E/E-Entwicklungsprozess

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1 Entwicklung Qualität 56 autoren Dr.-Ing. Marcus Martinus ist Projektleiter Virtuelle Absicherungsplattform bei der BMW Group in München. Zoran Cutura ist Leiter Commercial Product Development bei der MBtech Group in Sindelfingen. Dipl. Ing. (FH) Thomas Würz ist Produkt Manager Autosar Basis Software bei der Mentor Graphics Deutschland GmbH in München. Einsatzfälle der VAP im E/E-Entwicklungsprozess Die Virtuelle Absicherungsplattform (VAP) ermöglicht es, die Serien-Software von Steuergeräten unabhängig von ihrer Ziel-Hardware auf einer universellen Hardware-Plattform zu integrieren, zu erleben und abzusichern [1]. Die der von der Hardware erfolgt auf Basis der standardisierten Software-Schnittstellen, konform zu Autosar [2] beziehungsweise Genivi [3]. Die VAP bietet eine vollwertige Echtzeitplattform für und Basis- Software (BSW) mit realer Kommunikation und I/O, ❶. Der Einsatz der VAP bezieht sich sowohl auf entwicklungsbegleitende Tests in der frühen Phase als auch auf Integration und Absicherung auf der rechten Seite des V-Modells, ❷. Im Folgenden sind die Einsatzfälle näher beschrieben. Der erste Usecase, 2 (grün) bezieht sich auf die Sicherstellung der Wiederverwendbarkeit von Software. Dazu soll die Software, deren Schutzrechte bei der BMW Group liegen, parallel zum konventionellen Integrationsprozess auf der VAP integriert werden. Art und Version der richten sich dabei nach dem jeweiligen Komponentenprojekt. Der Einsatz der VAP als Hardware-Plattform für die Weitergabe von Software wird sowohl beim Tier1- Lieferanten als auch innerhalb der BMW Group eingefordert. Darüber hinaus bildet die VAP für Konstellationen, in denen Software getrennt von der Hardware beauftragt werden soll, die notwendige Referenz. Durch die Integration der Software auf der VAP können wesentliche Aspekte der Wiederverwendbarkeit nachgewiesen werden: Nachweis der Konfigurierbarkeit: Die Konfigurations-Dateien (zum Beispiel ARXML) sind auf die VAP übertragbar und können unabhängig vom gewählten Autosar-Lieferanten in den Konfigurations-Werkzeugen bearbeitet und wiederverwendet werden. Die für die Kommunikation notwendigen Module der Basis- Software sind konfigurierbar. Nachweis der Portierbarkeit: Die (Software-Komponenten, s) kann auf der VAP integriert werden. Die Kommunikation lässt sich mit den spezifizierten -Modulen realisieren und testen. Nachweis des korrekten Build-Prozesses: Das Software-Projekt ist für die VAP

2 Virtuelle Absicherungs-Plattform Integration und Wiederverwendung von Software Neben dem Frontloading bietet insbesondere die Wiederverwendbarkeit von bereits entwickelten und abgesicherten Software-Funktionen erhebliches Potenzial. Software-Standards wie Autosar und Genivi liefern hierfür das notwendige Rahmenwerk. Mit dem Einsatz der Virtuellen Absicherungsplattform (VAP) wird es der BMW Group ermöglicht, die Serien-Software frühzeitig im Entwicklungsprozess noch ohne Verfügbarkeit der Ziel-Hardware zu testen und abzusichern. Zudem lässt sich die Wiederverwendbarkeit der Software in anderen Projekten sicherstellen. Als Lieferant der VAP setzte die MBtech Group das Konzept auf Basis einer hauseigenen Entwicklungs-Software inklusive Hardware in PC-Technologie um. Mentor Graphics lieferte die Autosar-Software und -Werkzeuge. kompilierbar und linkbar. Für Autosar- Steuergeräte wird die RTE generiert. Der Code ist auf der VAP lauffähig. Nachweis der Vollständigkeit: Das Software-Projekt ist hinsichtlich der definierten Schnittstellen, Konfigurations- Dateien, Bibliotheken und Quellen in sich vollständig. Zweiter Einsatzfall (blau) ist die Verwendung der VAP als Referenzplattform für die Qualifizierung von - Stacks. Sowohl für die Anwendung in Genivi-Projekten als auch für Autosar- Steuergeräte soll die auf der VAP integriert und mit einer Referenzapplikation getestet werden. Der Tier1- Lieferant führt dabei den Nachweis dieser Tests und weist die Compliance seiner verwendeten in der initialen Projektphase nach. Eine derartige Freigabe der könnte auch im Rahmen zu den momentan diskutierten Autosar-Acceptance-Tests [4] erfolgen. Weiterer Nutzen resultiert aus unterschiedlichen Einsatzfällen der VAP in der frühen Entwicklungsphase von Software, 2 (violett). Die VAP bietet dem Entwickler eine Plattform, seine Software-Baukästen unabhängig von der Ziel-Hardware zu testen und abzusichern. So kann der Entwickler nach dem erfolgten Modultest (Modelin-the-Loop, Software-in-the-Loop) die Software-Funktionen auf einem realen Autosar-Stack integrieren und mit realer Kommunikation beziehungsweise I/O im Integrationstest verifizieren. Dies geschieht beispielsweise über seine gewohnte Hardware-in-the-Loop-Testumgebung des Steuergeräts, 1 (links). Desweiteren ist es möglich, mehrere Steuergeräteinstanzen verteilter Funktionen auf der VAP zu implementieren und ihre Partitionierung zu überprüfen, 1 (rechts). Mit Hilfe der VAP kann mangelnde Verfügbarkeit realer Hardware kompensiert werden. Technische Umsetzung Grundlage für die technische Umsetzung des VAP-Systems bilden die Bestandteile Hardware, Betriebssystem und Treiber, ein Autosarkompatibler Microcontroller-Abstraction-Layer (MCAL) für gewählte Hardware und Betriebssystem sowie ein vollständiger Autosar Basic-Software-Stack mit entsprechender Autosar-Tool-Chain. In ähnlichen Einsatzszenarien, jedoch ohne Autosar, stellte die in der MBtech Group entwickelte Provetech-Tool-Suite anhand des Tools Provetech:RP bereits Lösungen dar. Mit Provetech:RP werden dabei prototypische Implementierungen für neue Fahrzeugsysteme in frühen Phasen der Funktionsentwicklung realisiert. Diese Software ist so konzipiert, dass Regelsysteme auf einem PC in einer Echtzeitumgebung eingebettet werden können. Die erforderlichen Eingangs- und Ausgangsdaten sind anhand marktverfügbarer PC- Interface-Karten realisiert. So sind inzwischen unterschiedliche PC-Karten für CAN, Digital-I/O, Analog-I/O, PWM-I/O, LIN, Ethernet und auch FlexRay unterstützt. Die Verwendung des Betriebssystems Linux mit der Echtzeiterweiterung Xenomai [5] stellt sicher, dass die harten Echtzeitanforderungen der Regelsysteme bedient werden können. Ein erster Schritt war es, Provetech:RP um eine Autosar-kompatible Runtime Environmet (RTE) so zu erweitern, dass Autosar-Software-Komponenten darin ausgeführt werden können. Darüber hi naus - gehend wurde für die VAP der vollständige Autosar-Stack Volcano VSTAR von Mentor Graphics auf dem Linux/Xenomaibasierten PC mit Provetech:RP integriert. Im nächsten Schritt erfolgte die Umsetzung der Autosar-OS-Funktionen auf Xenomai. Hierdurch wurden die erforderlichen Task- 01I Jahrgang 57

3 Entwicklung Qualität VAP für virtuelle Absicherung der Software eines Steuergeräts (ECU) VAP für virtuelle Absicherung von verteilten Funktionen (eine VAP integriert mehrere logische ECUs) VAP VAP RTE RTE RTE RTE OS/MCAL/CmpDrv OS/MCAL/CmpDrv OS/MCAL/CmpDrv OS/MCAL/CmpDrv Universelle VAP-HW HW: x86 OS: Linux/Xenomai (Echtzeit) BUS: CAN, LIN, FlexRay Ethernet I/O: Digital, PWM, Analog Sensorik Aktorik Universelle VAP-Hardware (Ressourcen fest zugewiesen) HW: x86 OS: Linux/Xenomai (Echtzeit) BUS: CAN, LIN, FlexRay Ethernet I/O: Digital, PWM, Analog HiL CAN Realer BUS CAN Realer BUS FlexRay Sensorik Aktorik HiL ECU ECU ECU ECU ❶ Schematischer Aufbau der VAP mit Szenarien für die entwicklungsbegleitende Absicherung von Software; blau hinterlegte Teile sind VAP-spezifisch Steuerungen im Autosar-Stack ermöglicht und erste Runables konnten auf dem System konfiguriert und ausgeführt werden. Die hierfür erforderliche Einbindung von Code-Generatoren in die Autosar-Tool- Chain erfolgte in enger Zu sammenarbeit zwischen MBtech und Mentor Graphics. Hierbei wird aus den Einstellungen, die in einer durch Autosar standardisierten Konfigurationsdatei abgelegt sind, und modulspezifischen Template-Dateien Code erzeugt. Dadurch können projektabhängige Teile ressourcenschonend als statischer Code im Build-Prozess bereitgestellt werden. Auf dieser Basis wurden die MCAL- Module für ein CAN-Interface-Board und ein Multi-I/O-Board realisiert. Auch hier wird die vollständige Konfiguration und erforderliche Code-Generierung für die MCAL-Module in die Autosar-Tool-Chain eingebettet. 58 Das ausgewählte Hardware-System ist sowohl bei der BMW Group als auch bei MBtech bereits in verschiedener Form im Einsatz. Der verbreitete Industriestandard Compact-PCI bildet das Fundament für ein modulares und robustes System. Handelsübliche Compact-PCI-PC-Karten mit at - traktiven Leistungsmerkmalen ermöglichen die Ausführung der beschriebenen Software- Bestandteile. Die im Rahmen von VAP eingesetzten PC-Karten für PCI oder Compact-PCI-Bus bilden einen vollständigen Katalog für die Abdeckung vieler Systemanforderungen im Automotive-Umfeld. Autosar Stack und Tooling Neben der VAP-Hardware ist für die Umsetzung der Virtuellen Absicherungsplattform als Teil der Entwicklungsumgebung sowohl eine leistungsfähige und universelle Tool-Unterstützung als auch die Integration einer konfigurierbaren Autosar erforderlich. Autosar- In der VAP kommt das Produkt Volcano VSTAR der Firma Mentor Graphics zum Einsatz. Der Volcano VSTAR - Stack deckt den kompletten Satz an Autosar BSW Standard-Modulen ab und besteht daher aus den hardware-unabhängigen s- und Service-Schichten, wie sie im Autosar Schichten-Modell definiert sind, ❸. Die BSW enthält somit ein OSEK-kompatibles Operating System (OS), welches für alle Scalability-Klassen ausgelegt ist. Desweiteren sind neben ei nem Runtime Environment (RTE) sowohl System Services zur Speicherung, Diagnose und für das Mode Management, als auch Unterstützung für

4 VAP für Qualifizierung von BSW-Stacks (Autosar, Genivi) Vorleistung Internationale Messe und Konferenz für Leistungselektronik, intelligente Antriebstechnik und Power Quality Nürnberg, VAP für virtuelle Absicherung von Komponenten-SW und verteilten Funktionen Steuergeräteentwicklung VAP als Referenzplattform für Wiederverwendbarkeit von Funktions-SW Integration ❷ Einsatzfälle der VAP im V-Modell der E/E-Steuer geräte entwicklung Leistungsstark? dann sind Sie hier richtig! Applikationsschicht Autosar Runtime Environment (RTE) BMW BAC System-Dienste Geräte- Hauptplatine Speicher- Dienste Speicher- Hardware Kommunikations- Dienste Kommunikations- Hardware I/O-Hardware BMW BAC Komplexe Gerätetreiber Microcontroller- Treiber Anpassungen VAP Speicher- Treiber Kommunikations- Treiber I/O-Treiber Microontroller ❸ Volcano VSTAR mit VAP-Adaption und BMW-Autosar-Core (BAC) die Kommunikationsprotokolle CAN, LIN, Flexray und Ethernet enthalten. Als weiterer Bestandteil der BSW ist der VAP-hardware-abhängige Anteil (VAP- MCAL) zu nennen, der speziell an die VAP-Hardware adaptiert wurde. So musste speziell das Autosar OS in den Xenomai Linux-Kontext eingebunden und die I/O- Treiber, Memory-Treiber sowie die Kommunikationstreiber an die Compact-PCI Komponenten der VAP angepasst und mit der übrigen BSW kombiniert weden. Ebenso wurden die BMW-spezifischen Systemfunktionen (BAC 3.1 beziehungsweise BAC 4.0) in den VAP-Software-Stack integriert. Ziel war es, die BSW, MCAL und BAC so zu vereinen, dass sich aus Sicht der Applikations-Software-Entwickler keinerlei Unterschiede zu einem realen Steuergerät ergeben, was für die Übertragbarkeit der Ergebnisse von der VAP auf die eigentliche Ziel-Hardware ein entscheidendes Kriterium darstellt. Autosar-Authoring und -Konfiguration Um die VAP effektiv nutzen zu können, wird die Volcano VSX Tool Suite, der Firma Mentor Graphics, eingesetzt, ❹. Das Autosar Authoring Tool VSA ( Vehicle System Architect ) ist bei der BMW Group seit einigen Jahren im Einsatz und wird nun durch das Steuergeräte- respektive VAP- Konfigurationstool VSB ( Vehicle System Builder ), erweitert. Dadurch besteht die Möglichkeit den kompletten Top-Down- Entwicklungsansatz, wie von Autosar vorgeschlagen, abzudecken. Für den Integrationsprozess auf der VAP werden analog zur konventionellen Der Marktplatz für Entwickler und Innovatoren. Hier entsteht Zukunft! 01I Jahrgang pcim.de

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6 VSA Software und System-Design VSB ECU- Konfiguration VSTAR BSW und Generatoren Sphinx/Artop-Infrastruktur VSX Java Plug-ins Javascript Python OpenAPI Software- Werkzeuge für durchgängige Eclipse ❹ Volcano-VSX-Tool- Architektur Automotive- Entwicklung Steuergeräteentwicklung folgende Schritte durchlaufen: Erstellen der Applikations-Software- Komponenten (s) und deren Verhaltensbeschreibung (Internal Behavior, Runnables) Verbinden der Komponenten zu einem funktionalen Netzwerk (SW-Compositions) auf VFB-Ebene (Virtual Function Bus) Verteilen der Funktionen auf einzelne Steuergeräte (Functional De-Composition), wie zum Beispiel auf die VAP Kommunikations-Design, oder alternativ Importieren eines gegebenen Nachrichten- Kataloges über Austauschformate wie DBC, LDF oder FIBEX Extrahieren der VAP-Ziel-Funktionen aus der Gesamt- oder Teil-Systembeschreibung (ECU-Extract) Konfigurieren von BSW, MCAL und BAC Generieren, Kompilieren, Linken, Ausführen auf der VAP. Literaturhinweise [1] Fuchs, M., S. Jurchen u. M. Martinus: Virtuelle Absicherung von E/E-Umfängen. In 3. AutoTest Fachkonferenz zum Thema Test von Hard- und Software in der Automobilentwicklung, Stuttgart, [2] Autosar GbR: Automotive Open System Architecture, URL [3] Genivi Alliance: Get your IVI products to market faster, URL [4] Autosar GbR: Autosar Status and Release Roadmap. In 3 rd Autosar Open Conference, Frankfurt/Main, URL autosar.org. [5] Xenomai Framework: Xenomai: Real-Time Framework for Linux. URL Ausblick Der Einsatz der VAP soll für neue Steuergeräte des BMW-7er-Nachfolgers mit den Lieferanten vereinbart werden. Dazu ist es notwendig, den VAP-Ansatz weiter am Markt zu verbreiten, inklusive der Auswahl für unterschiedliche Ausprägungen von. Neben den gezeigten Einsatzszenarien eignet sich das System auch für den Einbau in Fahrzeugen zur Erprobung neuer Funktionen lange bevor Steuergeräte-Hardware zur Verfügung steht. Die Verbindung von Standard-PC- Komponenten mit einem realen Autosar- Stack und Echtzeitfähigkeit ermöglicht einen schnellen und reibungsarmen Übergang zwischen Prototyp und Serienentwicklung. Download des beitrags read the english e-magazine order your test issue now: SAM-service@springer.com itemis und die YAKINDU-Werkzeuge auf der Embedded World 2012: Halle 4, Stand Freikarten auf: 01I Jahrgang