Das Echtzeit-Verhalten von vernetzten Steuergeräten beherrschen Perfekt synchronisiert

Ein Steuergerät für ein stark vernetztes System soll alle Funktionen erfüllen sowie rechtzeitig fertig gestellt und kostengünstig produziert werden können. Aus Sicht der Entwickler und Kaufleute, Zulieferer und OEMs wird die Qualität des zu entwickelnden Steuergeräts jedoch durch eine Vielzahl von Faktoren mit sehr unterschiedlichem Einfluss definiert.

Das Echtzeit-Verhalten von vernetzten Steuergeräten beherrschen

Ein Steuergerät für ein stark vernetztes System soll alle Funktionen erfüllen sowie rechtzeitig fertig gestellt und kostengünstig produziert werden können. Aus Sicht der Entwickler und Kaufleute, Zulieferer und OEMs wird die Qualität des zu entwickelnden Steuergeräts jedoch durch eine Vielzahl von Faktoren mit sehr unterschiedlichem Einfluss definiert.

Von Tapio Kramer

Immer bedeutsamer werden diejenigen Faktoren, die vom korrekten Echtzeit-Verhalten abhängen. Der geforderte Funktionsumfang ist nicht allein erfüllt, wenn das Steuergerät die richtige Reaktion zeigt. Sie muss auch zum richtigen Zeitpunkt, also rechtzeitig erfolgen. Je mehr Funktionen, Systeme und Kommunikationsstrecken an dieser Reaktion beteiligt sind, desto schwieriger ist es, diese Rechtzeitigkeit sicherzustellen.

Aus der Komplexität eines verteilten Systems resultiert meist ein vielschichtiges Zeitverhalten. Dies verlängert meistens die Entwicklungszeit und auch die Produktkosten, da zur Absicherung mehr Rechenleistung eingesetzt wird als tatsächlich nötig.

Die Produktkosten sinken, wenn alle Komponenten optimal, das heißt, gleichmäßig hoch, ausgelastet und Lastspitzen vermieden werden. Eine gleichmäßige Verteilung von periodisch auftretenden Aufgaben mittels Phasenverschiebung, häufig durch Abstände der Aktivierungszeitpunkte gesteuert, bietet daher ein hohes Optimierungspotential. Die Vorhersage und exakte Planung der Ressourcen-Nutzung bekommt also eine bedeutende Rolle.

Modellierung erlaubt bessere Vorhersagen als Prototyping

Um das Echtzeit-Verhalten von eingebetteten Systemen zu bestimmen, können verschiedene Ansätze gewählt werden. So können zunächst Prototypen entwickelt werden, die dann integriert und getestet werden. Dabei ist das Echtzeit-Verhalten jedoch erst überprüfbar, wenn die Software auf der Ziel-Hardware läuft und von der realen Umgebung stimuliert wird. Besser ist der Ansatz, das System zu modellieren, um es bereits in der frühen Architekturphase grob und im Verlauf der Entwicklung immer detaillierter auf sein Echtzeit-Verhalten hin analysieren zu können.

Zur Erstellung eines Echtzeit-Modells des Systems ermittelt man das Zeitverhalten der einzelnen Komponenten und verwendet anschließend Simulation und/oder Validierung, um das Echtzeit-Verhalten vorherzusagen (Bild 1). Beide Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile, auf die im Weiteren eingegangen wird.

Die Simulation ist, vergleichbar mit Systemen im Hardware-in-the-Loop-Test, in der Lage, reale Situationen nachzustellen. Je besser das System modelliert und mit realen Stimuli angeregt wird, desto besser wird auch die Testabdeckung aller möglichen Betriebssituationen sein. Die mathematische Analyse mittels Validierung ermittelt die Best-Case- und Worst-Case-Fälle des Echtzeit-Verhaltens des Systems. Extremsituationen werden sicher erfasst und können mit den Echtzeit-Anforderungen und den Vorgaben hinsichtlich Leistungsfähigkeit verglichen werden.