Automotive Software Engineering

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1 Jorg Schauffele Thomas Zurawka Automotive Software Engineering Grundlagen, Prozesse, Methoden und Werkzeuge Mit 278 Abbildungen ATZ-MTZ-Fachbuch vieweg

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einfiihrung und Uberblick Das System Fahrzeug-Fahrer-Umwelt Aufbau und Wirkungsweise elektronischer Systeme des Fahrzeugs Elektronische Systeme des Fahrzeugs und der Umwelt Uberblick iiber 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 Uberblick iiber die logische Systemarchitektur Funktions- und Steuergeratenetzwerk des Fahrzeugs Logische Systemarchitektur fur Steuerungs-/Regelungs- und Uberwachungssysteme Prozesse in der Fahrzeugentwicklung Uberblick iiber die Fahrzeugentwicklung Uberblick iiber die Entwicklung von elektronischen Systemen Kernprozess zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software Unterstiitzungsprozes.se zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software Produktion und Service von elektronischen Systemen und Software Methoden und Werkzeuge flir die Entwicklung von Software fur elektronische Systeme Modellbasierte Entwicklung Integrierte Qualitatssicherung Reduzierung des Entwicklungsrisikos Standardisierung und Automatisierung Entwicklungsschritte im Fahrzeug 34 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 X Inhaltsverzeichnis Speichertechnologien Programmierung von Mikrocontrollern Echtzeitsysteme Festlegung von Tasks Festlegung von Echtzeitanforderungen Zustande von Tasks Strategien fur 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 fiir die Zuteilung des Busses Zuverlassigkeit, Sicherheit, Uberwachung und Diagnose von Systemen Grundbegriffe Zuverlassigkeit und Verfiigbarkeit von Systemen Sicherheit von Systemen Uberwachung und Diagnose von Systemen Aufbau des Uberwachungssystems elektronischer Steuergerate Aufbau des Diagnosesystems elektronischer Steuergerate Zusammenfassung Unterstiitzungsprozesse zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software Grundbegriffe Vorgehensmodelle und Standards Konfigurationsmanagement Produkt und Lebenszyklus Varianten und Skalierbarkeit Versionen und Konfigurationen Projektmanagement Projektplanung Projektverfolgung und Risikomanagement Lieferantenmanagement System- und Komponentenverantwortung Schnittstellen fiir die Spezifikation und Integration Festlegung des firmeniibergreifenden Entwicklungsprozesses Anforderungsmanagement Erfassen der Benutzeranforderungen Verfolgen von Anforderungen Qualitatssicherung Integrations- und Testschritte MaBnahmen zur Qualitatssicherung von Software 142

4 Inhaltsverzeichnis 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 zuverlassiger 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 Betriebszustande Spezifikation der Software-Komponenten Spezifikation des Datenmodells Spezifikation des Verhaltensmodells Spezifikation des Echtzeitmodells Design und Implementierung der Software-Komponenten Beriicksichtigung 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 Steuergeraten. Sollwertgebern. Sensoren und Aktuatoren Integrationstest des Systems Kalibrierung System- und Akzeptanztest 190

5 XII Inhaltsverzeichnis 5 Methoden und Werkzeuge in der Entwicklung Off-Board-Schnittstelle zwischen Steuergerat 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 zuverlassiger und sicherer Systeme Spezifikation von Software-Funktionen und Validation 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 Validation der Spezifikation durch Simulation und Rapid-Prototyping Design und Implementierung von Software-Funktionen Beriicksichtigung 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 Prufstande 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 On-Board-Diagnosedaten Offline-Verstellen von Parametern Online-Verstellen von Parametern Klassifizierung der Off-Board-Schnittstellen fiir das Online-Verstellen Management des CAL-RAM Management der Parameter und Datenstande Design und Automatisierung von Experimenten 307

6 Inhaltsverzeichnis XIII 6 Methoden und Werkzeuge in Produktion und Service Off-Board-Diagnose Parametrierung von Software-Funktionen Software-Update durch Flash-Programmierung Loschen und Programmieren von Flash-Speichern Flash-Programmierung iiber die Off-Board-Diagnoseschnittstelle Sicherheitsanforderungen Verfiigbarkeitsanforderungen Auslagerung und Flash-Programmierung des Boot-Blocks Inbetriebnahme und Priifung elektronischer Systeme Zusammenfassung und Ausblick 321 Literaturverzeichnis 323 Sachwortverzeichnis 329

Inhaltsverzeichnis 1 Einführung und Überblick 2 Grundlagen

Inhaltsverzeichnis 1 Einführung und Überblick 2 Grundlagen IX 1 Einführung und Überblick... 1 1.1 Das System Fahrer-Fahrzeug-Umwelt... 2 1.1.1 Aufbau und Wirkungsweise elektronischer Systeme... 2 1.1.2 Elektronische Systeme des Fahrzeugs und der Umwelt... 5 1.2

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