Schwerpunkte

embedded world Conference 2020

Kernkompetenz für eingebettete Systeme

10. Januar 2020, 09:10 Uhr   |  Achim Grolman

Kernkompetenz für eingebettete Systeme
© © Uwe Niklas | WEKA FACHMEDIEN

Im Rahmen der Vorbereitung auf die embedded world Conference 2020 in Nürnberg geben die Mitglieder des Steering-Boards der Konferenz Einblicke in die von ihnen verantworteten Themenbereiche.

Im folgenden Beitrag berichtet Dr. Klaus Grimm über die aktuellen Herausforderungen im Bereich des Software- und Systems-Engineering.

Im Zuge des ständig zunehmenden Einsatzes eingebetteter Systeme, beispielsweise in der Medizintechnik, in der Automation und im Automobilbereich, steigen die Anforderungen an die systematische, qualitätsgesicherte Entwicklung der Systeme. Eine besondere Herausforderung stellt dabei der zunehmende Einsatz von Software dar. Immer mehr Systemfunktionen werden durch Software realisiert, was nicht nur den Umfang, sondern auch die Komplexität drastisch erhöht. Darüber hinaus werden viele Systemfunktionen nicht mehr nur durch einzelne Komponenten, sondern durch das Zusammenspiel mehrerer Komponenten realisiert. Beispielsweise benötigen einige Fahrerassistenzsysteme in einem Fahrzeug Informationen vom Radar- und vom Kamerasystem sowie von weiteren Sensoren im eigenen Fahrzeug, um entsprechende Eingriffe in die elektronische Brems- und die Motorsteuerung zu veranlassen. Dabei ist die Sicht auf das gesamte System unabdingbar, die das Zusammenspiel der verschiedenen Steuergeräte im Fokus hat.

Um den hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen bei weiter steigender Komplexität der Systeme gerecht zu werden, wurde die Disziplin des Systems-Engineerings entwickelt. Ein grundlegender Aspekt ist dabei die gesamtheitliche Betrachtung der drei klassischen Entwicklungsdisziplinen Mechanik, Elektronik und Software.

Ein unverzichtbares Element beim System-Engineering ist die Strukturierung des Entwicklungsprozesses. Im Bereich der Software-Entwicklung sind verschiedene Prozessmodelle definiert worden, die konsequent auf die Systemsicht erweitert wurden. Beispiele sind das V-Modell, das bereits Mitte der achtziger Jahre in Deutschland definiert wurde, und das in den USA entwickelte und auf die Systementwicklung erweiterte Capability Maturity Model CMM. Beide Ansätze beschreiben die einzelnen Entwicklungsschritte von der Erfassung und Dokumentation der Anforderungen über den Systementwurf und die Realisierung des Systems bis hin zur Verifikation und Validation, inklusive Analyse, Test und Wartung. Als Alternative zu diesen sequenziellen Ansätzen hat mit den agilen Methoden in den letzten Jahren ein ursprünglich aus der IT stammendes iteratives, inkrementelles Vorgehen Eingang in die Entwicklung eingebetteter Systeme gefunden. Ziel dieses Vorgehens ist es, den Fokus wieder stärker auf das eigentliche Produkt und weniger auf Prozessartefakte zu richten.

Um bei der Entwicklung eingebetteter Systeme auch auf der Ebene der Modellierung die erforderliche vollständige Systemsicht zu erreichen, wurde die auf Software bezogene Unified Modelling Language UML in Richtung SysML erweitert, die das Gesamtsystem in den Mittelpunkt rückt.

In der Phase der Verifikation und Validation von eingebetteten Systemen sind zwei grundsätzlich verschiedene Ansätze zu unterscheiden. Bei der statischen Analyse wird zunächst ohne Ausführung der Software und ohne Berücksichtigung der Hardware der Programmcode untersucht. Hier können in einer frühen Phase der Entwicklung bereits zahlreiche formale Fehler im Code aufgedeckt werden. Bei den dynamischen Tests wird anschließend das Zusammenspiel von Software und Hardware geprüft. Für den in der Praxis häufig auftretenden Fall, dass bei Testbeginn noch nicht alle Hardware-Komponenten zur Verfügung stehen, hat sich ein inkrementelles Vorgehen bewährt, bei dem in sogenannten Hardware-in-the-Loop-Tests die Hardware schrittweise integriert wird, bis die Ebene des Gesamtsystems erreicht ist.

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1. Kernkompetenz für eingebettete Systeme
2. Aktuelle Herausforderungen

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