Puzzles. Komplexitäts- Die. des

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1 SEITE 48 TARGETLINK MES-TOOLS Die Lösung Komplexitäts- des Puzzles Die Entwiklung umfangreier Funktionalitäten in großen Arbeitsgruppen mit einer oen Zal von Software-Entwiklern unter Einbezieung untersiedlier Entwiklungspartner bringt eine Reie neuer Herausforderungen an den Entwiklungsprozess mit si. Dabei spielt der Aufbau einer zuverlässigen Werkzeugkette für eine effiziente, modellbasierte Software -Entwiklung eine wesentlie Rolle. Simulink/TargetLink sowie die Werkzeuge der Firma Model Engineering Solutions bieten ierfür genau die ritigen Lösungen.

2 SEITE 49 Komplexität und Konsistenz umfangreier Modelle bei der verteilten Entwiklung beerrsen

3 SEITE 50 TARGETLINK MES-TOOLS Funktionsentwiklung Software-Aritekt/ Software-Administrator Aritekturentwurf Abteilung 1 Abteilung 2 DD/ Datenbasis Abteilung 3 Abteilung 4 DD DD DD Simulink- Funktions-/ Algoritmenentwikler TargetLink- Software-Entwikler TargetLink- Software-Entwikler TargetLink- Software-Entwikler Abteilung 5 Software-Integrator Implementierung DD: Data Ditionary Abbildung 1: Verteilte Entwiklung in großen Teams. Das Modell wird in den Domänen Aritekturentwurf und Funktionsentwiklung definiert und in der Teilfunktionsentwiklung weiter angereiert. Die Arbeitsergebnisse werden zusammengefasst, geprüft und letztendli auf einem Steuergerät implementiert. Herausforderung: Verteilte Entwiklung Ausgeend von den Simulink /Target- Link -Modellen als ausfürbare Spezifikationen der Software-Funktionen, werden neben dem Code weitere Artefakte wie A2L-Dateien, AUTO- SAR-XML-Dateien oder Software- Dokumentation generiert. Besränkt si der Entwurf und die automatise Code-Generierung auf einzelne Software-Komponenten und Funktionen, fällt meist erst bei der Integration auf, dass es Inkonsistenzen zwisen einzelnen Komponenten gibt. Es felen oft Meanismen für die Prüfung vorangeender Entwiklungssritte. Dur die zunemende Komplexität der Funktionen im Farzeug und der dadur verteilten Entwiklungsumgebung aus vielen Arbeitsgruppen und einer großen Anzal an Software-Entwiklern versärft si diese Problematik. Sowol die Entwiklungsmeanismen als au eine auf Simulink/TargetLink abgestimmte Werkzeugkette müssen angepasst werden, um modulare, verteilte Entwiklung großer Funktionalitäten effizient zu realisieren. Metode Modellierungsritlinien Wiederverwendung (Biblioteken, referenzierte Modelle) Single-Soure-Spezifikationen Inkrementelle Code-Generierung Code-Generierung aus dem DD Diff&Merge-Meanismen dur das TargetLink-DD und Model Compare Komplexitätsanalyse mit M-XRAY Vorteil Konsistenz geringere Feleranfälligkeit weniger Überarbeitungssleifen Modulare Entwiklung Übersitlikeit dur Modellorganisation und Hierarie Verringerter Entwiklungsaufwand dur Wiederverwendung gleier Modellteile Vereinfater Austaus zwisen Entwiklungsteam- Mitgliedern dur Software- und Snittstellenspezifikation im TargetLink Data Ditionary Zeitersparnis bei Reviews Geringere Code-Generierungszeiten Vereinfate Software-Integration und leitere Software-Tests Generierung geteilt genutzter Variablen in eine Datei Navollziebarkeit und Verfolgung von Änderungen an Snittstellendefinitionen und im Modell Hinweis auf geeignete Modellpartitionierung Konsistenz und verringerte Feler anfälligkeit dur Modellierungsritlinien Simulink/Stateflow bietet eine Vielzal von Modellierungsmöglikeiten, von denen nit alle für eine effiziente Serienode-Generierung geeignet sind. Insbesondere wenn viele Entwikler an der Software-Entwiklung mitwirken, empfielt si der Einsatz von Modellierungsritlinien, die das Risiko felerafter Modelle deutli verringern. Die Anwendung der Ritlinien minimiert Überarbeitungssleifen, vereineitlit Modellierungsstile, vereinfat das Testen und safft eine gemeinsame Referenz für die Durfürung von Reviews.

4 SEITE 51 Abbildung 2: Verglei untersiedlier Software-Spezifikationen Au der Modell- bzw. Funktionsaustaus zwisen untersiedlien Entwiklungsteams wird vereinfat. Unterstützende Werkzeuge zur automatisen Ritlinienprüfung wie der MES Model Examiner dienen der Prüfung auf die Einaltung und der Korrektur von Verstößen gegen die Ritlinien. Partitionierung und Wiederverwendung von Modellen Wesentlier Bestandteil im verteilten Entwiklungsprozess ist das SingleSoure-Prinzip. Dieses Prinzip beinaltet weitestgeend die Verwendung des gleien Modells in versiedenen Entwiklungspasen vom Design der Regelung bis in zur Integration. Diese Meanismen werden in Simulink/TargetLink realisiert dur: Simulink-Bibliotek-Meanismen zur Wiederverwendung von Modellteilen, die jeweils merfa instanziiert werden, oder Model-Referening-Meanismen zur Einbindung von Modellen in andere Modelle. Vereinfater Austaus und Administration In großen Entwiklungsteams werden Aufgaben wie die Funktionsentwiklung, Software-Aritektur und Administration, Software-Entwiklung und Integration selten von gleien Personen durgefürt. Vielmer greift eine Vielzal der Teammitglieder auf gleie Informationen zu (Abbildung 1). Insbesondere die Spezifikationen werden zwisen einzelnen Funktionsentwiklern ausgetaust, bear- beitet und gespeiert und müssen somit konsistent gealten werden. In TargetLink gibt es ierfür speziell das TargetLink Data Ditionary (TLDD), das untersiedlie Austausformate wie beispielsweise XML, AUTOSAR XML standardmäßig unterstützt. Die Datenobjekte im Modell und im DD sind miteinander verlinkt, so dass einerseits der Algoritmus von den Daten sauber getrennt wird und zum anderen die Synronität zwisen den Daten im Modell und DD siergestellt wird. Leistungsfäige inkrementelle Code-Generierung Die inkrementelle Code-Generierung ist eine weitere zentrale Metode der verteilten, modellbasierten Entwiklung. Dabei wird für abgegrenzte Software-Eineiten getrennt von-

5 SEITE 52 TARGETLINK MES-TOOLS einander inkrementell Code generiert. Die Auswirkungen von Änderungen an einer kleinen Funktion auf die gesamte Software-Funktion werden eingegrenzt, da die Software-Eineiten inaltli unabängig von einander sind. Der Code muss nur für die inaltli geänderten Eineiten erneut generiert werden, wärend der Rest unverändert bleibt. Manuelle Reviews sind weniger zeit intensiv und Code- Generierungszeiten werden dur die Zerlegung in kleinere Eineiten deutli reduziert. Damit ist eine effizientere und snellere Entwiklung großer Funktionalitäten mögli. Code-Generierung aus dem DD Die Code-Generierung aus dem DD erfolgt ebenfalls unabängig vom konkreten Modell, wobei übergreifende oder geteilt genutzte Variablen direkt aus dem DD in eine Datei gene- riert werden. Anwendung findet dieses Verfaren in folgenden Szenarien: Erzeugung einer Datei, die alle modellübergreifenden Variablen entält, z.b. Interfae-Variablen, und Festlegung der Rete auf diese globalen Ressouren Generierung aller Kalibrierparameter untersiedlier Funktionen in eine Kalibrierparameterdatei Erzeugung von Variablen in einer Datei, die in automatis generiertem oder andgesriebenem Legay-Code verwendet werden Effiziente Diff&Merge- Meanismen Die Navollziebarkeit von Änderungen ist unverzitbar im Software- Entwiklungsprozess, insbesondere wenn an der Entwiklung untersiedlie Abteilungen und Zulieferer beteiligt sind. Veränderte Software-Artefakte werden zwisen Software-Aritekten, Funktionsentwikler und Integrator ausgetaust. Eine zuverlässige Werkzeugkette zur Ermittlung der Untersiede ist äußerst witig. Im TargetLink Data Ditionary sind Meanismen voranden, um die Versionsstände zu vergleien und Untersiede anzuzeigen (Abbildung 2). Bei der Kontrolle können diese Untersiede zurük ins Modell verfolgt werden, um deren Auswirkungen auf die Modellierung festzustellen. Für den Verglei von Modellen an si bietet z.b. Model Compare von dspace komfortable und umfangreie Funktionalitäten. Meanismen im DD aktualisieren Snittstellendefinitionen automatis, um bei Änderungen die Konsistenz erzustellen (Abbildung 2). Abbildung 3: Analyseberit von M-XRAY Struktur: Hauptteil Name Komplexität * Name Komplexität * Name Komplexität * Name Komplexität Fuelsys 96 EGO sensor 33 MAP sensor 33 Engine speed 33 Engine gas dynamis 33 Mixing & Combustion 59 System lag 9 Trottle & Manifold 42 Intake Manifold 67 Trottle 350 Fuel rate ontroller 58 Airflow alulation 780 Fuel alulation 75 Switable Compensation 200

6 SEITE 53 Validierung der Modellaritektur Für die verteilte Entwiklung mit TargetLink ist eine Aufteilung der Modelle in Teilfunktionen wie Subsysteme unerlässli. Die Komplexität der einzelnen Subsysteme sollte nit zu o sein, um beispielsweise die Anzal möglier Feler zu reduzieren und um diese lesbarer und wartbarer zu alten. Zudem werden dadur witige Anforderungen von Siereitsstandards wie ISO erfüllt, die eine niedrige Komplexität fordern. Eine automatisierte Überprüfung der Modellkomplexität ist mit dem Add-on M-XRAY des MES Model Examiner mögli. M-XRAY berenet und bewertet die Komplexität des Gesamtmodells sowie der einzelnen Subsysteme. Zusätzli werden alle relevanten Modellmetriken eroben, die für die qualitative Bewertung von TargetLink-Modellen relevant sind (siee Exkurs zu Modellmetriken). Der dur M-XRAY erstellte Analyseberit (Abbildung 3) beinaltet einen strukturellen Überblik, der die ierarise Struktur des Modells und für jedes Subsystem den Wert der jeweiligen Komplexität zeigt. Dur diese Darstellung kann die Verteilung der Komplexität in einem Modell ser einfa bewertet werden und besonders komplexe Subsysteme lassen si leit identifizieren. Referenzwerte für die lokale Komplexität Referenzwert MV 750 MV < 750 MV < 300 Bewertung Ho Mittel Niedrig Zusammenfassung Zur Beerrsung von Komplexität und Konsistenz in der verteilten Entwiklung stet eine Vielzal effizienter Metoden zur Ver fügung, die si au für große Teams eignen. Zum Erfolgsrezept geören eine zwek mäßige Modellpartitionierung, die Nutzung von inkrementeller Code-Generierung und der werkzeugunterstützten Änderungsverfolgung. Die Partitionierung kann dur Messungen und Metriken bewertet werden. Die besriebenen Vorgeensweisen erleitern die Entwiklung großer Funktionalitäten und ermöglien einen effizienten und felerresistenteren Austaus von entwikelten Teilfunktionen. Exkurs Modellmetriken Metriken ermöglien es, Modelle zu vergleien und im Hinblik auf Komplexität und Qualität zu bewerten. Siereitsnormen wie die ISO sreiben die Prüfung der Komplexität für siereitsrelevante Modelle verbindli vor (vgl. ISO 26262, 5.4.7, Tabelle 1). Darüber inaus kann die Erebung von Modellmetriken für die Absätzung der Aufwände für Tests und Reviews genutzt werden. Dur die kontinuierlie Erfassung der Metrikwerte für untersiedlie Entwiklungsstände lässt si die Entwiklung eines Modells überwaen, und besonders komplexe und feleranfällige Modellteile lassen si früzeitig identifizieren. Für die Messung der Modellkomplexität werden Zälmetriken erangezogen wie Blokanzal, Modellie- rungstiefe, Snittstellenbreite oder au die Zyklomatise Komplexität. Diese Metriken basieren auf Konzepten aus der Programmierung, sind aber für die Bewertung von Modellen selten geeignet. Aufgrund der Datenflussorientierung von Simulink ist beispielsweise eine Bewertung der Zyklomatisen Komplexität von Modellen nur wenig aussagekräftig. Als witigstes Maß zur Bewertung der Modellkomplexität etabliert si in der Industrie derzeitig das von der Halstead-Metrik abgeleitete Maß des Modellvolumens (MV). Es ermöglit die Bewertung der Modellkomplexität, da es nit nur die im Modell entaltenen Blöke berüksitigt, sondern au die Verknüpfung der Blöke, deren Gewitung und eigene Komplexität sowie die Verknüpfung von Blöken dur Signale untereinander. Analyse und Bewertung von Target- Link-Modellen dur Modellmetriken können dur den MES Model Examiner und das Add-on M-XRAY ser effizient durgefürt werden. M-XRAY analysiert die Modelle, berenet das Modellvolumen und alle relevanten Metrikwerte. Die Ergebnisse werden in einer kompakten Übersit tabellaris und strukturell ansauli dargestellt. Somit bestet die Möglikeit, die Verteilung der Komplexität in einem Modell effizient zu ermitteln und letztendli niedrig zu alten. Literatur: Stürmer, I., Poleim, H., Rogier, T.: Calulation and Visualization of Model Complexity in Model-based Design of Safetyrelated Software, (in German) in Keller, B. et. al., Automotive - Safety & Seurity, Saker, pp , 2010.