Für den Zulieferer ergibt sich durch AUTOSAR vor. Der Weg zu AUTOSAR

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1 SYSTEMEl AUTOMOTIVE l35 Für den Zulieferer ergibt sich durch AUTOSAR vor allem die Chance, im Zuge des Redesigns vorhandener Steuergeräte klarere Strukturen in die Software einzuziehen, und somit Wart- und Erweiterbarkeit weiter zu erhöhen. Die Schaffung zusätzlicher Abstraktionen durch AUTOSAR bietet eine bessere Austauschbarkeit von Hardwarekomponenten, Basissoftware und Funktionen. Insofern wird eine OEM-übergreifende Steuergeräteentwicklung durch AUTOSAR erst möglich. Der Weg eines OEMs oder Zulieferers von der bisherigen steuergeräteorientierten Entwicklung hin zu einer funktionszentrierten Entwicklung mit AUTOSAR erfolgt typischerweise über ein Pilotprojekt: Auf der Grundlage eines vorhandenen Steuergeräts wird die bestehende Funktion auf die AUTOSAR-Architektur umgestellt und somit untersucht, welche Auswirkungen AUTOSAR auf die Leistungsfähigkeit des Systems (hier: des Steuergeräts) im Speziellen und auf den Hard- und Softwareentwicklungsprozess im Allgemeinen hat. Um AUTOSAR im vollen MIGRATION VON STEUERGERÄTESOFTWARE Der Weg zu AUTOSAR Der automobile Software-Standard AUTOSAR ist zwei Jahre nach Gründung des AUTOSAR-Gremiums bereits eine feste Größe in der Branche. Obwohl immer wieder kritische Stimmen laut werden, die die Leistungsfähigkeit von AUTOSAR-basierter Fahrzeugelektronik in Frage stellen, ist der strategische Nutzen einer architektur- und später auch modellbasierten Entwicklung aus zahlreichen Projekten in der klassischen Datenverarbeitung belegt. Umfang zu evaluieren, ist der Einsatz einer AUTOSARkompatiblen Basissoftware unerlässlich. Der Artikel beschreibt einen exemplarischen Migrationsprozess und beleuchtet die Vorteile, die ein frühzeitiges Pilotprojekt für die Steuergeräteentwicklung von OEM und Zulieferer hat. Ausgangsbasis Die Nutzung einer bestehenden Funktion als Ausgangsbasis hat den entscheidenden Vorteil, dass die Anforderungsanalyse weitgehend entfallen kann: Funktionen und die sie implementierende Software sind bekannt, der vorhandene Programmcode kann zu großen Teilen wiederverwendet werden. Da die Realisierung einer AUTOSAR-Basisoftware aktuell nur für eine kleine Anzahl von Mikroprozessoren vorgesehen ist, ist allerdings oft ein Redesign der Hardware nötig, eine vollständige Wiederverwendung bestehenden Codes verbietet sich. Eine bereits diskutierte Lösung ist die Schaffung einer weiteren Abstraktionsschicht zwischen RTE und

2 36lA UTOMOTIVE l SYSTEME bestehender Basissoftware, um so die vorhandene Basissoftware auf der bestehenden Hardware weiter verwenden zu können. Dieser Ansatz stellt jedoch lediglich einen möglichen Zwischenschritt hin zu einer AUTOSAR-konformen Basissoftware dar. Steuergeräte-Software verwendet teilweise noch ein asynchrones, zeitgesteuertes Kommunikationsverfahren statt eventgestützter Mechanismen: Einzelne Funktionen werden zu diskreten Zeitpunkten der Zeitscheibe gestartet, lesen Eingangssignale aus dem globalen Speicher und schreiben Ausgangssignale in globale Variablen. Hierdurch werden Kommunikationspfade zwischen Komponenten verschleiert, funktionale Abhängigkeiten sind nur durch tief greifende Analysen zu finden. AUTOSAR unterstützt grundsätzlich die Möglichkeiten einer solchen zeitgesteuerten Kommunikation, jedoch erfordern die Mechanismen des Virtual Functional Bus eine explizite Trennung der Module und eine Sichtbarmachung von Kommunikationspfaden. In dieser Trennung von Verantwortlichkeiten liegt einer der Hauptvorteile einer durchgängigen und konsistenten Software-Architektur wie sie AUTOSAR bietet. Analyse Im Fall einer Neuimplementierung bestehender Software auf einer neue Hardware und einer neuen Basissoftware hat es sich als unerlässlich herausgestellt, mit einer grundlegenden Analyse der Hard- und vor allem Softwarestruktur des bestehenden Steuergeräts zu beginnen. Herausgearbeitet werden müssen die Modulstruktur, die Schnittstellen und die Abhängigkeiten der Module untereinander, das Scheduling-Konzept, insbesondere die Zeitscheibe und die Abfolge der Tasks, Bild 2: Vertikaler Prototyp. Die kontinuierliche Bewertung ermöglicht das frühzeitige Aufdecken von Fehlern Bild 1: Einstellparameter an den Architekturgrenzen die Kommunikationspfade und inhalte sowie die Kommunikation mit der Außenwelt. Für die Restrukturierung des Programmcodes in Richtung AUTOSAR gilt es vor allem, den bestehenden Code in Applikationscode und Basissoftware zu unterteilen. Die identifizierten Basissoftware-Module müssen mit der verwendeten AUTOSAR-Basissoftware abgeglichen werden, der Applikationscode wird später auf die AUTOSAR-Basissoftware aufzusetzen sein. Bei der Analyse der Basissoftware gilt es, die zukünftige Struktur, insbesondere die Quelle der neuen AUTOSAR- Module, zu bestimmen. Bei diesem Schritt muss entschieden werden, ob die Basissoftware von der Standard- Basissoftware für den jeweiligen Prozessor, vom OEM oder vom Zulieferer stammen soll oder ob ein bestehendes Modul, etwa ein Complex Driver, integriert werden soll. Bild 1 zeigt die Basissoftware und ihre möglichen Quellen. In einem weiteren Schritt gilt es, die Funktionsmodule im Sinne einer soliden Schichtenarchitektur zu einer Sollstruktur zusammenzustellen. Dieser Prozess erfordert erfahrene Softwarearchitekten, um zu einer belastbaren, zukunftssicheren Struktur zu gelangen. Hierzu sind beispielsweise Sollbruchstellen aufzuzeigen, an denen in der Realisierungsphase Module aufgetrennt oder neue Abstraktionen geschaffen werden sollen. Schließlich muss für die anschließende Realisierungsphase die technische und organisatorische Planung durchgeführt werden. Insbesondere müssen Vorgaben für das AUTOSAR-konforme Redesign gemacht werden. Dies sind typischerweise Transformationsmuster, die aufzeigen, wie Kommunikationsmechanismen auf AUTOSAR-konforme Mechanismen umgestellt werden sollen. Entwicklung des AUTOSAR-Steuergeräts Die Erkenntnis aus der Agilen Softwareentwicklung, in kurzen Iterationszyklen zu implementieren, ständig zu testen und häufig zu integrieren, gilt bei der Steuergeräteentwicklung in besonderem Maße: Zu der Vielzahl von möglichen Fehlerquellen in Hardware, Firmware, Basissoftware und Applikation wird noch die Problematik des richtigen Timing-

3 Vector ist Premium Member der AUTOSAR Entwicklungspartnerschaft. >> PROFITIEREN SIE VON DEN VECTOR LÖSUNGEN FÜR AUTOSAR Bildmotiv Entwurfswerkzeuge und Softwarekomponenten werden AUTOSAR-kompatibel. Vectors durchgängige Werkzeugkette ermöglicht es Ihnen, elektronikvernetzte Systeme im Automobil gemäß der AUTOSAR-Methodik zu entwerfen und Steuergeräte AUTOSAR-konform zu entwickeln. Mit den Vector AUTOSAR-Lösungen > profitieren Sie von einer integrierten Entwicklungsumgebung, die Entwurfswerkzeuge und Basis-Softwarekomponenten miteinander verbindet, > bleiben Sie offen für die Einbindung von Komponenten und Werkzeugen anderer Anbieter, > tauschen Sie über standardisierte AUTOSAR-Formate auf einfache Weise Designinformationen mit anderen Unternehmen aus, > migrieren Sie bestehende Lösungen in den AUTOSAR-Ansatz. Vector - Lösungen für Standards von morgen! the art of engineering Vector Informatik GmbH > Ingersheimer Str. 24 > Stuttgart > Tel > Fax >

4 38lA UTOMOTIVE l SYSTEME AUTOSAR-ENTWICKLUNGSPROZESS AUTOSAR sieht einen mehrstufigen Entwicklungsprozess vor, bei dem vor der eigentlichen Softwareentwicklung eine Reihe von Spezifikations- und Verfeinerungsschritten vorgenommen werden (Bild 3). So wird zunächst die Software und ihre Schnittstellen spezifiziert (Software Component Description) und die Eigenschaften des Steuergeräts beschrieben (ECU Resource Description). In einem komplexen Konfigurations- und Mappingverfahren werden die Softwaremodule schrittweise auf die Hardware- (Steuergeräte-)struktur abgebildet (System Constraint Descrip- Bild 3: Der AUTOSAR-Entwicklungsprozess erfordert eine Reihe von Spezifikations- und Verfeinerungsschritten tion, System Configuration Description, ECU Configuration Description). Die ECU Configuration Description bildet dann die Grundlage für die Ankopplung der Generatoren, die Basissoftware, Betriebssystem und vor allem die AUTOSAR-RTE erzeugen. Der Spezifikationsprozess ist zwar durch XML-Formate und dazu gehörige Metamodelle definiert, der Einsatz von durchgängigen Modellierungs- bzw. Entwicklungswerkzeugen mit umfangreichen Konsistenzprüfungen und angeschlossenen Generatoren ist jedoch für eine effektive Entwicklung obligatorisch. Verhaltens hinzugefügt. Im Falle der Realisierung eines AUTOSAR-konformen Steuergeräts wird auf einer meist neuen Hardware eine neue (AUTOSAR-)Basissoftware aufgesetzt. Dazu kommt ein neuer Entwicklungsprozess mit Generatoren und zusätzlichen Modellierungs- und Spezifikationsschritten. Die Migration des bestehenden Funktionscodes stellt dabei nur einen relativ geringen Teil der Gesamtkomplexität dar. In solchen Projekten ist das frühzeitige Erkennen von funktionellen oder gar konzeptionellen Risiken besonders wichtig für den Projekterfolg. Kritisch ist hierbei immer die Integration mehrerer zeitgleich neu entwickelter Komponenten. Leider stellt auch die Durchführung von Modultests bei den einzelnen Komponenten keine Versicherung gegen verteilte und damit schwer zu lokalisierende Fehler dar. Es bietet sich daher an, zunächst mit einem so genannten Vertikalen Prototypen zu beginnen, der die grundsätzliche Machbarkeit des in der Analysephase erarbeiteten Entwicklungsprozesses aufzeigt und sukzessive bis hin zum Gesamtsystem erweitert wird. Vertikaler Prototyp meint dabei, dass die Implementierung zwar vertikal durch alle Schichten und auch Kommunikationskanäle zwischen den Schichten läuft, dort aber prototypisch zunächst nur einen Teil der Funktionalität umsetzt. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass bei der anschließenden horizontalen Erweiterung des Systems immer gegen ein bereits integriertes und funktionstüchtiges Gesamtsystem getestet wird. Durch kontinuierliche, objektive Bewertung des erreichten Entwicklungsstands, also kontinuierliche Integration, können Fehler so frühzeitig erkannt und die Richtigkeit der Vorgehensweise ständig überprüft werden (Bild 2). Vorteile durch AUTOSAR Mit der beschriebenen Vorgehensweise besteht die Chance, die bestehende Steuergerätesoftware einerseits weit-

5 SYSTEMEl AUTOMOTIVE l 39 gehend zu übernehmen, andererseits aber bereits Schnittstellen einzuziehen, die ein späteres Redesign einzelner Komponenten erleichtern. Den häufig geäußerten Befürchtungen, durch AUTOSAR würde der Bedarf an Rechenzeit und Speicherplatz im Steuergerät wachsen und somit die Herstellungskosten steigen, stehen zahlreiche Vorteile auf der Architekturseite entgegen. Häufig wird etwa durch zu frühe Optimierung die Softwarestruktur derart beeinträchtigt, dass in späteren Iterationen nur noch Balkons angebaut werden und man sich mangels tieferen Verständnisses des bisherigen Codes, nicht an ein punktuelles Refactoring herantraut. Dieser so genannte gewachsene Code führt oft zu totem (also nicht genutztem) Code oder aber komplizierten Programmstrukturen, die ineffizient oder ineffektiv sind und potenzielle Fehlerquellen darstellen. Durch Offenlegung der Schnittstellen und stärkere Trennung von Verantwortlichkeiten können solche Strukturen leichter erkannt werden. Auch ist durch eine stärkere Strukturierung und Offenlegung von Kommunikationsstrukturen das Erkennen und Behandeln von Varianten wesentlich leichter. So wie auch im Betriebssystembereich und in der AUTOSAR- Basissoftware ungenutzte Module bei der Generierung des Steuregerätecodes weggelassen werden und somit nicht im Zielsteuergerät enthalten sind, sollten auch ungenutzte Applikationsmodule aus der Software entfernbar sein. AUTOSAR-Pilotprojekte Das AUTOSAR-Projekt soll mit der Version 2.0 bis Ende 2006 soweit abgeschlossen sein, dass mit dem Einsatz in der Serie begonnen werden kann. Dies bedeutet aber für die Zulieferer, dass ab 2007 AUTOSAR-konforme Steuergeräte zur Verfügung stehen müssen. Da der Einsatz von AUTOSAR in der Steuergeräteentwicklung jedoch erhebliche Auswirkungen auf Hardware, Software und den Entwicklungsprozess hat, sollte frühzeitig mit der Evaluierung von AUTOSAR begonnen werden. Der Umgang mit der neuartigen Basissoftware, der Einsatz der AUTOSAR-RTE als Kommunikationsinfrastruktur und die damit zusammenhängenden Entwicklungs- und Generatorprozesse können nicht früh genug untersucht werden. Nur durch die rechtzeitige Beschäftigung mit AUTOSAR als Architektur und Entwicklungsprozess ist es möglich, die Chancen und Risiken im jeweiligen Kontext objektiv zu bewerten, einen Migrationspfad für den Umstieg der Steuergeräteentwicklung hin zu AUTOSAR zu entwickeln und diesen dann erfolgreich zu implementieren. Dr. Jörg-Volker Müller ist Business Development Manager Automotive & ITS bei Lineas Informationstechnik GmbH, Braunschweig. Lineas Informationstechnik

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