Simulieren, Testen, Verifizieren

Transkript

1 Simulieren, Testen, Verifizieren Alles oder Nichts? Systematische Funktionsabsicherung von elektronischen Fahrzeugsystemen Innovationsforum Software Saxony Dr. Rocco Deutschmann Dresden, engineering software test

2 Übersicht Simulieren, Testen, Verifizieren Alles oder Nichts? TraceTronic GmbH Motivation Simulation Einsatzfelder Techniken und Methoden im Absicherungsprozess Testautomatisierung Grenzen Semiformale Verifikation Zusammenfassung, Fazit

3 Vorstellung TraceTronic GmbH Über uns: Als ehemalige Ausgründung aus der TU Dresden bildet die TraceTronic GmbH ein interdisziplinäres Team aus Ingenieuren, Mathematikern und Informatikern zur Sicherung der Qualität Ihrer Produkte. Kunden: Leistungsspektrum/Know-How: Softwarewerkzeuge und Dienstleistungen für die Validierung eingebetteter Systeme Langjährige Erfahrung im Bereich des Tests und der Entwicklung automobiler Steuergerätesoftware

4 Motivation

5 Motivation Notwendigkeit it systematischer ti Absicherung

6 Motivation Gü Gründe für Systematische ti Absicherung Kosten für Fehlerbehebung am Beispiel eines (!) schweren Software Fehlers Quelle: deutscher Automobilzulieferer, Erhebung aus dem Jahr 2000 method park, Safetronic

7 Motivation Vorteile von Simulationstechniken t ik beim Testen Kosten Spät entdeckte Fehler sind teure Fehler Prototypfahrzeuge sind sehr teuer Sicherheitsgedanken Simulationen zum Test von ABS, ESP, Crashs Prozesse mit hoher Zeitkonstante Einfaches Reset physikalischer Prozesse möglich z. B. Motorabkühlung auf Knopfdruck Automatisierbarkeit i i Simulationen sind leichter steuerbar als echte Hardware z. B. automatisiertes Abfahren eines virtuellen Testparcours

8 Motivation Absicherung und dsimulation i Grundthese: Systematische und ökonomische Absicherung elektronischer Fahrzeugsysteme ist ohne Simulation nicht durchführbar! Simulation als das zentrale Mittel zur systematischen Funktionsabsicherung Funktionstests durchgängig in simulierten oder teilsimulierten Umgebungen Systematisches, frühzeitiges Testen ohne Simulationen nicht (mehr) möglich

9 Simulation Einsatzfelder

10 Simulation Einsatzfelder Mechatronisches h System Entwicklung und Auslegung Funktionsabsicherung

11 Simulation In der Entwicklung und Auslegung Crashsimulation Quelle: BMW Quelle: Simulation von Verbrennungsprozessen Quelle: Mercedes Strömungssimulation Aerodynamik Motorenentwicklung t Mechanische Modelle Fahrwerksentwicklung Verschleißsimulation Auslegung mechanischer Bauteile

12 Simulation In der Funktionsabsicherung ng Sensorrückmeldung Sensormodelle Streckenmodelle Aktormodelle Testobjekt (Funktion, Steuergerät) Restbusmodell Testumgebung Aktoransteuerung

13 Simulation Techniken und Methoden Techniken und Methoden im Absicherungsprozess

14 Simulationen Einordnung der Techniken Was wird simuliert? Funktionen Rapidprototyping Modellgetriebene Entwicklung Umgebung Model-in-the-Loop Software-in-the-Loop the Funktion Modelliert Implementiert simuliert Modelin-the-Loop Software-inthe-Loop Umgebung real Rapid prototyping Hardware-in-the-Loop In Hardware integriert Hardwarein-the-Loop Prototyp

15 In-the-Loop Simulationsumfang mfang Primäres Ziel: Nur das nötigste Simulieren Simulation nicht zum Selbstzweck Beispiel einer Umgebungssimulation für eine Motorsteuerungstest: Viele Vereinfachungen: - Konstanter t Umgebungsdruck und Temperatur - Feste Kurve für Motortemperatur - Bremsunterdruck konstant - Kennfelder für die notwendigen Aspekte des Verbrennungsprozesses Behandlung komplexer physikalische Zusammenhänge: - Verwendung echter Drosselklappen statt Simulation

16 Testautomatisierung und Simulation Effizienter i Einsatz in der Absicherung

17 Testautomatisieurung und Simulation Motivation Testautomatisierung Einmalige Testerstellung und automatisierte Testdurchführung Regressionstest für neue Softwarestände Reproduzierbarkeit it der Ergebnisse Auslastung der Simulationsumgebungen Konzentration auf den kreativen Teil des Testprozesses

18 Effizienter Einsatz von Simulation Testautomatisierungsframework t ti i Zentrale Kontrolle aller Werkzeuge Testautomatisierung ECU-TEST 4 Simulationsplattform Simulationsplattform Simulationsplattform ECU Bus Sonstiges HiL-Plattformen dspace ETAS MicroNova (National Instruments) SiL-Systeme MathWorks MATLAB/ Simulink National Instruments LabVIEW Diagnosewerkzeuge & Applikationswerkzeug k e Bus-Zugriff Spezialwerkzeuge

19 Simulation Grenzen beim praktischen Einsatz

20 Begrenzende Faktoren Rechenkraft Rechenkraft ist trotz stetiger Weiterentwicklung immer begrenzt Quelle: Prof. Stefan Kurz, ETAS GmbH, Hardware-in-the-Loop Simulation

21 Begrenzende Faktoren Kosten-Nutzen-Verhältnis und Manpower Simulation nicht zum Selbstzweck Vollständige Simulation oft nicht wirtschaftlich Kosten Durchschnittliche Kosten pro entdecktem Fehler Simulationskosten t abhängig u.a. von: - Simulationstiefe - Häufigen Anforderungsänderungen Zeitpunkt in der Entwicklung

22 Begrenzende Faktoren Prozessintegration ti und Akzeptanz Prozessintegration Simulationsmodell-Entwicklung ist Software-Entwicklung Notwendige Prozessintegration: - Anforderungsmanagement - Milestone-Koordinierung (das richtige Modell zur richtigen Zeit) - Versionierung Akzeptanz Hoher Initialaufwand + generell bestehender Termindruck Wechselwirkung: Modellnutzung <-> Modellqualität - Modellqualität braucht Entwicklerinput und umgekehrt Änderungen etablierter Strukturen oft schwierig

23 Überwinden bestehender Grenzen Positive Einflussfaktoren: Stetig steigende Rechenleistung Wiederverwendbarkeit und Erweiterbarkeit bestehender Modelle Bessere Modellierungswerkzeuge Breiterer Einsatz von Modellierungswerkzeugen

24 Semiformale Verifikation

25 Formale Verifikation Scheitert aber schnell an Komplexität Akzeptanz

26 Semiformale Verifikation Klassische Testwelt Verifikationswelt SiL,HiL Testfahrten Formale Spezifikationen Aufgezeichnete Messreihen Traces Verzicht auf: formale Funktions- und Umgebungsmodelle TraceSys

27 Semiformale Verifikation Veranschaulichung h Spezifikation (informal): [ ] Der Klemme50-HighPegel muss mindestens 500ms anhalten [ ] Spezifikation (in formaler Logik): G {SignalChange} ( Signal==HIGH -> G [0,0.5] ( Signal==HIGH ))

28 Fazit und Fazit und Zusammenfassung

29 Simulieren, Testen, Verifizieren Alles oder Nichts? Systematische Absicherung: Gelingt durch effektives und effizientes Zusammenspiel der einzelnen Techniken Simulieren: Im Absicherungsprozess vorrangig für In-the-Loop-Umgebungssimulation Testen: Testautomatisierung garantiert hohe Wirtschaftlichkeit eingesetzter In-the-Loop-Systeme Wiederverwendbare Tests durch generische Testfallbeschreibung Semiformale Verifikation: Analyse auf bereits anfallenden Daten (keine Zusatzkosten) Gute Einbindung in Testautomatisierung ECU-TEST 4 TraceTronic TraceChecker

30 Vielen Dank