Modellbasierte Entwicklung im Kontext von Medizingeräten

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2 up FPGA Modellbasierte Entwicklung im Kontext von Medizingeräten Gemeinsamer Ausgangspunkt für Software- und Hardwareentwicklung Osnabrück, , Wanja Schöpfer

3 Agenda 1 Einleitung 2 Modellbasierte Entwicklung heute 3 Modellbasierte Entwicklung morgen 4 Workflow 5 Praxisbeispiel 6 Zusammenfassung 3 20

4 Einleitung Dräger Weltweit Europa Plymouth Blyth Hagen Lübeck Svenljunga Chomutov Asien Peking Shanghai Amerika Pittsburgh Telford Andover São Paulo Afrika King William s Town Headquarters Vertriebs- und Serviceorganisationen Produktionsstandorte Logistikzentren 4 20

5 Einleitung Dräger Medical Produktportfolio Respiratory Care Lifecycle Solutions Anesthesiology Monitoring & IT Infrastructure Projects Neonatal Care 5 20

6 Einleitung Entwicklungsprozess Customer- Requirements Product Requirements Software Requirements Software Architecture Software System Test Integration Tests System Validation System Verification Detailed SW Design Unit Tests Implementation 6 20

7 Einleitung Motivation Warum modellbasierte Entwicklung? Eingebettete Systeme enorm Leistungsfähig durch Einsatz von vielfältigen Technologien verschiedene Prozessoren programmierbare Logikbausteine (z.b. FPGAs) Steigende Komplexität Herausforderungen bei domänenspezifischer Implementierung und Wartung Heutiges Thema: unsere Erfahrungen mit modellbasierter Entwicklung 7 20

8 Modellbasierte Entwicklung heute Für Software im Produktiveinsatz seit über 10 Jahren Algorithmenentwurf, Modellierung, Simulation in Simulink Codegenerierung vom resultierenden Modell Unterstützung des agilen Entwicklungsprozess Schnelle Iterationen Workflow über verschiedene Bereiche hinweg integriert z.b. Sensorik, Ventilation und Software Gute Toolunterstützung Plattformunabhängiger Test und Entwurf Korrekter, lesbarer, effizienter, generierter Code Verwendbar für Entwurf und Test im Entwicklungsprozess 8 20

9 Modellbasierte Entwicklung heute Herausforderungen eingebetteter Systeme Langer Produktlebenszyklus Steigender Leistungsbedarf Hardware-/Software-Codesign Design Space Exploration Plattformunabhängigkeit Unternehmensstruktur 9 20

10 Modellbasierte Entwicklung morgen Modellbasierter Hardwareentwurf Unterstützt durch relativ neue Tools z.b. Mathworks Simulink HDL Coder Altera DSP Builder Xilinx System Generator Schnittstelle zwischen beteiligten Domänen Algorithmik, Software, Sensorik, Regelung, Elektronik Zusammenbringen von Domänen- und Zielplattformexperten Gemeinsame Sprache Arbeiten auf dem gleichen Modell 10 20

11 Workflow Klassischer HW-Entwurf Teilprozesse mit verschiedenen Experten aus unterschiedlichen Abteilungen Rückkopplung nicht Teil des Prozesses Iterationen über Abteilungsgrenzen und verschiedene Workflows und Werkzeuge schwierig 11 20

12 Workflow Modellbasierter HW-Entwurf Iterationen über alle Prozessschritte möglich Experten arbeiten auf gleichem Modell mit demselben Werkzeug 12 20

13 Workflow Modellbasierte HW-Verifikation Simulation der Modelle enorme Beschleunigung Cosimulation HDL vs Referenzmodell HDL Testbenches für beliebige HDL Simulatoren 13 20

14 Praxisbeispiel Modellbasiertes HW-/SW-Codesign HW-/SW-Codesign für eine Therapiefunktion Hohe CPU-Last Harte Timing-Anforderungen Werkzeuge Mathworks Simulink mit HDL Coder Mentor Graphics ModelSim Altera Quartus II Kritischer Pfad auf FPGA ausgelagert Gemeinsames Referenzmodell Varianten zur Optimierung notwendig Verifikation gegen Referenzmodell [1] 14 20

15 Praxisbeispiel Ergebnis 15 20

16 Praxisbeispiel Hindernisse Unterschiedliche Subsets der Modellbibliotheken Unterschiedliche Datentypen notwendig Festkommazahlen für FPGA Gleitkommazahlen für up, exaktes Modell Genauigkeit der Rechenergebnisse Optimierungen für Zielplattform auf Modellebene z.b. Function-Calls für up LUTs für FPGA 16 20

17 Zusammenfassung Kooperation Modellbasierter Ansatz Lösungsweg um steigende Komplexität zu handhaben Modellbasierter Ansatz ermöglicht Gemeinsames Modell für unterschiedliche Zielplattformen Gemeinsame Sicht für Experten der Zielplattform und Entwickler Gemeinsame Basis für Algorithmusentwurf, Softwareentwicklung und Hardwareentwicklung 17 20

18 Zusammenfassung Werkzeug Höhere Abstraktion Vergrößerung des Entwurfsraumes Schnelle Iteration von Hardwareentwürfen Vereinheitlichung des Workflows Späteres Festlegen auf Zielplattform Unterstützung von Design & Verifikation Idee weiter als heutige Werkzeuge 18 20

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Fragen? Wanja Schöpfer Research & Development Dräger Medical GmbH Tel

20 Literatur [1] Sharma, Sudhir ; Chen, Wang: Using Model-Based Design to Accelerate FPGA Development for Automotive Applications. In: SAE International Journal of Passenger Cars- Electronic and Electrical Systems 2 (2009), Oktober, Nr. 1, S

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