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Entwicklung sicherheitskritischer Embedded-Systeme mit Hilfe von Datenmodellen

Sichere Embedded-Systeme »zusammenstecken«

12. November 2010, 11:48 Uhr | Peter Schuller und Robert Schachner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

»Gamma« als Software-Stecker

Ein Software-Stecker wie die Middleware »Gamma« greift die Idee standardisierter Hardware- Interfaces (z.B. Bussysteme wie VME oder CompactPCI) auf und setzt sie in die jeweilige Softwareund Systemumgebung um. Der Ansatz, auf Software-Ebene die Systemkomponenten sozusagen steck- bzw. konfigurierbar auszulegen, enthebt den Entwicklungsprozess von aufwändigen Betriebssystemadaptionen, Treiberanpassungen für Peripherie und I/O-Funktionen sowie der Integration von Netzwerkfunktionen auf Basis zeitraubender Programmierung. Dies spart über das gesamte Projekt Mannjahre an Entwicklungszeiten ein. Der Software-Stecker abstrahiert, konfiguriert und integriert:

komplette Hardware-Plattformen einschließlich CPUs sowie Bus-, Speicher- und lokales I/OSystem
Betriebssysteme wie Windows, Linux, Microware OS-9 und Vx-Works
Kommunikations- und Netzwerk- Infrastrukturen: TCP/IP, Feldbusse wie CAN, EtherCAT und Profinet
Programmiersprachen
Grafik-Server wie XiBase9
grafische Entwicklungsumgebungen wie Matlab/Simulink
Heterogene Rechnerarchitekturen, auch in verschiedenen Netzwerken (meist TCP/IP) integriert
SPS-Systeme
firmenspezifisches Software-Know-how in Form von Komponenten
über OPC-Schnittstellen weitere Techniken wie etwa Prozessvisualisierung

Ein wesentlicher Bestandteil des Software-Steckers ist eine datenzentrische Organisation der Systemvariablen durch ihre Abbildung in einem Datenmodell. Die Applikation wird um ein Software- Modell herum gestaltet, bei dem die Daten im zentralen Fokus und vor allem außerhalb der Applikation als eigenes Konstrukt stehen. Die Zugriffe auf die Daten sind für den Anwender völlig einheitlich, obwohl sie lokal, über Netzwerke sowie über verschiedene Rechner mit verschiedenen Betriebssystemen und Programmiersprachen hinweg funktionieren.

Die von der Hardware vorgegebenen I/O-Funktionen lassen sich, soweit die Software dafür bereits vorhanden ist, in einem Konfigurationsprozess Teilmodellen zuordnen. Neue Anforderungen werden einfach als Source Code in die Entwicklungsumgebung integriert. Jetzt kann der Anwender die Funktionen einer gesamten Steuerung mit den gewünschten Programmierwerkzeugen erstellen und über das Datenmodell miteinander verbinden. Die Funktionen können dann unabhängig vom Werkzeug miteinander kommunizieren, sich synchronisieren und die Hardware ansprechen. Für den nachfolgenden Test bringt das Datenmodell Simulationsund Logging-Funktionen bereits mit. Auf diese Weise sind Anlagen realisierbar, in denen heterogene Rechnerumgebungen, Daten-Logger, I/O-Systeme, Sensoren und Aktoren transparent miteinander kommunizieren.

Eine modellorientierte und datenzentrierte Software-Infrastruktur eröffnet somit bereits in einer frühen Entwicklungsphase auf der Komponentenebene eines Geräts viele Vorteile, die eine sicherheitsgerichtete Auslegung und spätere Zertifizierung wesentlich erleichtern.