Transformation erweiterter Zustandsmaschinen aus UML-Statecharts unter Verwendung von XMI

Diplomarbeit von Rudolf Böddeker

Einleitung:

Durch das rapide Anwachsen der technischen Möglichkeiten im Bereich der EDV-Anwendungen ist parallel die Komplexität der Softwaresysteme angewachsen. Mit steigender Komplexität der Softwaresysteme hat sich bei der Softwareentwicklung immer mehr die Kommunikation zwischen den Beteiligten und die Koordination der Softwareentwicklung als Hauptproblem herausgestellt. Zur Lösung dieser Situation konnte sich in den letzten Jahren die Softwareentwicklung über Modellierung als hilfreicher Ansatz erweisen.

Bei der Modellierung wird ein Modell über das umzusetzende Problem zuerst in einer abstrakten Form dargestellt und analysiert, wozu statische und dynamische Informationen zusammengetragen werden. Da sich im Entwicklungsbereich in vielen Fällen grafische Präsentationen als vorteilhaft für den Informationsaustausch zwischen den beteiligten Gruppen erwiesen haben, hat sich als Sprache für die Modellierung objektorientierter Systeme die Unified Modeling Language (UML) etabliert. Durch die Darstellungsmöglichkeiten der UML ist es möglich, die vielfältigen Aspekte von komplexen Programmen grafisch abzubilden. Ein weiterer Vorteil hat sich durch die Entwicklung von CASE-Programmen ergeben, die UML-Diagramme und -Objekte direkt in ausführbaren Programmcode umwandeln. Als verbreitete Programme für diesen Bereich sind RATIONAL, RHAPSODY und POSEIDON zu nennen.

Ein Vorteil der automatischen Umsetzung von grafischen Darstellungen in ausführbaren Programmcode ist eine verminderte Fehleranfälligkeit des Umsetzungsprozesses und des erzeugten Programmcodes, da auf Umsetzungsprogramme zurückgegriffen werden kann, die durch die breite Nutzung gut getestet und anwendungserprobt sind. Hierdurch verlagert sich das Problem der Fehlererkennung weg von der Codeerstellungsebene hin auf die höhere, abstraktere Ebene der grafischen Modellbeschreibung. Es ist demzufolge notwendig, dass die zugrunde liegende Beschreibungssprache eindeutig und einheitlich definiert ist. Für die Syntax der UML ist dies der Fall, da sich die UML teilweise über ihr Metamodell selber definiert. Da aber die Semantik der UML-Objekte in natürlicher Sprache ausgedrückt wird, verbirgt sich hier die Gefahr von Missverständnissen in der Interpretation der UML-Objekte. Eine weitere Forderung, die in den letzten Jahren immer nachdrücklicher verfolgt wird, ist die automatische Verifizierung. Hierbei sollen Testsequenzen automatisch anhand der erstellten Modelle generiert werden, die eine vollständige Verifizierung des Modells ermöglichen.

Diese Arbeit soll im begrenzten Bereich der UML-Statecharts einen Ansatz finden. Die Transformation eines UML-Statecharts mit seinen komplexen Elementen soll auf eine einfachere äquivalente Darstellung mittels erweiterter endlicher Zustandsmaschinen (EFSM) für die Analyse und Erstellung einer Testumgebung vereinfacht werden. Somit ist die Aufgabenstellung für diese Arbeit die Erstellung einer Transformationsvorschrift, welche, basierend auf der Auswertung eines in einem XMI-Dokument hinterlegten UML-Statecharts, eine gleichwertige, erweiterte endliche Zustandsmaschine erstellt. Um das Ergebnis der Transformation für die UML-Gemeinde zur Verfügung zu stellen, wird das Transformationsergebnis wieder als UML-Statechart dargestellt.

Die Arbeit beginnt mit einer Literaturrecherche für Testfolgenableitungen aus UML-Spezifikationen. Durch die Literaturrecherche soll ein Vergleich der Arbeit mit bestehenden Lösungen ermöglicht werden. Darauf folgt eine Übersicht des Transformationsprozesses und der zugrunde liegenden Verfahren und Komponenten.

Im Kapitel 2 erfolgt eine Einführung in die UML-Zustandsdiagramme und deren Elemente, wobei ein kurzer Überblick über die Entwicklung der UML gegeben wird.

Darauf aufbauend wird die XMI-Transformation auf Basis der XML angerissen, um im Kapitel 6 die Transformation der UML-Statecharts in eine erweiterte endliche Zustandsmaschine, kurz EFSM (Extended Finite State Machines), darzustellen. Aufgrund der ermittelten Transformationsvorschriften wird an einem einfachen Beispiel die Umsetzung aufgezeigt. Abschließend erfolgt die Zusammenfassung der Ergebnisse.

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