Automotive Software Engineering

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1 Jörg Schäuffele Thomas Zurawka Automotive Software Engineering Grundlagen, Prozesse, Methoden und Werkzeuge effizient einsetzen 4., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 276 Abbildungen PRAXIS ATZ/MTZ-Fachbuch VIEWEG+ TEUBNER

2 IX Inhaltsverzeichnis 1 Einführung und Überblick Das System Fahrer-Fahrzeug-Umwelt Aufbau und Wirkungsweise elektronischer Systeme Elektronische Systeme des Fahrzeugs und der Umwelt Überblick über die elektronischen Systeme des Fahrzeugs Elektronische Systeme des Antriebsstrangs Elektronische Systeme des Fahrwerks Elektronische Systeme der Karosserie Multi-Media-Systeme Verteilte und vernetzte elektronische Systeme Zusammenfassung und Ausblick Überblick über die logische Systemarchitektur Funktions-und Steuergerätenetzwerk des Fahrzeugs Logische Systemarchitektur für Steuerungs-/Regelungs- und Überwachungssysteme Prozesse in der Fahrzeugentwicklung Überblick über die Fahrzeugentwicklung Überblick über die Entwicklung von elektronischen Systemen Kernprozess zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software Unterstützungsprozesse zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software Produktion und Service von elektronischen Systemen und Software Methoden und Werkzeuge für die Entwicklung von Software für elektronische Systeme Modellbasierte Entwicklung Integrierte Qualitätssicherung Reduzierung des Entwicklungsrisikos Standardisierung und Automatisierung Entwicklungsschritte im Fahrzeug 35 2 Grundlagen Steuerungs- und regelungstechnische Systeme Modellbildung Blockschaltbilder Diskrete Systeme Zeitdiskrete Systeme und Signale Wertdiskrete Systeme und Signale Zeit-und wertdiskrete Systeme und Signale Zustandsautomaten Eingebettete Systeme Aufbau von MikroControllern 48

3 Inhaltsverzeichnis Speichertechnologien Programmierung von MikroControllern Echtzeitsysteme Festlegung von Tasks Festlegung von Echtzeitanforderungen Zustände von Tasks Strategien für die Zuteilung des Prozessors Aufbau von Echtzeitbetriebssystemen Interaktion zwischen Tasks Verteilte und vernetzte Systeme Logische und technische Systemarchitektur Festlegung der logischen Kommunikationsbeziehungen Festlegung der technischen Netzwerktopologie Festlegung von Nachrichten Aufbau der Kommunikation und des Netzwerkmanagements Strategien für die Zuteilung des Busses Zuverlässigkeit, Sicherheit, Überwachung und Diagnose von Systemen Grundbegriffe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Systemen Sicherheit von Systemen Überwachung und Diagnose von Systemen Aufbau des Überwachungssystems elektronischer Steuergeräte Aufbau des Diagnosesystems elektronischer Steuergeräte Steuergerätenetzwerke 112 Unterstützungsprozesse zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software Grundbegriffe der Systemtheorie Vorgehensmodelle und Standards Konfigurationsmanagement Produkt und Lebenszyklus Varianten und Skalierbarkeit Versionen und Konfigurationen Projektmanagement Projektplanung Projektverfolgung und Risikomanagement Lieferantenmanagement System-und Komponentenverantwortung Schnittstellen für die Spezifikation und Integration Festlegung des firmenübergreifenden Entwicklungsprozesses Anforderungsmanagement Erfassen der Benutzeranforderungen Verfolgen von Anforderungen Qualitätssicherung Integrations- und Testschritte Maßnahmen zur Qualitätssicherung von Software 140

4 Inhaltsverzeichnis XI 4 Kernprozess zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software Anforderungen und Randbedingungen System-und Komponentenverantwortung Abstimmung zwischen System-und Software-Entwicklung Modellbasierte Software-Entwicklung Grundbegriffe Prozesse Methoden und Werkzeuge Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation der logischen Systemarchitektur Analyse der logischen Systemarchitektur und Spezifikation der technischen Systemarchitektur Analyse und Spezifikation steuerungs- und regelungstechnischer Systeme Analyse und Spezifikation von Echtzeitsystemen Analyse und Spezifikation verteilter und vernetzter Systeme Analyse und Spezifikation zuverlässiger und sicherer Systeme Analyse der Software-Anforderungen und Spezifikation der Software-Architektur Spezifikation der Software-Komponenten und ihrer Schnittstellen Spezifikation der Software-Schichten Spezifikation der Betriebszustände Spezifikation der Software-Komponenten Spezifikation des Datenmodells Spezifikation des Verhaltensmodells Spezifikation des Echtzeitmodells Design und Implementierung der Software-Komponenten Berücksichtigung der geforderten nichtfunktionalen Produkteigenschaften Design und Implementierung des Datenmodells Design und Implementierung des Verhaltensmodells Design und Implementierung des Echtzeitmodells Test der Software-Komponenten Integration der Software-Komponenten Erzeugung des Programm-und Datenstands Erzeugung der Beschreibungsdateien Erzeugung der Dokumentation Integrationstest der Software Integration der Systemkomponenten Integration von Software und Hardware Integration von Steuergeräten, Sollwertgebern, Sensoren und Aktuatoren Integrationstest des Systems Kalibrierung System- und Akzeptanztest 187

5 XII Inhaltsverzeichnis 5 Methoden und Werkzeuge in der Entwicklung Offboard-Schnittstelle zwischen Steuergerät und Werkzeug Analyse der logischen Systemarchitektur und Spezifikation der technischen Systemarchitektur Analyse und Spezifikation steuerungs- und regelungstechnischer Systeme Analyse und Spezifikation von Echtzeitsystemen Analyse und Spezifikation verteilter und vernetzter Systeme Analyse und Spezifikation zuverlässiger und sicherer Systeme Spezifikation von Software-Funktionen und Validierung der Spezifikation Spezifikation der Software-Architektur und der Software-Komponenten Spezifikation des Datenmodells Spezifikation des Verhaltensmodells mit Blockdiagrammen Spezifikation des Verhaltensmodells mit Entscheidungstabellen Spezifikation des Verhaltensmodells mit Zustandsautomaten Spezifikation des Verhaltensmodells mit Programmiersprachen Spezifikation des Echtzeitmodells Validierung der Spezifikation durch Simulation und Rapid-Prototyping Design und Implementierung von Software-Funktionen Berücksichtigung der geforderten nichtfunktionalen Produkteigenschaften Design und Implementierung von Algorithmen in Festpunkt- und Gleitpunktarithmetik Design und Implementierung der Software-Architektur Design und Implementierung des Datenmodells Design und Implementierung des Verhaltensmodells Integration und Test von Software-Funktionen Software-in-the-Loop-Simulationen Laborfahrzeuge und Prüfstände Experimental-, Prototypen- und Serienfahrzeuge Design und Automatisierung von Experimenten Kalibrierung von Software-Funktionen Arbeitsweisen bei der Offline-und Online-Kalibrierung Software-Update durch Flash-Programmierung Synchrones Messen von Signalen des MikroControllers und der Instrumentierung Auslesen und Auswerten von Onboard-Diagnosedaten Offline-Verstellen von Parametern Online-Verstellen von Parametern Klassifizierung der Offboard-Schnittstellen für das Online-Verstellen Management des CAL-RAM Management der Parameter und Datenstände Design und Automatisierung von Experimenten 303

6 Inhaltsverzeichnis XIII 6 Methoden und Werkzeuge in Produktion und Service Offboard-Diagnose Parametrierung von Software-Funktionen Software-Update durch Flash-Programmierung Löschen und Programmieren von Flash-Speichern Flash-Programmierang über die Offboard-Diagnoseschnittstelle Sicherheitsanforderungen Verfügbarkeitsanforderungen Auslagerung und Flash-Programmierang des Boot-Blocks Inbetriebnahme und Prüfung elektronischer Systeme Zusammenfassung und Ausblick 317 Literaturverzeichnis 319 Abkürzungsverzeichnis 325 Sachwortverzeichnis 327

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