Schnelle Wege zur Restbussimulation

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Die Zielsetzungen bei der Restbussimulation reichen vom Nachbilden einzelner Netzknoten bis zum Simulieren kompletter Netze. Aus technischer Sicht geht es darum, die Infrastruktur eines Steuergerätes über alle Schichten des OSI-Modells abzubilden. Dies erfordert eine Modellierung von der Kommunikationsschicht über das Netzwerkmanagement und die Transportschicht bis hin zur Applikationsschicht.

Entsprechend vielfältig sind die bei der Umsetzung zu berücksichtigenden Aspekte und Aufgabenbereiche. Dazu gehört beispielsweise die Auswahl geeigneter Hardware für CAN-, LIN-, Flexray- und MOST-Busschnittstellen ebenso wie die Simulation von Steuergerätefunktionalitäten über Matlab/Simulink-Modelle auf den oberen Ebenen. Der simulierte Restbus muss Botschaften vom zu testenden System empfangen, darauf dynamisch reagieren und die Ergebnisse in Form von Botschaften zurück an das Steuergerät senden (Stimulation). Die Restbussimulation ist somit letztlich nur Mittel zum Zweck. Sie ist stets eingebettet in ein leistungsfähiges Entwicklungs- und Testsystem, das die gewonnenen Testergebnisse auswertet und für die Dokumentation aufbereitet. Ein Beispiel dafür ist das Simulations- und Testsystem CANoe von Vector Informatik.

Konfigurieren statt Programmieren

Moderne Test- und Simulationssysteme sollten sowohl verschiedene Arten der Restbusgenerierung unterstützen (automatisch, manuell, programmiert) als auch der unterschiedlichen Komplexität einzelner Tests gerecht werden. So besteht etwa ein großer Unterschied darin, ob Entwickler eine kleine Simulation zum Testen einer oder weniger Systemfunktionen brauchen oder ob es um umfassende und detaillierte Kompletttests in der Endphase einer Produktentwicklung geht. Als Grundlage für Restbussimulationen dienen in erster Linie die Kommunikationsdaten der verschiedenen Bussysteme, die in den Datenbanken DBC (CAN), LDF (LIN), FIBEX (Flexray), Function Catalogs (MOST) abgelegt sind. Auch Diagnosebeschreibungen wie CDD und ODX gehören dazu. Möglich ist auch das Beziehen sämtlicher Daten aus einer einzigen Datenbank, wie etwa der Autosar System Description.

Mit Hilfe eines geeigneten Konfigurationsassistenten und diesen Datenbasen sind Entwickler heute in der Lage, Restbussimulationen durch wenige Konfigurationsschritte zu erstellen oder sogar automatisch zu erzeugen; Programmier-Know-how ist nicht mehr zwingend notwendig. Per Drag&Drop fügen Projektmitarbeiter die Kommunikationsdatenbasen in den Simulationsaufbau ein. Das Detailverhalten einzelner Netzknoten ist anschließend modifizierbar. Einem Netzknoten können aber auch mehrere Bussysteme zugeordnet werden, was für die Simulation von Gateways und anspruchsvolleren Steuergeräten von Bedeutung ist.

Eine wesentliche Rolle bei der Restbussimulation spielt die Berücksichtigung herstellerspezifischer Metadaten und Sendemodelle. Hier kommt der Interaction Layer ins Spiel, der das vom jeweiligen OEM definierte Sendeverhalten abbildet. Im Interaction Layer sind Schutzmechanismen wie beispielsweise Message Counter oder CRC-Berechnungen für jede Botschaftsart gemäß dem Sendemodell korrekt abgebildet. Der Interaction Layer übersetzt den signalorientierten Zugriff der höheren Anwendungen in die botschaftsorientierte Übertragungsweise des Bussystems. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist die Unterstützung verschiedener Netzwerk-Managements (NM) wie beispielsweise das OSEK-NM oder die busspezifischen Autosar-NM.

Stimulieren via Bedien-Panels und Ablaufsequenzen

Zu den Anwendungen auf der oberen OSI-Ebene gehören beispielsweise Signal-Panels und Signalgeneratoren. Beim Simulieren von Benutzeraktivitäten und dynamischen Vorgängen sind sie unverzichtbare Hilfsmittel. Sie enthalten virtuelle Schalter, Knöpfe und Anzeigeinstrumente über die sich spontane Bedienvorgänge wie beispielsweise das Betätigen des Blinkers, des Scheibenwischers oder des Fensterhebers bequem am Bildschirm vornehmen lassen.

Außerdem zeigen sie dem Anwender Systemparameter an und ermöglichen das gezielte Verändern von Signalen und Variablen während der Testläufe. Ein entsprechender Panel Editor zum Gestalten der Panels mit Bedien- und Anzeigeinstrumenten sowie Standard-Panels (Bild 2), die anhand der Datenbasisinformation konfiguriert sind, gehören daher zur Standardausrüstung einer State-of-the-Art-Testumgebung.

Bild 2: Standarpanels ermöglichen interaktives Ändern von Signalwerten

Für das automatische Generieren von Simulationen und Panels beziehungsweise einer problemlosen Signalzuordnung gilt grundsätzlich: Je detaillierter die betreffenden Netze, Botschaften und Attribute in der zugehörigen Datenbank beschrieben sind, desto präzisere Modelle erstellen die Generatoren. So profitieren vorkonfigurierte Panels von allen verfügbaren Informationen, wie beispielsweise von Signalbeschreibungen, Angaben über Wertebereiche oder von symbolischen Bezeichnungen. Panels erlauben zwar das spontane und flexible

Bild 3: Das grafische Erstellen von Befehlsfolgen für Stimulation und Test mit dem Visual Sequencer erfordert keine Programmierkenntnisse.

Manipulieren von Signalen, sind aber nicht in der Lage, Testabläufe, Bedienvorgänge und sonstige Ereignisse reproduzierbar auszuführen. Dies ist die Domäne der klassischen Programmierung. Oft wollen Anwender jedoch nicht bei jedem Projekt mächtige Programmierwerkzeuge einsetzen. Eine willkommene Alternative für Testingenieure ist deshalb das Erstellen von Ablaufsequenzen in Form einer Tabelle (Bild 3). Diese besteht aus einfach auszuwählenden Kommandos, die ihre Aufgaben in vielen Testanwendungen gut erfüllen. So lassen sich Werte setzen, Wartezeiten definieren, Signale verändern und Ereignisse auslösen. Diese Vorgehensweise erfordert weder Spezialwissen noch großen Einarbeitungsaufwand und führt über kleine reproduzierbare Tests schnell zum Ziel.

Steilvorlagen für anspruchsvolle Tests und Simulationen

Aber auch große Testszenarien muss man heute nicht mehr in klassischer Manier programmieren, wenn ein Simulations- und Testsystem leistungsfähige Hilfen hierfür bereithält. Für Standardfälle gibt es beispielsweise vorgefertigte Testmuster, die für sämtliche Schritte eine Unterstützung zur Verfügung stellen: vom Aufbau der Stimulation und der Auswertefunktionen bis zur Ergeb-nisanalyse, der HTML-Dokumentation und der grafischen Aufbereitung. In grafischen Auswertefenstern lassen sich die jeweils interessierenden Details darstellen. Beispielsweise ermöglicht es der State Tracker von CANoe, die Zustände, Ereignisse oder Zustandsänderungen über farbliche Hervorhebungen direkt zu detektieren (Bild 4). Diese Darstellung realisiert eine Art Logikanalysator für Automobilnetzwerke beziehungsweise Steuergeräte.

Bild 4: Der State Tracker zeigt grafisch Systemzustände und diskrete Werte über eine Zeitachse an.

Wie bereits angedeutet gibt es bei der Restbussimulation in Bezug auf die denkbare Komplexität nach oben hin kaum Grenzen. Um die vielfältigen Anforderungen im Einzelnen zu erfüllen, sollte sich ein Test- und Simulationssystem durch Eigenschaften wie Skalierbarkeit und Modularität auszeichnen. Neben einer breiten Unterstützung von Busschnittstellen werden durch steigende Echtzeitanforderungen beispielsweise intelligente Hardware-Schnittstellen mit eigener Rechenleistung immer wichtiger. Sie sind in der Lage, zeitkritische Prozesse auszuführen. Eine andere Herausforderung ist das gezielte Erzeugen von Fehlern in Form von ungültigen Botschaften, fehlerhaften Nutzdaten oder Störungen auf der Busphysik, um die Reaktionen des Steuergeräts auch auf solche Situationen zu untersuchen. Ein modernes Test- und Simulationswerkzeug bietet diese Möglichkeiten über spezielle Stressfunktionen, realisiert in Soft- und Hardware.

Restbussimulation mit CANoe

Ein umfangreiches Test- und Simulationswerkzeug wie beispielsweise CANoe von Vector beherrscht alle Facetten der Restbussimulation für einfache bis umfassende Testaufbauten. Insbesondere ermöglicht es dem Anwender durch wenige Konfigurationsschritte und ohne die Notwendigkeit zum Programmieren, zügig die benötigten Simulationsmodelle manuell und automatisch zu erstellen. Das Werkzeug verarbeitet alle gängigen Datenformate, Diagnosebeschreibungen sowie Metadaten und unterstützt mit zahlreichen OEM-Paketen die Automobilindustrie.

Vielfältige Zugriffsmöglichkeiten auf Botschaften, Signale und symbolische Bezeichnungen erleichtern den Steuergeräteentwicklern ihre Arbeit. Stimulationen beziehungsweise Ablaufsteuerungen lassen sich über Signal Panels, den Visual Sequencer (Bild 3), mit höheren Programmiersprachen über die .NET-API oder ein signalbasiertes CAPL realisieren. Für komplexe Testaufbauten liefert das integrierte Test Feature Set vorgefertigte Testmuster für Stimulation, Auswertung, Ergebnisanalyse und HTML-Dokumentation. High-Level-Features wie die Einbindung von MATLAB/Simulink-Modellen oder die Ausbaufähigkeit mit Zusatz-Hardware zur Simulation angeschlossener Sensoren und Aktoren ermöglichen eine Funktionalität bis hinein in den Bereich von Mid-Size-HiL-Systemen (Hardware-in-the-Loop).

Restbussimulation und Elektromobilität

Auch in der Elektromobilität wird das Thema Restbussimulation zukünftig zunehmend an Bedeutung gewinnen. Durch die dynamische Entwicklung der letzten Jahre ausgelöst konzentrieren sich hier Anstrengungen verstärkt auf das Netzwerk-Management mit der Simulation des Teilnetzbetriebes. Denn Abstellzeiten sind für Elektrofahrzeuge naturgemäß gleichzeitig die Ladephasen, in denen bestimmte Steuergeräte sicher abgeschaltet werden müssen, während andere Komponenten zum Laden und Überwachen aktiv bleiben sollen. Dass das Thema Teilnetzbetrieb von Autosar 4.0 auf Autosar 3.2.1 vorgezogen wurde unterstreicht die Aktualität der Elektromobilität.

(av)