Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2126
Main Title: Model-based testing of real-time embedded systems in the automotive domain
Translated Title: Modell-basierter Test echt-zeit eingebetteter Systeme im Automobil
Author(s): Zander-Nowicka, Justyna
Advisor(s): Schieferdecker, Ina
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Forschung im Bereich Software-Aspekte von eingebetteten Systemen wird in naher Zukunft entscheidenden Einfluss auf Industrie-, Markt- und Alltagsleben haben. Das regt die Untersuchung dieses Anwendungsgebietes an. Weiterhin wird die Erstellung eines konsistenten, wiederverwendbaren und gut dokumentierten Modells die wichtigste Aufgabe bei der Entwicklung von eingebetteten Systemen. Designentscheidungen, die früher auf der Kodeebene beschlossen wurden, werden heute zunehmend auf einer höheren Abstraktionsebene getroffen. Außerdem, wenn die Debatte über die Relevanz von Modellen und modellbasierter Entwicklung für die Softwaretechnik zutreffend ist, dann besitzt sie auch Gültigkeit für Aktivitäten der Qualitätssicherung einschließlich Testen. Hiermit wird das Konzept des modellbasierten Testens entwickelt. Heutzutage erfüllen 44% der eingebetteten Systemdesigns 20% der Erwartungen an Funktionalität und Leistung. Das liegt zum Teil daran, dass ein passender Testansatz für funktionale Validierung und Verifikation fehlt. Folglich bezieht sich das in dieser Dissertation besprochene Problem auf den Qualitätssicherungsprozess auf Modellebene, wenn weder Kode noch Hardware existiert. Eine systematische, strukturierte, wiederholbare und möglichst abstrakte Testspezifikation ist der Hauptschwerpunkt dieser Arbeit. Ein weiteres Ziel ist eine Automatisierung des Testprozesses, da diese den Arbeitsaufwand und die Kosten der Entwicklung beträchtlich senken kann. Der Hauptbeitrag dieser Dissertation gilt für Software der eingebetteten Systemen und bezieht sich die eigentliche Breite dieser Arbeit auf Modelle des Softwares, auf deren Grundlage folglich die Systeme gebaut werden. Ein Ansatz für funktionale Black-Box Tests, die auf den Modellen basieren und die selbst auch ein Testmodell darstellen, wurde entwickelt. Dem stehen derzeit verwendete Testmethoden gegenüber, die zweckbestimmte Lösungen für in der Regel spezialisierte Testzusammenhänge darstellen. Die hier vorgeschlagene Testframework wurde in einer MATLAB®/Simulink®/Stateflow®-Umgebung realisiert und trägt den Namen Model-in-the-Loop for Embedded System Test (MiLEST). Das Signalsmerkmals-orientierte Paradigma erlaubt eine abstrakte Beschreibung eines Signals und spricht sowohl die Probleme des fehlenden Verlaufes von Referenzsignalen als auch der systematischen Testdatenauswahl an. Zahlreiche Signalsmerkmale werden identifiziert und klassifiziert, vordefinierte Testmuster helfen, hierarchische Testspezifikationen zu bilden. Dadurch wird die Verarbeitung von diskreten und kontinuierlichen Signalen möglich, so dass das hybride Verhalten des Systems adressiert wird. Das Testen mittels MiLEST beginnt in der Anforderungsphase und geht hinunter auf das Testdurchführungsniveau. Einige Prozessschritte sind automatisiert, wobei die Testdatengenerierung und die Testauswertung zu den wichtigsten zählen. Drei Fallstudien, die auf der Funktionalität des Tempomats basieren, werden vorgestellt. Diese Beispiele entsprechen den Komponententests, Component-in-the-Loop-Tests und Integrationsniveautests. Außerdem, werden die Qualität des Testspezifikationsprozesses, des Testmodells und der resultierenden Testfälle genauer untersucht. Die Testqualitätsmetriken werden dann während der Testkonstruktion und der Testdurchführung angewendet, um einzuschätzen, ob und in welchem Maße sich die vorgeschlagene Methode von bekannten Techniken unterscheidet. Qualitätsgewinn von mindestens 20% wird abgeschätzt. Gedruckte Version im Fraunhofer IRB Verlag [http://www.irb.fraunhofer.de/irb_verlag/] erschienen.
Software aspects of embedded systems are expected to have the greatest impact on industry, market and everyday life in the near future. This motivates the investigation of this field. Furthermore, the creation of consistent, reusable, and well-documented models becomes an important stage in the development of embedded systems. Design decisions that used to be made at the code level are increasingly made at a higher level of abstraction. The relevance of models and the efficiency of model-based development have been demonstrated for software engineering. A comparable approach is applicable to quality-assurance activities including testing. The concept of model-based testing is emerging in its application for embedded systems. Nowadays, 44% of embedded system designs meet only 20% of functionality and performance expectations. This is partially attributed to the lack of an appropriate test approach for functional validation and verification. Hence, the problem addressed by this innovation relates to quality-assurance processes at model level, when neither code nor hardware exists. A systematic, structured, and abstract test specification is in the primary focus of the innovation. In addition, automation of the test process is targeted as it can considerably cut the efforts and cost of development. The main contribution of this thesis applies to the software built into embedded systems. In particular, it refers to the software models from which systems are built. An approach to functional black-box testing based on the system models by providing a test model is developed. It is contrasted with the currently applied test methods that form dedicated solutions, usually specialized in a concrete testing context. The test framework proposed herewith, is realized in the MATLAB®/Simulink®/Stateflow® environment and is called Model-in-the-Loop for Embedded System Test (MiLEST). The developed signal-feature – oriented paradigm allows the abstract description of signals and their properties. It addresses the problem of missing reference signal flows as well as the issue of systematic test data selection. Numerous signal features are identified. Furthermore, predefined test patterns help build hierarchical test specifications, which enables a construction of the test specification along modular divide-and-conquer principles. The processing of both discrete and continuous signals is possible, so that the hybrid behavior of embedded systems can be addressed. The testing with MiLEST starts in the requirements phase and goes down to the test execution level. The essential steps in this test process are automated, such as the test data generation and test evaluation to name the most important. Three case studies based on adaptive cruise control are presented. These examples correspond to component, component-in-the-loop, and integration level tests. Moreover, the quality of the test specification process, the test model, and the resulting test cases is investigated in depth. The resulting test quality metrics are applied during the test design and test execution phases so as to assess whether and how the proposed method is more effective than established techniques. A quality gain of at least 20% has been estimated. Printed version available from Fraunhofer IRB Verlag: [http://www.irb.fraunhofer.de/irb_verlag/]
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-21865
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2423
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2126
Exam Date: 19-Dec-2008
Issue Date: 27-Mar-2009
Date Available: 27-Mar-2009
DDC Class: 004 Datenverarbeitung; Informatik
Subject(s): Softwaretest
Validierung
Verfikation
Testen hybrider Systeme
Modell-basierter Test
Software testing
validation
verification
model-based testing
testing
Usage rights: Terms of German Copyright Law
ISBN: 978-3-8167-7974-2
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