. Dieses erfordert ein Aufsetzen auf Spezifikationen, die bei der Entwicklung ohnehin anfallen. Konkret wird daher untersucht, wie sich Modelle der Unified Modeling Language mit formalen Methoden analysieren lassen und wie diese Analyse automatisiert werden kann. Es wird geklärt, welche Teilmenge von Modellen als Ausgangspunkt für eine dynamische Analyse geeignet ist. Dabei werden in dieser Arbeit drei Analyseziele definiert, die jeweils eine eigene Sprachdefinition erfordern. Wichtiger Bestandteil der Arbeit ist die Realisierung einer automatisierten Analyse. Dabei wird auf formale Techniken wie Model-Checking und auf algorithmische Lösungen der Scheduling-Theorie zurückgegriffen. Es wird nachgewiesen, dass sich verschiedene theoretische Lösungsansätze unter dem Dach einer einheitlichen Notation für den Anwender transparent anwenden lassen und in der Summe zu einer deutlichen Verbesserung der Software- Qualität in einem besonders komplexen Anwendungsgebiet beitragen können.In this work, methods for an efficient and user friendly analysis of real-time systems are developed. The intention is an improvement of the quality of the software design regarding the dynamic/temporal execution runs without additional efforts of the developer. This requires the use of specification models, which are common in the developing process, as basis for the analysis. Therefore, formal analysis of the Unified Modeling Language (UML) is investigated and how this analysis can be automated. As precondition, it is investigated, which subset of UML models is well suited for a dynamic analysis. Three domains of an analysis are defined, which requires their own input language definition. An important part of this work is the development of an automated analysis. Therefore, formal methods like model checking and algorithms of the scheduling theory are used. It is shown, that different solution approaches can be hidden behind a well-known notation for improving the quality of software design in a complex application domain