Erfolgreicher entwickeln durch systematisches Testen

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1 Erfolgreicher entwickeln durch systematisches Testen Testen ist eine zentrale Maßnahme bei der Qualitätssicherung von Automobilelektronik. Nur durch systematisches und automatisiertes Testen kann eine exzellente Qualität und Zuverlässigkeit gewährleistet werden. Auch wenn die Anzahl der Steuergeräte in einem Fahrzeug zukünftig nicht weiter zunehmen wird, steigen die funktionale Integration in den Steuergeräten und auch der Grad der Vernetzung weiterhin. Doch kostet ausführliches, gründliches Testen nicht nur Geld, sondern auch Zeit. Der Testprozess zur Qualitätssicherung sollte daher schon in den frühen Phasen der Funktionsentwicklung beginnen selbst ohne einen fertig gestellten Steuergeräte-Prototyp. In einem Kooperationsprojekt haben die DaimlerChrysler AG und die dspace GmbH ein Werkzeug entwickelt, das das systematische und automatisierte Testen innerhalb des gesamten modellbasierten Entwicklungsprozesses unterstützt.

2 Obwohl das Testen etwa 30 bis 40 % des Gesamtaufwands eines Software-Projekts ausmacht, besteht es häufig aus Ausprobieren [1]. Das Vorgehen, insbesondere das Prüfen von Modellen und Funktionen direkt am realen System, erfolgt überwiegend experimentell. Stellt die Testautomatisierung im Zusammenhang mit der Hardware-in-the-Loop- (HIL-) Simulation bereits heute den Stand der Technik dar, so spielt das systematische und automatisierte Testen in den frühen Phasen der modellbasierten Funktionsentwicklung bisher nur eine untergeordnete Rolle. Außerdem fehlt es an Testwerkzeugen, die gerade für diese frühen Entwicklungsphasen von Funktionen geeignete Testmethoden anbieten [2]. MTest ist ein Werkzeug, das das systematische, automatisierte Testen von Software- und Funktionsmodellen speziell in Verbindung mit Simulink und TargetLink unterstützt. MTest: Durchgängige Werkzeugunterstützung So unterschiedlich und vielfältig die Testaufgaben und aktivitäten in den verschiedenen Phasen des modellbasierten Testprozesses auch sind, eine Testumgebung für den gesamten modellbasierten Testprozess muss alle Ansätze unter einem gemeinsamen Dach vereinen. Dies wird erreicht, wenn sämtliche notwendigen Elemente des Prozesses innerhalb einer Testumgebung verfügbar sind. Die Speicherung, Verwaltung und Administration der großen Anzahl von Tests, Testdaten und Testergebnissen stellen zentrale Aufgaben dar, die allen Testphasen gemeinsam sind. Sie erfordern Möglichkeiten der Strukturierung und des Managements von Testprojekten [4]. Bild 01: Beispiele für Testprojekte in der Testumgebung AutomationDesk. Die Anwendungsmöglichkeiten von MTest in Verbindung mit Simulink und TargetLink erstrecken sich auf alle Testphasen innerhalb der Funktionsentwicklung von Model-in-the-Loop über Software-in-the-Loop bis hin zu Processor-in-the-Loop. Um diese Testsequenzen auch für die HIL-Simulation nutzen zu können, werden die

3 Testdaten aus MTest exportiert [5]. Durch die enge Einbettung von MTest in das Testautomatisierungstool AutomationDesk, das vornehmlich für das Testen realer Steuergeräte mit Hilfe der Hardware-in-the-Loop-Simulation eingesetzt wird, ist der gesamte Entwicklungsprozess mit einer Tool-Umgebung abgedeckt. MTest: Testablauf Ein typischer Arbeitsablauf mit MTest besteht aus mehreren Schritten: ο Auswahl eines Simulink- oder TargetLink-Modells ο Identifikation des Testobjekts (Subsystem, z. B. Reglermodell) ο Beschreibung von Testszenarien ο Automatische Testdurchführung ο Automatische Bewertung der Ergebnisse und Dokumentation des Tests Als Ausgangspunkt dient ein Simulink- oder TargetLink-Modell, das das zu testende Subsystem das Testobjekt enthält. Basierend auf dessen Eingangsgrößen werden die Testszenarien erstellt und beschrieben. Für einen automatischen Vergleich des Ausgangsverhaltens mit dem erwarteten Verhalten des Testobjekts können Referenzdaten in verschiedenen Formaten (z. B. MAT, XLS oder CSV) importiert und verschiedene Evaluierungskriterien gewählt werden. Der Benutzer kann insbesondere die vorhandenen Importfilter und die Evaluierungsfunktionen leicht erweitern. Basierend auf den Testergebnissen können unterschiedlich detaillierte Testreports in verschiedenen Formaten, zum Beispiel PDF oder HTML, erstellt werden. Bild 02: Zuweisen von definierten oder generierten Eingangsgrößen für das Testen mit MTest. MTest unterstützt das automatisierte Testen in allen Phasen der modellbasierten Funktionsentwicklung. Dazu sind verschiedene Modi verfügbar, in denen ein einmal erstellter Test auf das Testobjekt angewendet werden kann: ο Simulink ο TargetLink MIL (Model-in-the-Loop) ο TargetLink SIL (Software-in-the-Loop) ο TargetLink PIL (Processor-in-the-Loop)

4 Bild 03: Automatisch generierter Testrahmen für das Testen eines Fahrdynamikreglers. Um die Tests durchzuführen, wird automatisch ein Testrahmen generiert, in den eine Kopie des Simulink- oder TargetLink-Modells des Testobjekts eingefügt wird. Zusätzlich lassen sich die Ergebnisse des einen Modus mit den Ergebnissen eines anderen Modus vergleichen (Back-to-Back-Tests). Dies erleichtert es, Fehler zu finden, die sich beim Übergang von einer Entwicklungsphase zur nächsten eingeschlichen haben. Ferner lassen sich so Abweichungen des generierten Codes vom ursprünglichen Simulationsmodell entdecken. MTest: Systematisches Testen Zusätzlich zu den üblicherweise bereitgestellten Testdatenbeschreibungsmitteln wie grafisch-tabellarische Editoren und der Möglichkeit, bereits vorhandene Daten z. B. aus dem realen Fahr- oder Prüfstandversuch als Testdaten zu verwenden, unterstützt MTest eine systematische Testfallermittlung. Zentrales Element für den systematischen Test in MTest ist die Klassifikationsbaum-Methode. Bei dieser Methode werden die Eingangsgrößen eines Testobjekts, zum Beispiel das Funktionsmodell eines Fahrdynamikreglers, nach bestimmten, testrelevanten Aspekten klassifiziert. Anschließend werden die entstehenden Klassen gezielt miteinander kombiniert, um daraus Testsequenzen zusammenzustellen. Die schrittweise Partitionierung der Eingangsdaten wird grafisch in Form eines Baums dargestellt [3]. Bild 04: Systematischer Aufbau von Testsequenzen mit der Klassifikationsbaum-Methode. Die DaimlerChrysler AG hat die Klassifikationsbaum-Methode bereits Anfang der 90er Jahre entwickelt. Diese Methode ist in dem Produkt CTE/ES (Classification Tree Editor/Embedded Systems) verankert. Mit der Integration in MTest wurde die Methodik an die Anforderungen des modellbasierten Entwicklungsprozesses angepasst. Dabei

5 erfolgte die Entwicklung bis zur Produktreife der Testumgebung MTest als Kooperationsprojekt zwischen DaimlerChrysler und dspace. MTest bereitet einen neuen Weg, Qualität für eingebettete Systeme zu gewährleisten. MTest: Im Einsatz bei der DaimlerChrysler AG MTest wird derzeit in verschiedenen Entwicklungsprojekten bei DaimlerChrysler evaluiert und pilotiert. Ein Einsatz in ersten Serienprojekten ist für Ende 2004 geplant. Literaturhinweise: [1] Ebert, C.; Dumke, R.: Softwaremetriken in der Praxis. Springer Verlag, [2] Lamberg, K.; Beine, M.; Eschmann, M.; Otterbach, R.; Conrad, M.; Fey, I.: Model-based Testing of Embedded Automotive Software using MTest, SAE [3] Grochtmann, M.; Grimm, K.: Classification Trees for Partition Testing. Software Testing, Verification & Reliability, Vol. 3, pp , [4] dspace GmbH: Produktinformationen zu AutomationDesk und MTest: [5] dspace GmbH: Using MTest for HIL Simulation, Application Note, Ines Fey ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Forschung und Technologie der DaimlerChrysler AG, Berlin Mirco Conrad ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Forschung und Technologie der DaimlerChrysler AG, Berlin Dr. Klaus Lamberg ist Product Manager Test and Experiment Software bei der dspace GmbH, Paderborn