組み込みソフトウェア開発技術：4.プロダクトライン開発技術

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(1)特集組み込みソフトウェア開発技術. 4. プロダクトライン開発技術渡辺晴美東海大学 [email protected]. 本稿では，製品のファミリ／シリーズ全体で品質／生産性を戦略的に向上させる開発技術であるプロダクトライン技術について紹介する．特に，開発の鍵となるプロダクトラインアーキテクチャに着目し，組み込みソフトウェア開発へのプロダクトラインの適用について議論する．. 組み込みソフトウェア再利用開発. ●プロダクトライン技術の 3 つの主要アクティビティ. ソフトウェア開発において，高い品質と生産性の決め. SEI（Software Engineering Institute）が提案するプ. 手が，再利用技術にあることは述べるまでもない．組み. ロダクトライン技術は，「コア資産開発」「プロダクト開. 込みソフトウェア開発においても，大規模化，複雑化，. 発」「マネジメント」の 3 つの主要なアクティビティ. 高機能化に伴い，再利用技術の活用が望まれている．し. らなる．. 3）. 4）. か. かし，従来の組み込みソフトウェア開発においては，プログラム，仕様書やテストケースの流用が多く，再利用. （1）コア資産開発. の技術／方法が確立されていなかった．近年，再利用技. ドメインエンジニアリングとも呼ばれるアクティビ. 術の目覚ましい進化に伴い，組み込みソフトウェアに適. ティである．ドメイン，すなわち開発対象となる製品の. した再利用技術が提案されるようになった．. ファミリ／シリーズについて分析を行い，プロダクトラ. 本稿では，最近，脚光を浴びつつある再利用技術であ. インアーキテクチャを構築する．プロダクトラインアー. るプロダクトライン技術の組み込みソフトウェア開発へ. キテクチャに基づき，コア資産と呼ばれる再利用部品を. の適用について紹介する．組み込み製品開発へのプロダ. 開発する．コア資産とは，プログラム，コンポーネント，. 1）. フレームワーク，仕様書，モデル，テストケース，など. イングなどがあり，国内でも採用されつつある．. 開発時に生成するプロダクトに加え，テストツールなど. クトライン技術の代表的な適用実績には，ノキア，ボー 2）. 開発環境すべてである．. プロダクトライン技術. （2）プロダクト開発アプリケーションエンジニアリングとも呼ばれるアク. プロダクトライン技術は，製品のファミリ／シリーズ. ティビティである．要求，プロダクトラインスコープ，. 全体で品質／生産性を戦略的に向上させる再利用技術で. プロダクトプランをもとに，コア資産から，個々の製品. ある．. を開発する．. プロダクトライン技術を利用した開発では，個々の製品開発に先立ち，製品ファミリ全体で共通に利用する部. （3）マネジメント. 品をプロダクトラインアーキテクチャに基づきコア資産. マネジメントアクティビティは，技術マネジメントと. として開発する．プロダクトラインアーキテクチャとは，. 組織マネジメントからなる．技術マネジメントは，コア. 製品のファミリ／シリーズに共通なソフトウェアの構造. 資産開発／プロダクト開発アクティビティの進捗状況を. である．個々の製品はコア資産の組合せにより開発する．. 管理する．組織マネジメントは，資金モデルを構築し，. したがって，コア資産開発，およびプロダクトラインアー. コア資産開発とプロダクト開発が潤滑に行われるよう調. キテクチャの構築が，開発を成功させる鍵となる．. 整する．. 694. 45 巻 7 号情報処理 2004 年 7 月.

(2) 4. プロダクトライン開発技術. コア資産開発のプロセス生成物プロセス (a) (a) プロダクトラインプロダクトラインスコープスコープ. (1) ドメイン理解. (b) (b) プロダクトプランプロダクトプラン. (c) (c) 特性モデル特性モデル. プロダクトラインプロダクトラインアーキテクチャアーキテクチャ. コア資産コア資産. (2) プロダクトラインアーキテクチャ構築／評価. (3) プロダクトライン部品開発. コア資産開発への入力コア資産開発への入力プロダクト開発プロダクト開発／従来開発から：／従来開発から：既存資産 (プログラム, コンポーネント, 既存資産(プログラム, コンポーネント, テストケース，仕様書,モデル，開発環境, テストケース，仕様書,モデル，開発環境, etc.)etc.) マネジメント／要求から：マネジメント／要求から：生産戦略，プロダクト制約，生産制約 . プロダクトライン技術の主要アクティビティドメインエンジニアリング. (1) コア資産開発. アプリケーションエンジニアリング. (2) プロダクト開発. (3) マネジメント. コア資産開発からプロダクト開発コア資産開発からプロダクト開発とマネジメントへの出力：とマネジメントへの出力：コア資産, コア資産,プロダクトラインスコープ，プロダクトラインスコープ，プロダクト開発プランプロダクト開発プラン. 図 -1 プロダクトライン技術の 3 つのアクティビティとコア資産開発のプロセス. ●コア資産開発アクティビティのプロセス. 通性）と，製品固有の特性（可変性）を明示するための. コア資産開発アクティビティは，ソフトウェアの再. モデルである．. 利用で中心的な役割を果たす．コア資産開発アクティビティの各プロセスについて，下記に説明する（図 -1 参. （2）プロダクトラインアーキテクチャ構築／評価. 照）．下記は，代表的なドメインエンジニアリング技術. 特性モデルをもとに，プロダクトラインアーキテク. である文献 5） ∼ 7）に基づいている．. チャを構築する．プロダクトラインアーキテクチャとは，製品のファミリ／シリーズに共通なソフトウェアの構造. （1）ドメイン理解. である．プロダクトラインアーキテクチャは，コア資産. ドメイン理解の主要な目的は，製品のファミリ／シ. の開発に利用する．構築したプロダクトラインアーキテ. リーズに共通な特性と，製品固有の特性を抽出し，それ. クチャについて，評価技術を利用し，要求や制約を満た. らを明示することである．特性には，機能，性能，耐故. すかどうかについて評価を行う．また，複数のアーキテ. 障性，機密性，生産性，費用などがある．図 -1 の「コア. クチャを構築し，トレードオフについて評価を行うこと. 資産開発への入力」に示すとおり，ドメイン理解では，. もある．. 既存資産，生産戦略，プロダクト制約，生産制約を基に. アーキテクチャ評価技術の 1 つである ATAM. プロダクトラインスコープ，特性モデル，プロダクトプ. （Architecture Tradeoff Analysis Method）では，性能，. 8）. ランを生成する．. 変更可能性，耐故障性，セキュリティについて各々にシ. （a）プロダクトラインスコープ：プロダクトライン技. ナリオを構築し，評価を行う．. 術を適用し，開発する製品群のことである．スコープを決定することで，ファミリ／シリーズに属する製品. （3）プロダクトライン部品開発. を決定する．プロダクトラインスコープは，開発対象. プロダクトラインアーキテクチャをもとに，コア資産. の製品リストとして表現する．. となる部品を開発する．コア資産の対象は，プログラム，. （b）プロダクトプラン：コア資産からどのように製品を. コンポーネント，フレームワーク，仕様書，モデル，テ. 開発するかについて記述する．各特性が，どのコア資. ストケースなど開発時に生成するプロダクトに加え，開. 産と関連し，どの製品開発に利用されるかを示したリ. 発環境すべてである．したがって，プロダクトライン技. ストで表現する．. 術は，開発時に生成するプロダクト，利用する環境すべ. （c）特性モデル：ファミリ／シリーズに共通な特性（共. てを戦略的に再利用することを目指している． IPSJ Magazine Vol.45 No.7 July 2004. 695.

(3) 特集組み込みソフトウェア開発技術. 駐車支援／衝突安全システム. F1 アプリケーション. F3 駐車支援. F4 衝突検出. F8 ステアリングアシスト. F7 距離表示. F2 センサ. F5 前方. F9 安価. F6 後方. F10 高価. F11 安価. F12 高価. 必須特性選択特性. F13 前方. いずれか or 両方. F14 後方. どちらか一方. 図 -2 駐車支援／衝突安全システムの特性モデル. ●プロダクトラインアーキテクチャ構築アプローチ. を構築する場合に用いるアプローチである．個々の製品開発期間を短縮できるが，アプリケーションの柔軟性が. ファミリ共通で利用するコア資産は，プロダクトライン. なくなるという欠点もある．組み込みソフトウェアでは，. アーキテクチャに基づき開発することから，プロダクトラ. しばしば，あらかじめインフラストラクチャが決定して. インアーキテクチャをいかに構築するかが重要である．. おり，プロダクトラインアーキテクチャの構築に，イン. 組み込みソフトウェアにおけるプロダクトラインアー. フラストラクチャ主導型のアプローチをとる場合が多い．. キテクチャの構築には 2 つの特徴がある．まず，リアル. インフラストラクチャ主導型では，まず，システムアー. タイム性，ハードウェア制約を満たすように構築しなけ. キテクチャまたはコンピュータアーキテクチャを分析す. ればならないことである．もう 1 つの特徴は，開発始動. る．システムアーキテクチャは，システムの概略を表し. 時に，すでにインフラストラクチャが決定しているこ. たアーキテクチャであり，コンピュータアーキテクチャ. とが多いことである．前者は，ドメイン理解プロセスで. は，ソフトウェアとハードウェアのインタフェースを表. 十分に性質を考慮し特性モデルを構築し，開発したプロ. したアーキテクチャである．システムアーキテクチャや. ダクトラインアーキテクチャを評価することで対処でき. コンピュータアーキテクチャは，層状に記述することが. る．後者に関しては，アーキテクチャ構築アプローチで. 多いことから，これらをレイヤードアーキテクチャと呼. 対処する．. ぶことにする．次に，これらのアーキテクチャをもとに，. アーキテクチャ構築アプローチには，アプリケーショ. プロダクトラインアーキテクチャを構築する．. ン機能主導型とインフラストラクチャ主導型の 2 つがあ. すでに，部品の蓄積がある場合などに，レイヤードアー. る（文献 4）では，要求分析から，アーキテクチャへ詳細. キテクチャ自体をプロダクトラインアーキテクチャとし. 化していくアプローチであるトップダウン型を加えた. て利用する場合もある．. 3 つとしている）．下記に各々について述べる．（1）アプリケーション機能主導型. 事例. アプリケーション機能を中心にプロダクトラインアーキテクチャを構築するアプローチである．インフラスト. 本章では，プロダクトラインアーキテクチャ構築アプ. ラクチャは，抽象化された部品として扱う．組み込みソ. ローチに着目し，アプリケーション機能主導型とインフ. フトウェア開発でも，多機能性に着目した開発を行う場. ラストラクチャ主導型の事例を紹介する．. 合などに，アプリケーション機能主導型のアーキテクチャ構築を行うこともある．. ●アプリケーション機能主導型ボッシュの駐車支援／衝突安全システム. 7）. の特性モ. （2）インフラストラクチャ主導型. デルを図 -2 に示し，プロダクトラインアーキテクチャ. OS ，通信プロトコル，ミドルウェア上にソフトウェア. を図 -3 に示す．駐車支援／衝突安全システムの例は，. 696. 45 巻 7 号情報処理 2004 年 7 月.

(4) 4. プロダクトライン開発技術. 状況評価状況評価. 衝突検出衝突検出. 距離表示距離表示. ��. 状況評価状況評価. ��. ステアリングステアリングアシストアシスト. �� センサモード. スマートスマートセンサセンサ (後方右) (後方右). ��. �� 監視レンジ. 表示レンジ. アプリケーション. スマートスマートセンサセンサ (後方左) (後方左). ��. ��. ��. スマートスマートセンサセンサ (前方中央) (前方中央). �� . センサタイプ. (b) 物理ビュー. �� プライオリティ管理. コンポーネントグループインタラクション依存. センサ制御センサ制御. 測定測定順位順位. (a) 論理ビュー. ��. 可変部分 (Variation Points). �. 特性 (Feature). 図 -3 駐車支援／衝突安全システムのプロダクトラインアーキテクチャ. 図 -2 に示した特性モデルにより，製品の特性に関して共通性・可変性を判断し，図 -3 に示したアーキテクチャを構築する．図 -2 の F は特性（Feature）であり，図 -3 のブラウザ. ポータビリティレイヤ. テクチャでは，VP を個々の製品を開発する際に変更／. レイアウト管理レイアウト管理ユーザエージェントユーザエージェント. 構築する．. ブラウザブラウザユーティリティユーティリティ. ローダローダ. �� . プロトコルスタック. キャッシュ，記憶装置，キャッシュ，記憶装置，メモリ，文字処理，メモリ，文字処理，数学計算�� 数学計算�� メッセージ送受信，メッセージ送受信，ログなどログなど. セッションセッショントランザクショントランザクションセキュリティセキュリティ. VP（Variation Points）は可変部分である．図 -3 のアーキ. プロトコルプロトコルユーティリティユーティリティ. データグラムデータグラム. ●インフラストラクチャ主導型 1）. ノキアのモバイルブラウザのプロダクトラインアーキテクチャを図 -4 に示す．モバイルブラウザのプロダクトラインアーキテクチャは，レイヤードアーキテクチャである．この事例では，レイヤードアーキテクチャに基づきコンポーネントが多数開発されている．レイヤードアーキテクチャでプロダクトラインアーキテクチャを明示することで，全体が把握しやすくなっている．図 -5 に，ボーイングの飛行システム. 2）. のレイヤード. アーキテクチャを示す．図 -5 のレイヤードアーキテクチャはプロジェクトゴールを表している．飛行システム図 -4 モバイルブラウザのプロダクトラインアーキテクチャ. の事例では，図 -5 のレイヤードアーキテクチャを分析し，詳細なプロダクトラインアーキテクチャを構築している．. IPSJ Magazine Vol.45 No.7 July 2004. 697.

(5) 特集組み込みソフトウェア開発技術. アプリケーションコンポーネント. アーキテクチャフレームワーク. ステーション. ステーション. �� . 飛行フレームレーダ. �� . ターゲット. ��. 武器. 飛行モデル. インフラストラクチャサービス. �� ボード支援パッケージハードウェア�� ，メモリ，��. 図 -5 レイヤードアーキテクチャの例. まとめ. 謝辞本稿の執筆にあたり，南山大学青山幹雄教授，（株）豆蔵今関剛氏には多大なるご協力をいただきました．心からお礼申し上げます．. 本稿では，製品のファミリ／シリーズ全体で品質／生産性を戦略的に向上させる開発技術であるプロダクトライン技術について紹介した．特に，開発の鍵となるプロダクトラインアーキテクチャに着目した．組み込みソフトウェアのためにプロダクトラインアーキテクチャを構築する方法として，アプリケーション機能主導型とインフラストラクチャ主導型の 2 つのアプローチを紹介した．組み込みソフトウェアでは，しばしば，開発始動時にインフラストラクチャが決定しており，インフラストラクチャ主導型をとることが多いことを述べた．リアルタイム性やハードウェア制約などさまざまな制約を持つ組み込みソフトウェアにおいて，プロダクトラインアーキテクチャ構築は，非常に高度な作業である．今後，構築技術の発展が望まれる．. 698. 45 巻 7 号情報処理 2004 年 7 月. 参考文献 1）Jaaksi, A.: Developing Mobile Browsers in a Product Line, IEEE Soft. Vol.19, No.4, pp.73-80（July/Aug. 2002）． 2）Doerr, B. S. et al. : Freeing Product Line Architectures from Execution Dependencies, SPLC1, pp.313-329（2000）． 3）SEI.CMU（Software Engineering Institute, Carnegie Mellon）， http://www.sei.cmu.edu/ 4）Clements, P. and Northrop, L.: Software Product Lines Practice and Patterns, Addison Wesley（2001）．前田卓雄訳，ソフトウェアプロダクトライン，日刊工業新聞社（2003）． 5）Davis, M.: Reengineering and the Product Line Approach to Software Development, 4th Reengineering Forum（1994）． 6）Kang, K. C. et al.: Using a Marketing and Product Plan as a Key Driver for Product Line Asset Development, SPLC2, pp.366-382（2002）． 7）Thiel, S. et al.: Modeling and Using Product Line Variability in Automotive Systems, IEEE Soft. Vol.19, No.4, pp.66-72（July/Aug. 2002）． 8）Bass, L. et al.: Software Architecture in Practice − Second Edition, Addison-Wesley（2003）．（平成 16 年 6 月 11 日受付）.

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