Entwurfsmuster als “kontextbezogene Problem-Lösungs-Paare” machen im Software-Engineering Furore: Entwurfserfahrung wird kommunizierbar, lehr- und lernbar [2]. Das moderne FPGA-basierte HW-SW-Codesign legt die Übertragung des Musterbegriffs nahe. Der Beitrag erläutert und diskutiert das Potential der Musterform an einem konkreten Hardware-Beispiel: Boundary-Scan [5]. Die Ausführungen haben durchaus Appell-Charakter: In der Informations- und Detailflut technischer Entwürfe fokussiert die Musterform auf das Wesentliche - die Wiederverwendung von Entwurfserfahrung. Der Beitrag zielt somit auch auf eine “zeitgerechte Ausbildung” aus der Sicht von Hochschule und Industrie [6].
Alltagssprachlich verstehen wir unter einem Muster:
In allen drei Interpretationen wird der Musterbegriff in der (objektorientierten) Software-Technik angewandt:
Im Vordergrund steht die Wissensvermittlung. Nicht allein konfektionierte Halbfabrikate, wie Bibliothekselemente (SW-Klassen, HW-Zellen), sollen wiederverwendbar werden, sondern immaterielle Entwürfe. Die Wiederverwendung findet auf einer höheren Ebene der Wertschöpfung statt: Das Erfahrungswissen der Experten soll durch eine pragmatische, d. h. handlungsorientierte Form zugänglich sein. Zur Disposition des Entwerfers stehen nicht mehr nur der Entwurf einzelner Bausteine, sondern vielmehr Entwürfe aus Konfigurationen mehrerer Bausteine - Architekturen.
Der Musterbegriff als "kontextbezogenes Problem-Lösungs-Paar” geht auf den Gebäude-Architekten Christopher Alexander zurück [1]. Die Software-Technik hat mit ihrem Bestseller-Musterbuch "Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software” [2] die Musterform populär gemacht. Die Hardware-Bezüge sind naheliegend:
Die Frage, wann ein Muster ein "Muster” im obigen Sinne ist, beantworten uns die Linguisten: Die Musterform ist vor allem strukturierte Prosa - eine literarische Textsorte. Wie bei allen Texten hängt deren Interpretation vom Rezipienten und von der Rezeptionszeit ab. Die Langform des Beitrags wird besonders den Interpretationsaspekt der Hardware-Entwurfsmuster diskutieren und zwischen Fach- und Expertenwissen unterscheiden. Soft- und Hardware-Entwurfsmuster beschreiben in erster Linie praxisbewährte Architekturen, Verbände von Komponenten, in verschiedener Granularität. Daraus lassen sich allgemeine Musterkategorien argumentieren:
Strategische Muster beziehen sich auf die Makro-Architektur einer Hardware, also das, was sich über der Zeitachse der Versionierung (Wartung) nicht ändern soll. HW-Beispiele:
Taktische Muster beziehen sich auf Mikro-Architekturen, die eine Strategie unterstützen aber prinzipiell in ihrer Auswirkung lokalisierbar und als Funktionsmodule austauschbar bleiben. HW-Beispiele:
Idiomatische Muster sind sprachspezifisch und auf der untersten Abstraktionsebene angesiedelt. Hierzu gehören sich wiederholende syntaktische Konstruktionen, in Hardware-Beschreibungssprachen z. B. komplexe RT-Anweisungen.
Wie ihr Pendant in der Software-Technik so unterliegt auch die Form der Hardware-Entwurfsmuster der alexandrinischen Urform, dem Triplett aus Problem, Kontext und Lösung. Da aber in den technischen Entwurfsdisziplinen die Verhältnisse nicht so einfach und anschaulich sind wie in der Architektur und die Beschreibungskomplexität dominiert [8], fällt hier die Musterform feingliedriger aus. Für SW-Muster sind es nach [2] 13 Gliederungspunkte, für HW-Muster nach [5] 10. Die folgenden Gliederungspunkte verweisen direkt auf das erste Hardware-Muster seiner Art - Boundary Scan -, dessen Beschreibung am Siegener Institut für Technische Informatik in einer Diplomarbeit entwickelt wurde:
Entwurfsmuster treten in der Regel nicht isoliert auf, sondern vernetzt (Pattern Language, Mustersystem). Als effizientes Dokumentationsmedium empfiehlt sich statt der Gutenberg-Form die Hypertext-Technik. Sie hält die Musterdokumentation transparent und wirkt der Beschreibungskomplexität entgegen: Online-Zugriff auf einen latenten Pool an Beispielen, Ausblenden technischer Details, Dokumentationszuschnitt auf bestimmte Benutzerprofile vom Anfänger bis zum Experten [5].
Die literarische Gattung Musterbuch kann auf eine lange Tradition verweisen [9]: Sie hat ihre Anfänge nicht erst bei Christopher Alexander , sondern bereits in der Antike als technisches Traktat und im Mittelalter als Bauhüttenbuch. Für die Entwicklung des Handwerks und der Industrie im 19. Jahrhundert waren Musterbücher von grundlegender Bedeutung. Sie stellten ein umfassendes Kompendium handwerklichen Wissens dar. In ihnen wurden die über die Jahrhunderte entwickelten und gesammelten Erfahrungen festgeschrieben.
Die heutigen Handwerke entwickeln sich wesentlich schneller und unterliegen viel stärker dem Wandel der Technik. Auch der technische Entwurf - ob Soft- oder Hardware - wurde immer schon als Handwerkskunst verstanden - im guten Sinne als Kunsthandwerk: "Die Kunst des Entwerfens”, im schlechten Sinne als Spezialistentum: kryptische Programm- und Schaltungsentwürfe, die nur der "Künstler” selbst warten kann. Mit Hilfe von Musterbüchern können wir fortan die gute Kunst des Entwurfshandwerks dokumentieren und vor allem lehren.
Entwurfsmuster sind eine literarische Form, die sich nicht beschränkt auf die Gestaltung von Gebäude- und Software-Architekturen. Jede Entwurfsdisziplin kann von ihrem lehr- und lern-ökonomischen Nutzen profitieren, so auch die Hardware-Technik. Der Ökonomie wegen sollten künftig innovative Entwürfe in Musterform publiziert, in der Praxis bewährte Entwürfe in Musterform gelehrt werden (siehe auch "7 Leitbilder für die Lehre des Systementwurfs: Ein Studienmodell der Informatik-Systemtechnik").