Geração automática de código VHDL a partir de modelos UML para sistemas embarcados de tempo-real

Abstract

A crescente demanda da indústria exige a produção de dispositivos embarcados em menos tempo e com mais funcionalidades diferentes. Isso implica diretamente no processo de desenvolvimento destes produtos requerendo novas técnicas para absorver a complexidade crescente dos projetos e para acelerar suas etapas de desenvolvimento. A linguagem UML vem sendo utilizada para absorver a complexidade do projeto de sistemas embarcados através de sua representação gráfica que torna o processo mais simples e intuitivo. Para acelerar o desenvolvimento surgiram processos que permitem, diretamente a partir modelos UML, a geração de código para linguagens de descrição de software embarcado (C, C++, Java) e para linguagens tradicionais de descrição de hardware (VHDL, Verilog). Diversos trabalhos e ferramentas comerciais foram desenvolvidos para automatizar o processo de geração de código convencional a partir de modelos UML (software). No entanto, pela complexidade da transformação existem apenas poucos trabalhos e nenhuma ferramenta comercial direcionado à geração de HDL a partir de UML, tornando este processo ainda pouco difundido. Nossa proposta é focada na geração de descrições de hardware na linguagem VHDL a partir de modelos UML de sistemas tempo-real embarcados (STRE), surgindo como alternativa ao processo de desenvolvimento de hardware. Apresenta uma metodologia completa para geração automática de código VHDL, permitindo que o comportamento descrito para o sistema modelado seja testado e validado antes de ser desenvolvido, acelerando o processo de produção de hardware e diminuindo as chances de erros de projeto. É proposto como um processo de engenharia dirigido por modelos (MDE) que cobre desde as fases de análise de requisitos e modelagem UML, até a geração de código fonte na linguagem VHDL, onde o foco é gerar na forma de descrições de hardware, todas aquelas funções lógicas de um sistema embarcado que normalmente são desenvolvidas em software. Para atingir este objetivo, foi desenvolvido neste trabalho um conjunto de regras de mapeamento que estende a funcionalidade da ferramenta GenERTiCA, utilizada como suporte ao processo. Adicionalmente, foram pesquisados e desenvolvidos conceitos que serviram como base para o desenvolvimento de regras utilizadas pela ferramenta suporte para guiar o processo de mapeamento entre as linguagens. Os conceitos e as regras propostas foram validados por meio de um estudo de caso, cujos resultados obtidos estão demonstrados nesta dissertação.

The growing market demand requires the production of embedded devices in less time and with more different features. This directly implies on the development process of these products requiring new techniques to absorb the growing complexity of projects and to accelerate their development stages. UML has been used to handle the embedded systems design complexity through its graphical representation that makes the process simpler and more intuitive. To speed up the development cycle, it has emerged some processes that permit code generating directly from UML models to embedded software description languages (C, C++, Java), and traditional hardware description languages (VHDL, Verilog). Several researches and commercial tools have been developed to automate the code generation process from UML models to conventional languages (software). However, due to the transformation complexity there are only few studies and no commercial tool addressed to HDL generation from UML models, making this process almost unknown. Our proposal is focused on generating hardware descriptions as VHDL code from UML models of real-time embedded systems (RTES), emerging as an alternative to the hardware development. It presents a complete methodology to the VHDL code generation, allowing the behavior described to the modeled system to be tested and validated before being implemented, accelerating the hardware production and decreasing the chances of design errors. It is proposed as a model-driven engineering (MDE) process that covers the phases of requirements analysis, UML modeling, models transformations, and the source code generating process to the VHDL language, where the focus is to generate as hardware descriptions all the logic functions of an embedded system which are usually developed as software. To achieve this goal, this work was developed a set of mapping rules which extends the functionality of the tool GenERTiCA, used to support the process. Additionally, it was researched and developed concepts that were the basis for the development of rules used by the tool support to guide the mapping process between languages. The concepts and proposed rules have been validated through a case study, whose results are shown in this dissertation.