Vorlesung Automotive Software Engineering Teil 6 SW-Entwicklung (2-1) Wintersemester 2014/15 TU Darmstadt, FB 18 und FB 20

Transkript

1 Vorlesung Automotive Software Engineering Teil 6 SW-Entwicklung (2-1) Wintersemester 2014/15 TU Darmstadt, FB 18 und FB 20 Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Hohlfeld Bernhard.Hohlfeld@mailbox.tu-dresden.de Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik Honorarprofessur Automotive Software Engineering

2 Flash Loader Diagnoseprotokoll ISO Network Layer ISO CAN-Treiber Betriebssystem OSEK-OS Berechnungsfunktionen Interaction Layer OSEK-COM Anzeigeobjekte MOST- Netzwerkmanagement OSEK-NM MOST Netzdienste Displaytreiber LED- Treiber HAL Zeigertreiber I/O- Treiber Vorlesung Automotive Software Engineering Motivation und Überblick SW-Entwicklung E/E-Entwicklung Beispiele aus der Praxis Das Automobil Die Automobil- herstellung Normen und Standards Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation der logischen Systemarchitektur Analyse der logischen Systemarchitektur und Spezifikation der technischen Systemarchitektur Analyse der Software- Anforderungen und Spezifikation der technischen Softwarearchitektur SG 1 f1 f2 f3 f4 Logische Systemarchitektur SG 2 f1 f2 SG 3 f3 f4 Technische Systemarchitektur Software-Architektur Akzeptanz- und Systemtest Kalibrierung Integrationstest des Systems Integration der System- Komponenten Integrationstest der Software Integration der Software- Komponenten Die Automobil- branche Spezifikation der Software- Komponenten Design und Implementierung der Software-Komponenten Test der Software- Komponenten 2

3 Lernziele SW-Entwicklung Vorgehensmodelle kennen Grundbegriffe des Systems Engineering kennen Den Kernprozess zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software im Fahrzeug verstehen Das V-Modell zur Software-Entwicklung in einer speziellen Ausprägung mit zahlreichen Beispielen kennen Die Unterstützungsprozesse zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software im Fahrzeug kennen 3

4 6. SW-Entwicklung 1. Vorgehensmodelle 2. Kernprozess 3. Unterstützungsprozesse 4

5 Software Entwicklungsprozess 5

11 6. SW-Entwicklung / 2. Kernprozess 1. Grundbegriffe 2. Entwicklungsobjekt: Kombiinstrument 3. Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation der logischen Systemarchitektur 4. Analyse der logischen Systemarchitektur und Spezifikation der technischen Systemarchitektur 5. Analyse der Software-Anforderungen und Spezifikation der technischen Softwarearchitektur 6. Spezifikation der Software-Komponenten 7. Design und Implementierung der Software-Komponenten 8. Test der Software-Komponenten 9. Integration der Software-Komponenten 10. Integrationstest der Software 11. Integration der System-Komponenten 12. Integrationstest des Systems 13. Kalibrierung 14. Akzeptanz- und Systemtest 11

12 Quelle für Inhalte und Abbildungen J. Schäuffele, Th. Zurawka: Automotive SW Engineering, Springer Vieweg, 5. Auflage, Kapitel 4 12

14 Komponentenentwicklung und Systementwicklung Komponentenentwicklung Analyse und Entwurf von Komponenten Computerspiele SAP Keine oder wenig Bezug zu realer Umwelt Benutzer und betriebliche Abläufe müssen sich der EDV anpassen, nicht umgekehrt 14

15 Komponentenentwicklung und Systementwicklung Systementwicklung Analyse und Entwurf des Systems als Ganzes Liefert Vorgaben für Komponentenentwicklung Embedded Systems / Eingebettete Systeme Automotive Luftfahrt Bahnen Medizin Hoher Bezug zu realer Umwelt Systeme wie ESP haben sich z.b. der Physik anzupassen 15

16 Embedded Systems Eingebettete mikroelektronische Systeme sind die Treiber für innovative Technologien und Märkte des 21. Jahrhunderts. Fast alle volkswirtschaftlich relevanten Industriezweige, vom Automobilbau über die Automatisierungsbranche bis hin zur Medizintechnik erreichen ihre Spitzenstellung nur durch den Einsatz von Embedded Systems. Ohne sie fliegt kein Flugzeug, funktioniert kein Mobiltelefon und kein Computertomograph. Unentbehrlicher Bestandteil von Embedded Systems ist die Software. Meist werden die Programme in der verarbeitenden Industrie selbst geschrieben. Daher zählen viele deutsche Unternehmen zu den weltweit führenden Softwareproduzenten. (Presseinformation Pr des ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.v.anlässlich des 4. Nationalen IT-Gipfels in Stuttgart am 8. Dezember 2009) Am 8. Dezember 2009 wurde auf dem 4. IT-Gipfel in Stuttgart im Beisein von Frau Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel die Nationale Roadmap Embedded Systems vorgestellt. Quelle: Embedded-Systems.aspx 16

17 Grundbegriffe der Systemtheorie Systemtheorie = Vorgehensweisen zum Umgang mit Komplexität Ansatz: Divide et impera / Teile und Beherrsche Annahmen Die Aufteilung des Systems in Komponenten verfälscht nicht das betrachtete Problem. Die Komponenten für sich betrachtet sind in wesentlichen Teilen identisch mit den Komponenten des Systems. Die Prinzipien für den Zusammenbau der Komponenten zum System sind einfach, stabil und bekannt. Diese Annahmen sind bei der Entwicklung von elektronischen Systemen und Software für Fahrzeuge erfüllt bzw. erfüllbar. Die Eigenschaften des Systems ergeben sich aus dem Zusammenspiel der Komponenten Komplexität des Systems führt zu komplexen und aufwändigen Analysen der Komponenten und ihres Zusammenspiels = Kern der Systemtheorie Komponenten Technische Bauteile, Menschen / Benutzer, Umwelt 17

18 Systemdefinition (Schäuffele, Zurawka) Ein System ist eine von ihrer Umgebung abgegrenzte Anordnung aufeinander einwirkender Komponenten. Ein System interagiert mit seiner Umgebung über Systemeingänge und Systemausgänge Komponente X Komponente Y System A Systemeingänge Systemausgänge Subsystem B Systemumgebung Systemgrenze 18

19 Systemdefinition (Schäuffele, Zurawka) Beispiel Systemeingänge Aktionen des Fahrers Beschleunigen Bremsen Lenken Blinken Sensorsignale System Reibwert- erkennung Fahrzeug Systemausgänge Geschwindigkeitsvektor Aktionen Blinker leuchtet Systemeingänge Komponente X System A Subsystem B Systemgrenze Komponente Y Systemumgebung Systemausgänge 19

23 Systemzustand Systemzustand Menge von Eigenschaften, die das System zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreiben Beispiele Motor läuft mit 4862 Umdrehungen / min Getriebe läuft im 5. Gang Im Radio läuft MDR Jump 23

24 Systemumgebung Systemumgebung (Umgebung) Menge von Komponenten, die nicht zum System gehören, aber das System beeinflussen (können) Beispiel System: Fahrzeug Umgebung: Fahrer, Strasse Systemschnittstellen Signale aus der Umgebung (Systemeingänge) Signale an die Umgebung (Systemausgänge) Komponenten eines Systems können wiederum Systeme sein (Subsysteme) Mehrere Systemebenen (Betrachtungsebenen, Abstraktionsebenen) Aussensicht Abstraktion der Systemsicht auf Systemgrenze und Systemschnittstellen Keine Unterscheidung zwischen Komponente und System 24

25 Modellierung von Systemen Methoden zur Modellierung von Systemen Abstraktion durch Hierarchiebildung Zusammenführung von Komponenten zum System Bezeichnung: Integration oder Komposition Modularisierung Zerlegung eines Systems in Komponenten Bezeichnung: Partitionierung oder Dekomposition 7 +/- 2 - Regel Systeme mit mehr als 9 = Komponenten erscheinen komplex Systeme mit weniger als 5 = 7-2 Komponenten erscheinen trivial 25

26 Modellierung von Systemen 7 +/- 2 - Regel Systeme mit mehr als 9 = Komponenten erscheinen komplex Systeme mit weniger als 5 = 7-2 Komponenten erscheinen trivial Komponente A Komponente B Komponente C Komponente D Komponente E Komponente F Komponente G Komponente H Komponente I Komponente J Komponente K Komponente L 26

27 Modellierung von Systemen 7 +/- 2 - Regel Systeme mit mehr als 9 = Komponenten erscheinen komplex Systeme mit weniger als 5 = 7-2 Komponenten erscheinen trivial Komponente B Komponente C Komponente J Komponente L 27

28 Systemebenen in der Fahrzeugelektronik (Nach Schäuffele, Zurawka) Ebene Fahrzeug Ebene Fahrzeugsubsystem (z.b. Antriebsstrang)... Ebene Steuergerät... Ebene Mikrocontroller R U... Ebene Software Software-Subsystem Software-Komponente... 28

29 Systems Engineering (1) Im Gegensatz zur Komponentenentwicklung zielt die Systementwicklung (engl. Systems Engineering) auf die Analyse und den Entwurf des Systems als Ganzes und nicht auf die Analyse und den Entwurf seiner Komponenten.... Systems Engineering ist die gezielte Anwendung von wissenschaftlichen und technischen Ressourcen Zur Transformation eines operationellen Bedürfnisses in die Beschreibung einer Systemkonfiguration unter bestmöglicher Berücksichtigung aller operativen Anforderungen und nach den Maßstäben der gebotenen Effektivität. Zur Integration aller technischen Parameter und zur Sicherstellung der Kompatibilität aller physikalischen, funktionalen und technischen Schnittstellen in einer Art und Weise, so dass die gesamte Systemdefinition und der Systementwurf möglichst optimal werden. Zur Integration der Beiträge aller Fachdisziplinen in einen ganzheitlichen Entwicklungsansatz. (Nach Schäuffele/Zurawka, Einleitung zu Kapitel 4) 29

30 Systems Engineering (2) Die Definition ist angelehnt an Definitionen von SEI/CMU CMMI - Capability Maturity Model Integration Software Engineering Institute (SEI) an der Carnegie Mellon University (CMU) INCOSE - International Council on Systems Engineering GfSE - Gesellschaft für Systems Engineering e.v. German Chapter of INCOSE 30

31 Systems Engineering Alles hängt mit allem irgendwo irgendwie irgendwann zusammen 2 und 2 ist irgendwas, und 4 und 4 ist auch irgendwas, aber was anderes. Das macht alles so kompliziert. 2 und 2 ist irgendwas, und 2 mal 2 ist auch irgendwas, aber diesmal das gleiche. Das macht alles noch komplizierter. 31

32 Systems Engineering Alles hängt mit allem irgendwo irgendwie irgendwann zusammen 2 und 2 ist irgendwas, und 4 und 4 ist auch irgendwas, aber was anderes. Das macht alles so kompliziert. 2 und 2 ist irgendwas, und 2 mal 2 ist auch irgendwas, aber diesmal das gleiche. Das macht alles noch komplizierter. 31

33 Systems Engineering 32

34 Systems Engineering Die Lösung eines Problems sollte nicht neue Probleme schaffen. 32

35 Systems Engineering Die Lösung eines Problems sollte nicht neue Probleme schaffen. 32

36 Systems Engineering Die Lösung eines Problems sollte nicht neue Probleme schaffen. Problem 32

39 Systems Engineering Die Lösung eines Problems sollte nicht neue Probleme schaffen. Problem Der Motor droht im Sommer zu überhitzen 32

40 Systems Engineering Die Lösung eines Problems sollte nicht neue Probleme schaffen. Problem Der Motor droht im Sommer zu überhitzen Einfach zu realisierende Lösung (dieses Problems!) 32

41 Systems Engineering Die Lösung eines Problems sollte nicht neue Probleme schaffen. Problem Der Motor droht im Sommer zu überhitzen Einfach zu realisierende Lösung (dieses Problems!) Heizung auf höchste Stufe 32

42 Systems Engineering Die Lösung eines Problems sollte nicht neue Probleme schaffen. Problem Der Motor droht im Sommer zu überhitzen Einfach zu realisierende Lösung (dieses Problems!) Heizung auf höchste Stufe 32

43 Systems Engineering Fachdisziplinen innerhalb Systems Engineering Software-Entwicklung Hardware-Entwicklung Sensorik Aktuatorik Siehe Mechatronik 33

44 HAL Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation der logischen Systemarchitektur f1 f3 f2 f4 Akzeptanz- und Systemtest Logische Systemarchitektur Analyse der logischen Systemarchitektur und Spezifikation der technischen Systemarchitektur SG 1 SG 2 f1 f2 SG 3 f3 f4 Technische Systemarchitektur Kalibrierung Integrationstest des Systems Integration der System- Komponenten Analyse der Software- Anforderungen und Spezifikation der technischen Softwarearchitektur Berechnungsfunktionen Anzeigeobjekte Flash Loader Interaction Layer Netzwerkmanagement OSEK-COM MOST Diagnoseprotokoll ISO Netzdienste OSEK-NM Network Layer ISO CAN-Treiber MOST- Betriebssystem OSEK-OS Zeigertreibetreiber Display- LED- I/O- Treiber Treiber Software-Architektur Integrationstest der Software Integration der Software- Komponenten Spezifikation der Software- Komponenten Design und Implementierung der Software-Komponenten Test der Software- Komponenten 34

45 Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation der logischen Systemarchitektur Anwendungsfälle Testergebnisse Akzeptanz- und Systemtest Analyse der logischen Systemarchitektur und Spezifikation der technischen Systemarchitektur Testfälle Testergebnisse Kalibrierung Integrationstest des Systems Integration der System- Komponenten Analyse der Software- Anforderungen und Spezifikation der technischen Softwarearchitektur Testfälle Testergebnisse Integrationstest der Software Integration der Software- Komponenten Spezifikation der Software- Komponenten Design und Implementierung der Software-Komponenten Test der Software- Komponenten 35

47 Kombiinstrument Tachometer Odometer Drehzahlmesser Tankanzeige Kühlmitteltemperaturanzeige Kontrollleuchten... 37

48 Kombiinstrument: Integration im Cockpit Quelle: 38

49 Entwicklungsobjekt: Kombiinstrument 39

52 Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation der logischen Systemarchitektur Logische Systemarchitektur Benutzeranforderungen Testergebnisse Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation der logischen Systemarchitektur Logische Komponenten und Subsysteme Schnittstellen Anforderungen Anwendungsfälle 42

53 Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation der logischen Systemarchitektur Analyse der Benutzeranforderungen Strukturierungsprozess für die Anforderungen und Randbedingungen aus Sicht der Benutzer in der frühen Phase der Systementwicklung Logische Komponenten und Subsysteme definieren Funktionen, Anforderungen und Schnittstellen festlegen Anwendungsfälle für die Funktionen als Basis für den Systemtest festlegen Spezifikation der logischen Systemarchitektur Abstrakte Lösung Bindeglied zwischen Benutzeranforderungen und technischer Systemarchitektur Modellbasierte Darstellung (Blockdiagramme, Zustandsautomaten) Schrittweise Zerlegung der Funktionen 43

54 Kombiinstrument: Benutzeranforderungen Geschwindigkeits- anzeige Anzeige der Uhrzeit Anzeige der Motordrehzahl Anzeige der Kühlmitteltemperatur Wegstreckenberechnung Anzeige von Warnhinweisen Bordcomputer Getriebestufenanzeige Batteriespannungsanzeige Anzeige des Datums Kraftstoffverbrauch Serviceintervallanzeige Aussentemperaturanzeige 44

55 Kombiinstrument: Logische Systemarchitektur (1) Berechnungsfunktionen Anzeigeobjekte Darstellung Geschwindigkeits- anzeige Anzeige der Uhrzeit Anzeige der Motordrehzahl Anzeige der Kühlmitteltemperatur Wegstreckenberechnung Anzeige von Warnhinweisen Bordcomputer Getriebestufenanzeige Batteriespannungsanzeige Anzeige des Datums Kraftstoffverbrauch Serviceintervallanzeige Aussentemperaturanzeige 45

56 Kombiinstrument: Logische Systemarchitektur (2) Berechnungsfunktionen Anzeigeobjekte Darstellung Bordcomputer Tankfüllstand Uhr über GPS Uhrzeit Aussentemperatur Display Datum Motordrehzahl Kraftstoffverbrauch Serviceintervall Wegstrecken Geschwindigkeit Kühlmitteltemperatur Tankfüllstand Zeigerinstrument LED Gesamtstrecke Tagesstrecke Reichweite Getriebestufe Verbrauch Batteriespannung Wegstrecken 46

64 Kombiinstrument: Logische Systemarchitektur (10) Berechnungsfunktionen Anzeigeobjekte Darstellung Sensorinformation (über CAN) Bordcomputer Tankfüllstand Uhr über GPS Uhrzeit Aussentemperatur Display Datum Motordrehzahl Kraftstoffverbrauch Serviceintervall Wegstrecken Geschwindigkeit Kühlmitteltemperatur Tankfüllstand Zeigerinstrument LED Gesamtstrecke Tagesstrecke Reichweite Getriebestufe Verbrauch Batteriespannung Wegstrecken 54

68 Kombiinstrument: Logische Systemarchitektur (14) Berechnungsfunktionen Anzeigeobjekte Darstellung Sensorinformation (über CAN) Bordcomputer Tankfüllstand Uhr über GPS Uhrzeit Aussentemperatur Display Datum Motordrehzahl Kraftstoffverbrauch Serviceintervall Wegstrecken Geschwindigkeit Kühlmitteltemperatur Tankfüllstand Zeigerinstrument LED Gesamtstrecke Tagesstrecke Reichweite Getriebestufe Serviceintervall Verbrauch Batteriespannung Wegstrecken 58

71 Logische Systemarchitektur Logische Komponenten und Subsysteme Schnittstellen Anforderungen Testergebnisse Analyse der logischen Systemarchitektur und Steuerungs- und regelungstechnische Analyse Analyse von Echtzeitsystemen Analyse verteilter und vernetzter Systeme Zuverlässigkeitsund Sicherheitsanalyse Spezifikation der technischen Systemarchitektur Steuerungs- und regelungstechnische Spezifikation Spezifikation von Echtzeitsystemen Spezifikation verteilter und vernetzter Systeme Zuverlässigkeitsund Sicherheits- Spezifikation Technische Systemarchitektur Technische Komponenten und Subsysteme Art der Realisierung: Mechanik, Hydraulik, Hardware, Software,... Schnittstellen Anforderungen Testfälle 61

72 Logische und technische Systemarchitektur (1) f3 f1 f2 f1.1 f1.2 f1.3 f1.4 f1.5 Logische Systemarchitektur für f1, f2, f3 Steuergerät f1 Mikrocontroller Software Technische Systemarchitektur für f1.1 - f1.5, f2, f3 Sollwertgeber A/D- Wandlung f1.2 D/A- Wandlung f1.5 Aktuator f2 Sensor f3 A/D- Wandlung f1.1 f1.3 f1.4 62

78 Logische und technische Systemarchitektur Randbedingungen für die technische Systemarchitektur Standards und Entwurfsmuster Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Systemen und Komponenten Ergebnisse von Machbarkeitsstudien Produktions- und Serviceanforderungen Änderbarkeits- und Testbarkeitsanforderungen Aufwands-, Kosten- und Risikoabschätzungen Beispiele Wiederverwendung von technischen Komponenten in verschiedenen Fahrzeugbaureihen Verschiedene Fahrzeugvarianten innerhalb einer Fahrzeugbaureihe Sonderausstattung versus Serienausstattung Länderspezifische Ausstattungsvarianten Komponentenorientierte Wiederverwendung 68

79 Randbedingungen und Zielkonflikte Wiederverwendung von technischen Komponenten in verschiedenen Baureihen Motoren Getriebe Einheitliche Motor- und Getriebesteuergeräte mit unterschiedlichem Programm und Datenstand Verschiedene Varianten innerhalb einer Baureihe Schaltgetriebe Automatikgetriebe Trennung von Motor- und Getriebesteuergerät Sonderausstattung und Serienausstattung Serienausstattung Realisierung auf einem Steuergerät Sonderausstattung Regensensor Einparkhilfe Elektrische Sitzverstellung Separate Steuergeräte oder Softwarefreischaltung 69

80 Logische und technische Systemarchitektur Funktion f1 f2 f3 f4 SG1 SG2 Funktionen des Fahrzeugs SG3 Bus Steuergerät Steuergeräte des Fahrzeugs Komponentenorientierte Wiederverwendung versus funktionale Zerlegung Vorgabe: Wiederverwendung des Steuergerätes SG1 mit den Funktionen f1, f2, f3 Freiheitsgrad: Zuordnung der Funktion f4 (z.b. auf SG 3) 70

81 Logische und technische Systemarchitektur Logische Systemarchitektur Funktionen Logische Kommunikation Technische Systemarchitektur Verteilung der Funktionen auf Steuergeräte Kommunikation Im Steuergerät Zwischen Steuergeräten SG 1 f1 f1 f3 SG 2 f2 f2 f4 SG 3 f3 f4 71

88 Logische und technische Systemarchitektur Logische Systemarchitektur Funktionen Logische Kommunikation Technische Systemarchitektur Verteilung der Funktionen auf Steuergeräte Kommunikation Im Steuergerät Zwischen Steuergeräten siehe Teil 7 Normen und Standards SG 1 f1 f1 f3 SG 2 f2 f2 f4 SG 3 f3 f4 78

89 Logische und technische Systemarchitektur Logische Systemarchitektur Funktionen Logische Kommunikation Technische Systemarchitektur Verteilung der Funktionen auf Steuergeräte Kommunikation Im Steuergerät Zwischen Steuergeräten siehe Teil 7 Normen und Standards SG 1 f1 f1 f3 SG 2 f2 f2 f4 SG 3 f3 f4 78

90 Kombiinstrument im Steuergerätenetzwerk Motorsteuergerät ABS-Steuergerät CAN Kombiinstrument MOST Audiosystem MMI-System 79

91 Hardware des Kombiinstruments Kombiinstrument Mikrocontroller Mikroprozessor Zeigeransteuerung Zeigerinstrumente A/D- Wandler Displayansteuerung Displays LED- Ansteuerung LEDs CAN- Schnittstelle MOST- Schnittstelle 80

92 Kombiinstrument 81

94 Steuerungs- und Regelungstechnik Fahrer Umwelt W* Z Sollwertgeber W Steuerung / Regler Überwachung U Y X R Aktuatoren Strecke Sensoren Fahrzeug R 83

95 Steuerungs- und Regelungstechnik Fahrer Umwelt W* Z Sollwertgeber W Steuerung / Regler Überwachung U Y X R Aktuatoren Strecke Sensoren Fahrzeug R W Steuergerätenetzwerk U R Bus 84

97 Analyse und Spezifikation von Echtzeitsystemen Bei Analyse und Spezifikation steuerungs- und regelungstechnischer Systeme werden Anforderungen bezüglich der Abtastrate festgelegt. Abtastraten bilden die Basis für Echtzeitanforderungen an Software-Funktionen. Bei verteilten, vernetzten Systemen ergeben sich aus den Abtastraten auch die Echtzeitanforderungen an das Kommunikationssystem. Realisierbarkeit wird mit geeigneten Methoden analysiert Bewertung technischer Realisierungsalternativen Eventuell Korrektur der Konfiguration des Echtzeitsystems Betrachtet werden Anwendungssoftware Basissoftware Kommunikationssystem Vorlesungen Echtzeitsysteme Prof. Schürr, TU Darmstadt Prof. Härtig, TU Dresden 86

99 f1 S4 S5 f2 S1 S2 S3 S6, S7 Logische Systemarchitektur f3 Technische Systemarchitektur µc1.1 µc2.1 µc3.1 µc1.2 Mikrocontroller SG1 SG2 SG3 Bus Nachricht 88

100 Zuordnung von Signalen zu Nachrichten Signal 1 Signal 2 Signal 3 Logische Systemarchitektur Technische Systemarchitektur S1 S2 S3 Nachricht 1 ID1 S1 S2 S3 Adressierung mit Identifier ID Status-, Steuer- & Prüfinformationen Nutzdaten 89

102 Logische Systemarchitektur Teil 7 Normen und Standards ISO26262 Gefahrenanalyse Gefährliche Situationen Risiko-, Ausfallarten- & Ausfallratenanalyse Zuverlässigkeits- & Sicherheitsanforderungen an das System Identifikation relevanter Komponenten & Subsysteme Zuverlässigkeits- & sicherheitsrelevante Komponenten & Subsysteme Zuverlässigkeits- & Sicherheitsanalyse & Spezifikation zuverlässiger & sicherer Systeme Definition des Verifikations- & Validationsprozesses Definition der Anforderungen an technische Komponenten und Subsysteme Definition des Software- Entwicklungsprozesses Verifikations- & Validationsprozess Zuverlässigkeits- & Sicherheitsanforderungen an die Hardware Zuverlässigkeits- & Sicherheitsanforderungen an die Software Software- Entwicklungsprozess Technische Systemarchitektur 91

105 Software Architekturen und Wiederverwendung 94

106 Software Architekturen und Wiederverwendung

107 Software Architekturen und Wiederverwendung Gleiches Steuergerät Gleicher SW-Stand Weglassen Gleiche Steuergeräte Neuer SW-Stände Neues Steuergerät 96

108 AUTOSAR Komponenten Automotive Open System Architecture: Standardized, openly disclosed interfaces HW independent SW layer Transferability of functions Redundancy activation AUTOSAR RTE: by specifying interfaces and their communication mechanisms, the applications are decoupled from the underlying HW and Basic SW, enabling the realization of Standard Library Functions 97

109 Evolution der Software Architekturen 98

110 Was ist Softwarearchitektur? 99

111 Was ist Softwarearchitektur? Architektur beschreibt den Aufbau eines Systems aus seinen Komponenten und deren Wechselwirkungen Architektur gibt Systemen Struktur und Gestalt Architektur strukturiert komplexe Systeme mit vielen Komponenten und macht sie überschaubar Die Fahrzeug Software Architektur beschreibt den im Rahmen einer definierten Zielvorstellung besten Aufbau eines Fahrzeug Software Systems 100

112 Wozu Softwarearchitektur? Software Architektur macht die Komplexität zukünftiger Software Systeme mit vielen wechselwirkenden Funktionen durchschaubar und beherrschbar... und begünstigt damit den Bau zuverlässiger Systeme Software Architektur zeigt mehrfach verwendbare Komponenten eines Software Systems auf... und schafft damit eine Grundlage für baureihenübergreifende Software Systeme Software Architektur zeigt Wechselwirkungen und Schnittstellen zwischen den Teilen des Software Systems auf und beschreibt diese... und schafft damit u.a. die Grundlage für die Plug&Play-Fähigkeit zukünftiger Architekturkomponenten Software Architektur liefert die Grundlage für flexible, updatefähige und erweiterbare Software Systeme im Fahrzeug. 101

113 Trends E/E-Komponenten: Verteilte Systeme (1) Gestern Klassische Bedienelemente (Schalter, Potis) oder mechanisch betätigte Schalter (Verteiler) steuern direkt die Funktionen bzw. die Leistungstreiber an Eindeutige Zuordnung von Funktion und Bedienung 102

114 Trends E/E-Komponenten: Verteilte Systeme (2) Heute Vielzahl von Funktionen wird durch teilweise vernetzte Steuergeräte angeboten Ansteuerung der Steuergeräte durch dedizierte Bedienelemente, Steuergeräte treiben Lasten Probleme Vielzahl von Bedienelementen Explosion der Steuergeräte-Anzahl 103

115 Trends E/E-Komponenten: Verteilte Systeme (3) Morgen Systeme übernehmen Funktionen unabhängig vom Einbauort Kommunikation über vernetzte Bussysteme Einheitliches MMI wird durch Head Unit des Infotainments bereitgestellt und steuert viele Systeme an 104

116 Software-Anforderungen und Software-Architektur Software- Anforderungen Software-Subsystem Schnittstellen Anforderungen Testergebnisse Analyse der Software-Anforderungen und Spezifikation der Software-Architektur Spezifikation der Software-Komponenten und ihrer Schnittstellen Spezifikation der Software-Schichten Spezifikation der Betriebszustände der Software Spezifikation der Software-Architektur für einen Microcontroller Software-Subsystem Schnittstellen Anforderungen Testfälle 105

118 Software-Anforderungen und Software-Architektur Datenfluss und Kontrollfluss Programmierung Dateninformation Kontroll- oder Steuerinformation Software-Schnittstellen Datenschnittstellen Kontroll- oder Steuerschnittstellen Beispiel Inhalt einer CAN-Nachricht: Dateninformation Eintreffen einer CAN-Nachricht: Kontrollinformation Spezifikation der On-Board-Schnittstellen eines Steuergerätes Sollwertgeber Sensoren Aktuatoren Andere Steuergeräte 107

119 Software-Schnittstellen des Kombiinstrumentes Software-System des Kombiinstruments Analog I/O Analog I/O Treiber Berechnungsfunktionen Zeigertreiber Zeigeransteuerung Digital I/O Digital I/O Treiber Anzeigeobjekte Displaytreiber Displayansteuerung Systemgrenze CAN- Treiber MOST- Treiber LED-Treiber LED- Ansteuerung CAN- Schnittstelle MOST- Schnittstelle Legende: Komponente Systemgrenze Schnittstelle 108

120 Hardware des Kombiinstruments Kombiinstrument Mikrocontroller Mikroprozessor Zeigeransteuerung Zeigerinstrumente A/D- Wandler Software des Kombiinstrumentes Displayansteuerung Displays LED- Ansteuerung LEDs CAN- Schnittstelle MOST- Schnittstelle 109

121 Spezifikation der Off-Board-Schnittstellen Die Software-Architektur muss alle Schnittstellen unterstützen, die für den Off- Board-Betrieb des Steuergerätes in Entwicklung, Produktion und Betrieb notwendig sind Verschiedene Hardware- und Software-Varianten Modifizierte Off-Board-Schnittstellen Verfahren für Messen Kalibrieren Diagnose Flash-Programmierung Beschreibungsdateien für Off-Board-Schnittstellen siehe auch 9. Integration der Software-Komponenten 110

122 Off-Board-Schnittstellen eines Steuergerätes Download- und Debug- Werkzeug Flash- Programmierwerkzeug Mess- und Kalibrierwerkzeug Diagnosewerkzeug Netzwerkentwicklungswerkzeug Rapid- Prototyping- Werkzeug Parametrieungswerkzeug Legende: Off-Board-Schnittstelle Steuergeräte- & Schnittstellenbeschreibung 111

124 Softwarearchitektur des Kombiinstrumentes Berechnungsfunktionen Anzeigeobjekte Anwendungs-Software Flash Loader Diagnoseprotokoll ISO Network Layer ISO Interaction Layer OSEK-COM Netzwerkmanagement OSEK-NM HAL MOST Netzdienste Zeigertreiber Displaytreiber Plattform-/Basis-Software Betriebssystem OSEK-OS CAN-Treiber MOST-Treiber LED- Treiber I/O- Treiber 113

126 Betriebszustände Normalbetrieb Betriebszustand für Diagnose Betriebszustand für Update Notlauf Spezifikation durch Zustandsautomaten 115

127 Betriebszustände des Kombiinstrumentes Anfangszustand Software- Update Klemme R Radio Ein Software- Parametrierung Klemme 15 Zündung Ein Nachlauf Diagnose Endzustand 116

131 Betriebszustände des Kombiinstrumentes Anfangszustand Klemme R Radio Ein Software- Update Software- Parametrierung z.b. Merken von Einstellungen: Anzeige der Reisestrecke Anzeige des Verbrauchs Radio ein Klemme 15 Zündung Ein Nachlauf Diagnose Endzustand 120

134 Betriebszustände des Kombiinstrumentes Wenn Radio eingeschaltet war (Nachlaufdaten) Anfangszustand Software- Update Klemme R Radio Ein Software- Parametrierung Klemme 15 Zündung Ein Nachlauf Diagnose Endzustand 123

137 Klemme

138 Klemmenbezeichnung Eine Klemmenbezeichnung ist im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Kraftfahrzeugelektrik eine Hilfszahl oder ein Buchstabe, um das Anschließen von Leitungen, aber auch die Fehlerdiagnose mithilfe eines Schaltplans in Kraftfahrzeugen, Automatisierungs-anlagen oder Schaltschränken zu vereinfachen. Sie ist an oder nahe bei der Klemme angebracht und oft auch an der dort anzuschließenden bzw. angeschlossenen Leitung. DIN Klemmenbezeichnungen in Kraftfahrzeugen Quelle: 127