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Charakteristisch für die modellbasierte Entwicklung ist der durchgehende Einsatz von ausführbaren Modellen, von denen im Laufe der Entwicklung unterschiedliche Typen entstehen:

  • Modelle, die die Funktionsarchitektur und die Software-Architektur des zu entwickelnden Systems beziehungsweise der Software beschreiben
  • Funktionsmodelle, die einzelne Funktionen unter logischen Gesichtspunkten beschreiben
  • Daraus abgeleitete Implementierungsmodelle, aus denen durch automatische Code-Generierung der finale Steuergeräte-Code erzeugt wird
  • Strecken- und Umgebungsmodelle, die für den Entwurf, die Simulation und den Test benötigt werden.

Bei der Entwicklung komplexer Systemern führt der Aufbau von riesigen monolithischen Modellen schnell in die Sackgasse. Daher wird Wert auf einen modularen Aufbau der Modelle gelegt. Dieser ist Voraussetzung für das Arbeiten im Team sowie für die Wiederverwendung von (Teil-)Modellen in anderen Projekten, von anderen Personen oder für neue Varianten. Dadurch entsteht jedoch zwangsweise eine noch größere Anzahl an Modellen, die mit ihren Beziehungen untereinander verwaltet werden müssen.

Zudem ist für den modularen Aufbau und die angestrebte Wiederverwendung einzelner Teilmodelle eine saubere Beschreibung der Schnittstellen notwendig. Diese Beschreibung sollte demnach nicht aus lokaler Sicht geschehen, sondern global abgestimmt werden.

Hinzu kommt, dass Modelle, sowohl Funktions- und Implementierungsmodelle als auch Streckenmodelle, quasi immer anhand von Parametern für die konkrete Verwendung konfiguriert werden.

Enge Verbindung zu Signal- und Parameter-Management

Eine Verwaltung der Modelldateien allein ist daher nicht ausreichend. Es besteht der Bedarf an einer engen Verbindung zu einem zentralen Signal- und Parameter-Management.

Die verwalteten Parameter dienen der Bedatung von Modellen sowie des aus den Implementierungsmodellen erzeugten Steuergeräte-Codes. Mit Hilfe der Signale lassen sich die Schnittstellen von Modellen beschreiben, und die Grundlage für das Zusammenfügen von einzelnen Teilmodellen zu einem Gesamtmodell wird gelegt.

Allgemein müssen Signale, Parameter und Parameterwerte aus Steuergerätebeschreibungsdateien, Kommunikationsmatrizen und Kalibrierdatensätzen per Import in die zentrale Datenhaltung aufgenommen und verwaltet werden. Hierfür ist Domänenwissen und ein tiefes Verständnis der etablierten Dateiformate nötig.

Zudem müssen diese Daten über standardisierte Dateiformate zur weiteren Verarbeitung exportiert und zur Verfügung gestellt werden können. Eine solche Verwaltung und Zuordnung von Parametersätzen ist außerdem notwendig für die Konfiguration von Funktionen, Modellen und Steuergeräte-Code für unterschiedliche Varianten.

Herausforderung Varianten

Gerade der Umgang mit Varianten stellt in der automotiven Steuergeräte-Entwicklung eine immer größere Herausforderung dar. Eine einfache, unstrukturierte Definition von Varianten ohne Angabe von Abhängigkeiten und der Spezifikation gültiger Variantenkonfigurationen reicht nicht mehr aus. Um die zahlreichen zu unterstützenden Varianten zu berücksichtigen, sind folgende Aspekte wichtig: Sämtliche Daten, insbesondere auch Modelle, Signale und Parameter, müssen nicht nur in unterschiedlichen Versionen, sondern auch in Bezug auf die verschiedenen Varianten verwaltet werden.

Weiterhin ist es elementar, Varianten und gültige Variantenkonfigurationen explizit definieren und verwalten zu können. Zudem müssen unterschiedliche Arten von Varianten miteinander kombiniert werden. So gibt es neben Fahrzeug- beziehungsweise Produktvarianten auch Implementierungsvarianten, Varianten von Testsystemen oder auch Varianten von Streckenmodellen.

Schließlich müssen die entwickelten Funktions- und Steuergeräte-Varianten systematisch getestet werden. Die durch die Variantenvielfalt und -abhängigkeiten entstehende Komplexität überträgt sich somit in die Testwelt.

Testmanagement

In der modellbasierten Entwicklung sind die Modelle und die existierenden Simulationsmöglichkeiten Grundlage für viele Testaufgaben. Model-in-the-Loop-, Software-in-the-Loop- und Processor-in-the-Loop- sowie insbesondere Hardware-in-the-Loop-Tests sind fest etabliert. Die Verwaltung der notwendigen Testfälle erfolgt heute in der Regel dezentral.

Bild 1: Schnelle Analyse von Testergebnissen durch flexible Anordnung und einfache Markierung von Daten.

Bild 1: Schnelle Analyse von Testergebnissen durch flexible Anordnung und einfache Markierung von Daten.dSPACE

Teilweise wird die Aufgabe von den eingesetzten Testwerkzeugen mit übernommen, teilweise fehlt jegliche Toolunterstützung. Eine sorgfältige Zuordnung der Testfälle zu den Varianten und zu testenden Modellen inklusive der zu verwendenden Parametersätze zur Konfiguration der Modelle gibt es häufig nicht beziehungsweise erfolgt implizit im eingesetzten Testwerkzeug. Benötigt wird eine Testmanagement-Lösung, die eine zentrale, werkzeugübergreifende Verwaltung von Tests, Testskripten, Testdaten und Testergebnissen erlaubt, gleichzeitig aber auch den Bezug zu Modellen, Parametersätzen und Varianten herstellt sowie eine Anbindung an die Testausführung, also an etablierte Werkzeuge zur Testautomatisierung, mit sich bringt. Natürlich ist auch eine Unterstützung für manuelle Tests gefordert, geht es doch darum, sämtliche Testaktivitäten zu planen, zu steuern, zu koordinieren und zu überwachen. Letzteres verlangt nach umfangreichen Möglichkeiten zur Darstellung und Analyse von Testergebnissen (Bild 1).

Zentrale Datenmanagement-Lösung

dSPACE wird zukünftig eine Lösung anbieten, welche die konsistente Verwaltung sämtlicher anfallenden Design- und Entwicklungsdaten von Modellen, Signalen, Parametern, Parametersätzen, Varianten und Tests in Verbindung mit den zugrunde liegenden Anforderungen und inklusive der zahlreichen Abhängigkeiten und Verbindungen der Daten untereinander erlaubt.  Die auf diese Weise entstehende Traceability ist Voraussetzung für eine sichere Wiederverwendung dieser Daten und liefert überdies eine sichere Einschätzung darüber, wie sich Änderungen auswirken.

Zur Integration von Anforderungen als zentrale Elemente auch im modellbasierten Entwicklungsprozess werden existierende Anforderungsmanagementwerkzeuge, die in den vergangenen Jahren weite Verbreitung gefunden haben, angebunden. Dies kann zum Beispiel durch das in der Object Management Group (OMG) standardisierte Austauschformat für Anforderungen ReqIF erfolgen. Anforderungen können so verlustfrei ins Datenmanagement-System gespiegelt und dort mit beliebigen Objekten, Modellen, Tests, Parametern etc. in Verbindung gebracht werden.

Langjährige Erfahrungen, das Wissen aus vielen Kundenprojekten und detaillierte Kenntnisse relevanter Standards wie Asam, Autosar, Fibex oder ISO 26262 sind wichtig und fließen in diese Lösung ein, um sowohl die Spezifika der modellbasierten Entwicklung als auch die automotiven Anforderungen entsprechend zu berücksichtigen.