Desarrollo Integral de Sistemas de Procesamiento de Información Visual: Un Enfoque Multi-Paradigma basado en Líneas de Producto, Componentes y Generación Automática de Software

Abstract

[SPA] La amplia variedad de sistemas gestionados actualmente mediante software ha disparado la complejidad de las aplicaciones que es necesario desarrollar. Por otra parte, dada la velocidad con la que se suceden los avances tecnológicos, sobre todo en áreas como la electrónica o las comunicaciones, resulta imprescindible dotar a las aplicaciones de la flexibilidad que precisan para poder asumir, con la suficiente agilidad, los continuos cambios impuestos por el mercado. Además, resulta igualmente esencial que el logro de esta mayor flexibilidad no sea a costa de perjudicar otros requisitos como los relacionados con la eficiencia, el coste o el tiempo de desarrollo de las aplicaciones. En respuesta a estas nuevas demandas, en las últimas décadas han surgido nuevos paradigmas de desarrollo de software entre los que cabría destacar el paradigma Orientado a Objetos, el Orientado a Aspectos, el Dirigido por Modelos, el Basado en Componentes, el Basado en Líneas de Productos, o los paradigmas de Programación Generativa y Programación Visual. Sin embargo, por diversas razones, estas propuestas no han encontrado una excesiva aceptación en el ámbito del desarrollo de sistemas mixtos hardware/software (Hw/Sw). A ello ha contribuido la falta de consenso respecto de las metodologías y notaciones que se deben emplear, así como la ausencia de herramientas que soporten, de manera integral, todo el ciclo de vida de estos productos. De hecho, en la actualidad, estos sistemas suelen desarrollarse desde una perspectiva muy centrada en el hardware, quedando el software relegado a un segundo plano lo que conduce a la obtención de diseños muy eficientes pero por lo general poco o nada flexibles ni reutilizables. Este trabajo de Tesis propone una nueva aproximación para el desarrollo de sistemas mixtos Hw/Sw desde una perspectiva más centrada en el software y desde la que se pretende mejorar la flexibilidad y el grado de reutilización de estas aplicaciones sin dejar de lado otros aspectos como la eficiencia, la fiabilidad, o el tiempo de desarrollo. Para ello, dado que en un sistema mixto el software es el componente más maleable, se pretende analizar cómo la incorporación de las nuevas tendencias surgidas en el área de la Ingeniería del Software puede ayudar a mejorar tanto el proceso de construcción de estos sistemas como los resultados que de él se deriven. Tratando de aprovechar la experiencia acumulada por el Grupo de Investigación en el que se ha llevado a cabo esta Tesis Doctoral en cuanto al desarrollo de varios tipos de sistemas mixtos Hw/Sw y, en particular, de Sistemas de Procesamiento de Información Visual (VIPS), el trabajo que aquí se presenta se centrará en este dominio de aplicaciones, si bien los resultados obtenidos resultan, en cierta medida, directamente extrapolables a otros dominios como el de los sistemas de control en tiempo real o el de los sistemas de telecomunicación. En la memoria se describen algunos de los trabajos previos realizados en el campo de los VIPS y que han servido de soporte para el desarrollo de esta Tesis. Asimismo, se describe el procedimiento usual para la construcción de estos sistemas y las mejoras que los paradigmas actuales de desarrollo de software pueden aportar a su diseño e implementación. Sobre esta base se propone una nueva metodología de desarrollo de VIPS en la que se incorporan varios de los paradigmas previamente descritos y con la que se persigue resolver, en buena medida, los problemas y limitaciones del procedimiento actual. El trabajo se completa con la descripción de la herramienta IP-CoDER que se ha diseñado para dar soporte a la nueva metodología propuesta y que permite, entre otras cosas, integrar varias de las herramientas y librerías de procesamiento de imágenes actualmente existentes en el mercado.

[ENG] The wide variety of today software systems has significantly increased the size and complexity of applications. This, together with the rapid technological advances in some fields such as electronics or communications, makes it necessary to develop software flexible enough to handle the continuous market changes in a time-effective manner. It is equally essential not to achieve this application flexibility improvement by reducing their efficiency or increasing their cost or time to market. During the last few decades new software development paradigms have arisen in response to these new demands. Among them, Object and Aspect Oriented, Component and Product Line Based Software Development paradigms, together with Generative and Visual Programming are some outstanding examples. However, these proposals have not found a significant acceptance among the community of mixed hardware/software (HW/SW) system developers. This can be partially attributed to the lack of agreement with respect to the methodologies and notations to be adopted as well as to the absence of tools which fully support the whole development life cycle of these applications. In fact, this type of systems are currently developed in a rather hardware-centric fashion while software is attributed a less important role. This approach usually leads to developing highly efficient systems which, on the other hand, are scarcely (if at all) flexible and reusable. This Thesis presents a novel software-centric approach to mixed HW/SW system development which is aimed at improving this kind of product flexibility and reusability while bearing in mind other requirements regarding efficiency, reliability, low cost, or short time to market. This new approach is built on the foundation of Software Product Lines while leveraging the capabilities offered by Component-Based Software Development and Generative Programming. In order to show the synergy arising from the integration of these three current Software Engineering hot topics, this Thesis present a practical study case on building Visual Information Processing Systems (VIPS), which can be easily extended to cover many other application domains, e.g. real-time control systems or networking applications. In order to support the multi-paradigm approach presented here, the IP-CoDER visual programming tool has been developed which covers the whole VIPS development life-cycle allowing the integration of several image processing libraries and tools currently available.