Software für Embedded-Systeme
Besser testen mit »Hardware in the Loop«
Je komplexer die Aufgaben von Embedded-Systemen in der Industrie sind, desto wichtiger wird die Softwarequalität. Damit wachsen nicht nur die Ansprüche an den Entwicklungsprozess. Auch die Anforderungen an die Testverfahren steigen. Empfiehlt sich deshalb der Einsatz externer Spezialisten?
Controller, HMI-Systeme, IoT-Gateways und Embedded-KI-Lösungen für industrielle Anwendungen müssen immer umfangreichere Funktionen erfüllen und dabei anspruchsvolle Kommunikationsstandards unterstützen sowie strengeren regulatorischen Vorgaben etwa in Bezug auf Cybersecurity und Remote Updates entsprechen. Die primäre Herausforderung liegt also in einer zunehmend komplexen Software und deren zuverlässiger Funktion – mithin in der Softwarequalität.
Anspruchsvolle Software braucht adäquate Tests
Wenn man sich mit diesem Thema beschäftigt, muss man sich vor Augen halten, dass die Software leistungsfähiger Embedded-Geräte auf Basis beispielsweise von ARM-CPUs aus verschiedenen Schichten besteht. Dies sind aus Gründen der Zukunftssicherheit und Portierbarkeit eine Hardware-Abstraktionsschicht (HAL), eine (Yocto-)Linux-Distribution als Betriebssystem und die Applikationssoftware, die »containerisiert« ausgeführt sein sollte. Diese Schichtung und Aufteilung in Container ermöglicht eine sinnvolle Software-Systemarchitektur, die wiederum eine parallele Entwicklung durch unabhängige Teams erlaubt. Beides ist nicht zuletzt angesichts steigender Anforderungen an die Cybersecurity und der zunehmenden Verbreitung von KI- und ML-Funktionen von größter Bedeutung.
Jobangebote+ passend zum Thema
HIL-Testing als Mittel der Wahl
Für die Qualität der Software bleiben dennoch Tests entscheidend. Denn obwohl der Entwicklungsprozess die Grundlage für Softwarequalität legen muss, sind und bleiben Tests die Voraussetzung für eine effektive Qualitätssicherung, die Fehler finden und beheben kann. Besonderer Bedeutung kommt dabei modernen Testmethoden wie dem HIL-Testing (Hardware in the Loop) zu, das vor allem bei der Entwicklung komplexer eingebetteter Systeme eingesetzt wird. Spezialisten für HIL-Testing wie die Sabo Mobile IT GmbH, die als Schwesterunternehmen unter anderem auch Testaufgaben für die Grossenbacher Systeme AG übernimmt, integrieren dabei reale Hardware-Komponenten in eine Simulationsumgebung. Dies ermöglicht eine umfassende Prüfung der Funktionalität, Leistung und Interaktion der Hardware auf kontrollierte und wiederholbare Weise. Das ist wichtig, weil Software mehr denn je »lebt« und sich über den Lebenszyklus grundlegend verändert – ganz im Gegensatz zu früherer Mikrocontroller-Firmware, die oft über Jahre im »Freeze« war.
Risiken vermeiden
Angesichts ihrer Bedeutung und Möglichkeiten liegt es auf der Hand, dass mangelhaft ausgeführte HIL-Tests schwerwiegende Risiken für die Entwicklung und den Betrieb komplexer Embedded-Systeme bergen – und zwar im Hinblick auf Sicherheit, Funktion, Kosten, Compliance und nicht zuletzt die Reputation der beteiligten Unternehmen. Ein robuster HIL-Testprozess ist daher essenziell, um Fehler frühzeitig zu erkennen, Kosten zu senken sowie die Sicherheit und Qualität von Embedded-Systemen zu gewährleisten.
Doch was ist robust? Grundsätzlich ermöglicht die HIL-Methodik weitgehend automatisierte Testprozeduren, die vor allem langfristig Kostenvorteile versprechen. Dennoch empfiehlt nicht nur Sabo Mobile IT, zweigleisig zu fahren und die manuelle Komponente nicht außer Acht zu lassen.
Automatisierte Tests eignen sich für regelmäßige, wiederholbare Testszenarien, Regressionstests und Validierungen von Standardfunktionen. Ein manuelles Vorgehen ist dagegen sinnvoll, wenn intuitive Fehleranalysen und explorative Tests erforderlich sind oder nicht automatisierbare Aspekte (z.B. Benutzerinteraktionen) geprüft werden müssen. In der Praxis empfiehlt sich deshalb ein hybrider Ansatz: Nach den initialen Tests vor dem Roll-out, die beide Methoden umfassen, eignet sich Automatisierung vor allem für Routineprüfungen.
Make or buy? Die Frage stellt sich Entwicklern und OEMs
Beide Vorgehensweisen können OEMs und ihre Embedded-Entwickler natürlich selbst verfolgen – angesichts der Komplexität und Bedeutung von HIL-Tests dürfte eine externe Vergabe an spezialisierte Dienstleister in vielen Fällen aber die bessere Option sein. Dafür spricht nicht nur die personelle Trennung von »Entwicklung« und »Test der Entwicklung«. Erfahrungsgemäß kommen Tests in letzter Minute vor dem Marktstart notorisch zu kurz. Gerade dann können spezialisierte Partner eine wertvolle temporäre Ergänzung darstellen.
Die Grossenbacher Systeme AG setzt als Teil der Amalthea Group bei ihren Kundenprojekten auf Testdienstleistungen ihrer Schwesterfirma Sabo Mobile IT. Deren Kompetenz steht jedoch grundsätzlich allen Unternehmen zur Verfügung. Das gilt auch für ein besonders großes und bekanntes: die Volkswagen-Gruppe. Sie hat die Vorteile externer Tests erkannt und lässt diese unter anderem vom Competence Center von Sabo Mobile IT durchführen.
Ein zentraler Vorteil externer HIL-Tests ist die initiale Kostenreduktion und die temporäre Unterstützung durch Spezialisten genau dann, wenn sie gebraucht werden. Zudem können OEM ihre Investitionen in Ressourcen für eigene HIL-Tests reduzieren.
Darüber hinaus bieten externe HIL-Tests tendenziell eine höhere Qualität, etwa durch spezialisierte Erfahrungen aus unterschiedlichen Bereichen. Ihre Unabhängigkeit hilft Dienstleistern zudem, Betriebsblindheit zu vermeiden und Fehler genauer zu erkennen. Gute Testdienstleister zeichnen sich außerdem durch aktuelle Testtechnologien und Simulationsmodelle aus, die ständig aktualisiert und kalibriert werden – interne Teams tun sich damit oft schwer. Je nach Anwendung kann man zudem auf normative Belange Rücksicht nehmen und Tester mit Zertifizierung durch das International Software Testing Qualifications Board (ISTQB) hinzuziehen. Das ISTQB bietet ein breit angelegtes, branchenunabhängig ausgerichtetes Zertifizierungsprogramm, das viele Testdienstleister für sich nutzen.
Zu guter Letzt spricht auch der Faktor Zeit für externe Lösungen. HIL-Dienstleister arbeiten mit optimierten Testprozessen und parallelen Abläufen und verkürzen so die Entwicklungszeiten. Skalierbare Testkapazitäten ermöglichen es, den Aufwand flexibel an die Projektanforderungen anzupassen, ohne auf interne Ressourcen Rücksicht nehmen zu müssen.
Fazit: Outsourcing ist in
Das Outsourcing von HIL-Tests an erprobte Dienstleister wie Sabo Mobile IT lohnt sich für Unternehmen jeder Größenordnung. Vor allem die Entwicklungsabteilungen bei OEMs können sich so auf ihre Kernaufgabe konzentrieren: die Entwicklung innovativer Produkte – gerne mit Unterstützung externer Entwickler.
- Besser testen mit »Hardware in the Loop«
- HIL-Testing auf einen Blick: Was man beim HIL Testing beachten sollte …
Lesen Sie mehr zum Thema
