Vorfahrt für AUTOSAR Zuverlässiges Round-Trip-Engineering mit den richtigen Werkzeugen

Im Rahmen eines AUTOSAR-basierten Entwicklungsprozesses werden eine Reihe verschiedener Werkzeuge eingesetzt, die reibungslos zusammenspielen müssen. Wie das sogenannte Roundtrip-Engineering den Entwicklungs-Ingenieuren in der Automobilindustrie einen iterativen Design-Prozess ermöglicht, zeigen Mentor Graphics und MathWorks am Beispiel des Zusammenspiels des Authoring-Werkzeugs VSA und der Tools MATLAB und Simulink.

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„AUTOSAR – A worldwide Standard is on the Road“ überschrieb Simon Fürst von BMW in seiner Funktion als AUTOSAR-Sprecher einen Vortrag auf dem VDI Kongress 2009 in Baden-Baden. Nach mittlerweile siebenjähriger Entwicklungszeit ist AUTOSAR in der Serie angekommen. Für die Entwicklung AUTOSAR-konformer Steuergeräte verwenden Ingenieure eine Reihe verschiedener Werkzeuge, die in den unterschiedlichen Phasen des Prozesses zum Einsatz kommen. Die Software-Architektur wird zum Beispiel mit einem Authoring-Werkzeug wie Volcano Vehicle Systems Architect (VSA) von Mentor Graphics erstellt, während das funktionale Verhalten von AUTOSAR-Softwarekomponenten, beispielsweise mit Werkzeugen wie MATLAB und Simulink von MathWorks, modelliert wird.

Standardisierte Beschreibungsformate dank AUTOSAR

Automobilhersteller wie Zulieferer folgen unterschiedlichen Workflows: Top-Down oder Bottom-Up – je nachdem ob Steuergerätefunktionalität von Grund auf neu oder auf der Basis existierender Software und Modelle weiterentwickelt werden soll. Die Stärke von AUTOSAR liegt unter anderem in der Standardisierung von Beschreibungsformaten verschiedener Design-Artefakte, z.B. Softwarekomponenten-Beschreibungen. Diese Daten in Verbindung mit den Modellen der genannten Werkzeuge machen es sowohl den Entwicklungsteams untereinander als auch in der Beziehung zwischen OEMs und Zulieferern einfach, phasenübergreifend zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten.

Design-Iterationen müssen nahtlos unterstützt werden

Dabei ist es wichtig, dass die eingesetzten Werkzeuge Design-Iterationen – das sogenannte Roundtrip Engineering – nahtlos unterstützen. Die Herausforderung an dieser Stelle ist, die Zwischenergebnisse bezüglich der AUTOSAR-Artefakte (zum Beispiel Ports, Interfaces, Daten-Elemente) konsistent zu halten, wenn sie zwischen den Werkzeugen ausgetauscht werden. Vor allem betrifft dies die Interaktion zwischen Model-Based Design Tools zur Modellierung des funktionalen Verhaltens und dem AUTOSAR Authoring Tool zur Architekturmodellierung.

AUTOSAR trifft Model-Based Design

Model-Based Design hat sich innerhalb der Entwicklungsprozesse der Automobilhersteller und auch der Zulieferer mittlerweile zum de-facto-Standard entwickelt. Im Hinblick auf Komplexität der Funktionalität, Vernetzungsgrad und Varianten der elektronischen Steuergeräte müssen die Automobilingenieure ständig ihre Entwicklungsprozesse verbessern, um mit dem Wettbewerb Schritt halten zu können, gemäß der AUTOSAR-Devise „Zusammenarbeit bei Standards, Wettbewerb bei der Implementierung“.

Während die Simulation einen Einblick in die dynamischen und algorithmischen Aspekte eines Systems erlaubt, lassen sich die Modelle normalerweise zudem für verschiedene konstruktive Aufgaben nutzen, z.B.:

• Nutzung als ausführbare Spezifikation,
• Kommunikation der Komponentenanforderungen und Schnittstellendefinitionen zwischen Kunden und Zulieferern,
• Erstellung virtueller Prototypen von Fahrzeugsystemen und Modellen für Fahrer und andere Umgebungsbedingungen zur Entwicklung von Algorithmen,
• Automatische Code-Generierung der Softwarealgorithmen für die Produktionssysteme.

Durch diese Aktivitäten des Model-Based Designs lässt sich der Entwicklungsprozess auf die Verhinderung von Fehlern und eine frühzeitige Fehlererkennung konzentrieren. Mithilfe einer frühzeitigen Verifikation und Validierung im Projekt lassen sich die Risiken im Zusammenhang mit einer späten Fehlererkennung reduzieren.

Mehrere Funktionen sind über eine Reihe von Steuergeräten verteilt

AUTOSAR erfordert, dass die Ingenieure der Automobilindustrie den nächsten Schritt tun müssen. Die Topologie der vom Fahrer erlebbaren Funktionen, z.B. eine adaptive automatische Geschwindigkeitsregelung, ist nicht auf einzelne Steuergeräte begrenzt, sondern bestehen aus mehreren Funktionen (Softwarekomponenten), die über mehrere Steuergeräte innerhalb eines Fahrzeuges verteilt sind. Die Anzahl der beteiligten Steuergeräte kann vom jeweiligen Fahrzeugtyp innerhalb der Fahrzeugplattform abhängen. AUTOSAR bietet einen Ansatz für die Einführung einer weiteren Abstraktionsebene; da die Überlegungen auf Systemebene immer wichtiger werden, während gleichzeitig der Knoten-bezogene Ansatz (in Bezug auf ein einzelnes Steuergerät) in seiner Bedeutung abnimmt.

Top-Down- versus Bottom-up-Design

Model-Based Design unterstützt vollständig den AUTOSAR-Gedanken. Eine Top-Down-Überlegung startet aus der Perspektive der Systemarchitektur. Ein Authoring-Werkzeug wie VSA ermöglicht es dem Ingenieur, die Softwarearchitektur einschließlich seiner Softwarekomponenten mit dem Internal Behavior, die Steuergerätetopologie, sowie die Kommunikationsmatrix und die damit verbundenen Mappings entsprechend zu beschreiben. Konsistenzprüfungen und Designregeln, die sowohl Built-in als auch vom Anwender definiert werden können, helfen, importierte oder im Tool erstellte Datensätze auf Ihre Richtigkeit und Vollständigkeit hin zu überprüfen.

Export der AUTOSAR-Beschreibungsformate erlaubt einfache Zusammenarbeit verschiedener Tools

Durch den Export der von AUTOSAR definierten Beschreibungsformate findet eine einfache Zusammenarbeit mit weiteren Werkzeugen für die Entwicklung des funktionellen Verhaltens und der Steueralgorithmen wie MATLAB und Simulink statt, die diese Formate entsprechend importieren. Im Rahmen dieses Imports von Softwarekomponenten-Beschreibungen werden automatisch Rahmenmodelle erzeugt, die bereits alle relevanten Informationen, z.B. Schnittstellen oder Runnables, umfassen.

So entsteht AUTOSAR-konformer C-Code

Ausgehend von einem solchen Rahmenmodell kann der Funktionsentwickler wie gewohnt und wie gewohnt, das funktionale Verhalten modellieren. Wenn das Modell fertig erstellt ist, erfolgt die AUTOSAR-konforme C-Code-Generierung mit Hilfe von Real-Time Workshop Embedded Coder. Gleichzeitig wird eine neue Softwarekomponenten-Beschreibung exportiert, die von VSA zur weiteren Integration importiert werden kann. Erneut findet an diesem Punkt wie beschrieben eine Konsistenzprüfung statt.

Andererseits existiert bereits eine Vielzahl von Modellen für in Serie produzierte Funktionen. In diesem sogenannten Bottom-Up-Vorgehen müssen die Modelle um AUTOSAR-spezifische Informationen angereichert werden. Daraus werden dann AUTOSAR-konformer C-Code sowie entsprechende AUTOSAR-Softwarekomponenten-Beschreibungen erzeugt,die dann vom Authoring Tool weiterverarbeitet werden können.

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