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Lustre (Programmiersprache)Lustre ist eine synchrone deklarative Programmiersprache. Geschichtliche Entstehung von LustreLustre ist, wie Esterel, zu Beginn der 1980er Jahre entstanden. Auch hier war es das Fehlen geeigneter Programmiersprachen und Software-Systeme für reactive systems der ausschlaggebende Anlass. Mit dem Zusammenschluss mehrerer französischer Forscher entstand die „synchrone Sprachen-Schule“. Aus den gesammelten Vorschlägen der Forscher hat man sich dann für Lustre entschieden, da dies der einfachste gewesen ist. Lustre wurde seit dieser Zeit sehr stark weiterentwickelt und ist mittlerweile in der Version V4 mit vielen verschiedenen Tools (Compiler, Simulatoren, Test-Tools, Code-Generatoren) verfügbar. Einsatzgebiete von LustreLustre wird, wie reaktive Systeme im Allgemeinen, unter anderem in sicherheitskritischen Systemen wie beispielsweise der Flugzeug- und Kraftwerksteuerung verwendet. So wurde beispielsweise die Flugsteuerung im Airbus A320, die Notabschaltung von Kernkraftwerken und die Steuerung von fahrerlosen U-Bahnen in Lustre umgesetzt.[1] Lustre wird überwiegend für die Programmierung und Steuerung dieser Art von Systemen verwendet. Programm-StrukturDie Programm-Struktur in Lustre kann grafisch als Netzwerk aus Operatoren dargestellt werden. Unterprogramme (nodes) werden auch als eigene Operatoren dargestellt und auch entsprechend mehrfach verwendet. In Lustre sind nur wenige der üblichen Variablentypen vorhanden, so gibt es nur boolean, integer, real und tuple. Von den Operatoren sind die grundlegenden verfügbar:
Dazu kommen noch vier Fluss-Operatoren (temporal operators) ( Der Operator Nachfolgend ein kleines Lustre Codebeispiel:[4] node A(b: bool; i: int; x: real) returns (y: real);
var j: int; z: real;
let j = if b then 0 else i;
z = B(j, x);
y = if b then pre(z) else C(z);<
tel.
In diesem Beispiel wird eine Prozedur (node) mit dem Namen „A“ beschrieben. Die weiteren verwendeten Prozeduren „B“ und „C“ sind an anderer Stelle im Programm definiert. „A“ wird mit drei input flows initialisiert (b, i, x) und gibt einen zurück (y). Timing in LustreDas Timing bei Lustre ist wohl der Hauptvorteil dieser Sprache. Es basiert auf einem logischen Timing und wird in diskreten Zeitpunkten gezählt.[4] Logisches Timing sagt jedoch nichts über die Länge oder die Zeit zwischen den einzelnen Zeitpunkten aus. Es ist hier vielmehr eine Referenz zu den Werten der Variablen und Ausdrücke während des momentanen und/oder eines anderen Zeitpunkts. Neue Werte werden immer am Ende der Werteschlange angefügt.
Somit ist genau definiert, welcher Wert zu welchem Zeitpunkt gültig ist. KompilierenDer Lustre Compiler überprüft nicht nur die Syntax des Programmcodes, sondern auch andere wichtige Voraussetzungen:[2]
VerifikationDer vom Compiler erzeugte Automat kann dann mit zusätzlichen Tools verifiziert werden (Lurette, Lucky).[5] Da Lustre überwiegend für sicherheitskritische Systeme verwendet wird und davon oftmals Menschenleben abhängen, ist die Verifikation ein sehr wichtiger Gesichtspunkt. So ist es beispielsweise nicht relevant, ob ein Zug jemals anhält, sondern vielmehr, ob der Zug bei einem roten Signal anhält.[2] Einzelnachweise
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