Vorlesung „Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive“
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Vorlesung „Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive“
Vorlesung „Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive“ Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik, Professur Softwaretechnologie WS 2008/2009 Dr. rer. nat. Bernhard Hohlfeld [email protected] Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 1 Inhalt 1. Motivation und Überblick 2. Grundlagen Fahrzeugentwicklung, KFZ-Elektronik und Software 3. Übersicht Automotive Elektrik/Elektronik-Entwicklung (E/E) 4. Protokolle und Bussysteme 5. Betriebssysteme und standardisierte Systemarchitekturen 6. Verfahren für die Embedded Software Entwicklung 7. Unterstützungsprozesse für die Embedded Software Entwicklung 8. Wichtige Normen/Standards/Empfehlungen für die Embedded Software Entwicklung Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 2 1. Motivation und Überblick 1. Bedeutung der Automobilindustrie für die deutsche Volkswirtschaft 2. Motivation Automotive Software Engineering 3. GI-Fachgruppe Automotive Software Engineering 4. Software Entwicklungsprozess 5. Standards zur Softwareentwicklung 6. Software Architekturen 7. AUTOSAR 8. Lessons Learned Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 3 1. Bedeutung der Automobilindustrie für die deutsche Volkswirtschaft • Beispiele • Daimler Nutzfahrzeuge • MercedesBenz • BMW Group Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 4 Daimler Nutzfahrzeuge Umsatz 2003 Deutschland 6.942 24% USA 7.969 28% Übrige Märkte 13.606 48% Gesamt 28.517 Mio. € Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 5 Daimler Nutzfahrzeuge Mitarbeiter 31.12. 2003 Deutschland 47.473 50% USA 17.651 19% Rest der Welt 29.938 31% Gesamt 95.062 Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 6 MercedesBenz Umsatz 2003 Übrige Märkte 6.557 13% Japan 2.399 5% USA 10.932 21% Deutschland 16.875 33% Westeuropa (ohne D) 14.683 28% Gesamt 51.445 Mio. € Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 7 MercedesBenz Mitarbeiter 31.12. 2003 Übrige Länder 8.204 8% USA 2.191 2% 93.756 90% Deutschland Gesamt 104.151 Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 8 Zum Vergleich: BMW-Group im Jahr 2004 • BMW Group wichtigste Automobilmärkte 2004 in % vom Absatz • USA 24,5% • Deutschland 23,5% • Grossbritannien 12,0% • Rest 40,0% • Automobilproduktion der BMW Group im Jahr 2004 in Tsd. • Dingolfing 304,3 • Regensburg 262,5 • München 172,2 • Deutschland 739,0 (59%) • Ausserhalb Deutschland 511,5 (41%) • Quelle: Geschäftsbericht 2004 (Kurzfassung) Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 9 2. Motivation Automotive Software Engineering Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 10 A nice car Source: Dr. Michael Reinfrank, Siemens VDO Automotive Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 11 A powerful engine Source: Dr. Michael Reinfrank, Siemens VDO Automotive Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 12 A look inside Source: Dr. Michael Reinfrank, Siemens VDO Automotive Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 13 Software is the intelligent “glue” for systems Engine ECU Piezo Common Rail Injector Electrohydraulic Shift Gear Actuator Camshaft Phasing Adjuster Optimization of Shift Comfort and Engine Set Point Lower Fuel Consumption and Raw Emissions, Improved Torque Conical Metal Substrate Integrated Air Fuel System HPDI Pump ProdMod Transmission ECU Improved Emission Treatment NOx Sensor Source: Dr. Michael Reinfrank, Siemens VDO Automotive Pressure Supply SINOx Catalytic Converter Heated Catalytic Converter Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 14 The intelligence inside: 5000 pages Software Source: Dr. Michael Reinfrank, Siemens VDO Automotive Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 15 Add code to add functions 16 bit ECU Sequential Injection Knock control Lambdasensor 8 bit ECU electonic ignition ECU’s St. Cylinder-bank detection Hall based speed sensor Closed coupled catalyst FBS3 C-Language programming ETC/ Safety TLEV Emissions OBD-2 Diaggnostics VANOS (inlet and outlet) Cruise control / ASC FBS3 torque structure FTK & AAD HPDI option VLC option SULEV ETC / Safety concept ACC ULEV Emissions 32 bit ECU OSEK operating system HPDI stratified System Source: Dr. Michael Reinfrank, Siemens VDO Automotive Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 16 Steigender Software Anteil Bei modernen Fahrzeugen wird die Funktionalität zunehmend durch Software bereitgestellt. Das Spektrum reicht von der Motorsteuerung bis hin zum Allradantrieb und vielleicht schon bald zu X-by-Wire-Systemkomponenten. Die zugrundeliegende Rechnerarchitektur ist ein verteiltes System, das je nach Fahrzeugtyp aus 20 – 80 Steuergeräteknoten besteht. Die Knoten sind mit bis zu vier verschiedenen Bussystemen verbunden. Der Programmcode umfasst mehrere hunderttausend bis zu mehreren Millionen Zeilen. Über zwei Drittel aller Innovationen im Automobil sind schon heute softwarebasiert. Ein Anstieg der Softwareentwicklungskosten an den gesamten Entwicklungskosten von derzeit ca. 4% auf über 10% wird prognostiziert. Ein Automobil bündelt so auf ca. 5m x 2m viele Fragestellungen der Informatik, insbesondere der Entwicklung komplexer und zuverlässiger Softwaresysteme. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 17 3. GI-Fachgruppe Automotive Software Engineering http://www.gi-ev.de/fachbereiche/softwaretechnik/ase/ Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 18 Ziele der Fachgruppe (1) • Motivation • Das Thema „Automotive Software Engineering“ ist insbesondere in Deutschland und Europa von ständig wachsender Bedeutung, die Automobilindustrie ist bereits heute ein entscheidender Innovationstreiber im Bereich der eingebetteten Systeme. • Langfristig sind intensive Anstrengungen erforderlich, um den deutschen Wettbewerbsvorsprung bei software-basierten Innovationen im Automobil zu halten. • Die Automobilindustrie wird deswegen in weiter zunehmendem Maße ein wichtiger Anwender der Informatik und ein wichtiger Arbeitgeber für Informatiker sein. • Das Gebiet wirft spezifische interessante Forschungsfragen auf. • Die stärkere Berücksichtigung des Gebiets in der Lehre ist zu erreichen. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 19 Ziele der Fachgruppe (2) • Vorgeschichte • Workshops zum Thema „Automotive Software Engineering“ auf der ICSE und der GI-Jahrestagung (jeweils seit 2003) ermöglichten einen intensiven Austausch zwischen der Automobilindustrie und der wissenschaftlichen Community. • Insbesondere die Darstellung und Diskussion des State-of-the-Art im Software-Engineering in der Automobilindustrie lieferte wertvolle Anforderungen an die zukünftigen Handlungsbedarfe und Forschungsschwerpunkte auf diesem Gebiet, und aktuelle Forschungsergebnisse konnten einer breiten automobilen Öffentlichkeit vorgestellt werden. • Die Fachgruppe „Automotive Software Engineering (ASE)“ wurde auf Antrag von Dr. Klaus Grimm im Februar 2005 vom Präsidium Gesellschaft für Informatik eingerichtet. Die FG ist dem Fachbereich Softwaretechnik zugeordnet. Sie hatte am 21. September 2005 im Rahmen der GI-Jahrestagung in Bonn ihre Gründungsversammlung. • Ziel der Fachgruppe „Automotive Software Engineering“ im Fachbereich Softwaretechnik der Gesellschaft für Informatik (GI) ist der intensive fachliche Austausch zwischen der Automobilindustrie und der wissenschaftlichen Community. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 20 Leitungsgremium (LG) der FG „Automotive Software Engineering" Universitäten Industrie • Prof. Dr. Manfred Broy TU München Stellvertretender Sprecher der Fachgruppe • Dr. Klaus Grimm DaimlerChrysler AG Sprecher der Fachgruppe • Prof. Dr. Stefan Jähnichen TU Berlin und FhG FIRST • Dr. Alexandre Saad BMW Group • Prof. Dr. Dieter Rombach TU K‘lautern und FhG IESE • Dr. Michael Reinfrank Siemens VDO • Prof. Dr. Stefan Kowalewski RWTH Aachen • Dr. Thomas Kropf Robert Bosch GmbH Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 21 WS Automotive Software Engineering • Die Fachgruppe veranstaltet regelmässig den Workshop „Automotive Software Engineering“ im Rahmen der Jahrestagungen der Gesellschaft für Informatik. • 11. September 2008 in München Organisation: Dr. Reinhard Stolle, BMW Car IT • 27. September 2007 in Bremen Organisation: Dr. Michael Reinfrank, Siemens VDO • 5. Oktober 2006 in Dresden Organisation: Dr. Michael Daginnus, Volkswagen AG • 21. September 2005 in Bonn Organisation: Dr. Thomas Kropf, Robert Bosch GmbH • 23. September 2004 in Ulm Organisation: Dr. Bernhard Hohlfeld, DaimlerChrysler AG • 30. September 2003 in Frankfurt Organisation: Dr. Alexandre Saad, BMW Group Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 22 4. Software Entwicklungsprozess Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 23 Software Entwicklungsprozess Produkt-Entwicklungsprozess Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 24 Software Entwicklungsprozess Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 25 Software Entwicklungsprozess Systemsicht Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 26 Software Entwicklungsprozess Abbildung auf V-Modell Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 27 Detaillierung V-Modell Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 28 Software Entwicklungsprozess Einordnung in Produktentstehungsprozess Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 29 Softwareentwicklung in der Produktentwicklung Vorleistungsphase InitialPhase 60 Serienentwicklung Vorber.Phase Konzeptphase 54 38 AbstimmPhase Monate 30vor SOP BestätigungsPhase ReifePhase 23 8 Serie 0 SoftwareEntwicklung SoftwareModifikation Komponenten-/Teilsystementwicklung E/E I-400 LH-Entwicklungsziel Anforderungsmanagement A-TS Funktions-Anforderungen VS SW-Anforderungen Funktionsentwicklung Softwareentwicklung SIL bestimmt Funktionsarchitektur SW-Entwicklungsprozess definiert SW-Architektur I-300 A-TS BBG I-200 A-TS I-100 A-TS EBG IX.Y: Integrationsstufe A-TS: Abgabe Teilsystem BN-KSP: Bordnetz-Konzept-System-Prototyp EBG: Entwicklungsbaugruppe BBG: Bestätigungsbaugruppe VS: Vor-Serie BNKSP Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 30 Prototyp und Produkt Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 31 Rapid Prototyping und Test in realer Umgebung Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 32 Testvarianten im Integrationsprozess • MIL Model in the Loop • SIL Software in the Loop • PIL Prozessor in the Loop • HIL Hardware in the Loop • K-HIL Komponente • S-HIL System • VIL Vehicle in the Loop • EFP Erweiterte Funktionsprüfung Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 33 Konsequenzen für die Softwareentwicklung Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 34 Software Entwicklungsprozess Anforderungen an Entwickler Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 35 5. Standards zur Softwareentwicklung Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 36 Reifegrad-Standards / Qualitätsstandards • CMMI • Bewertung durch Level, sehr generisch • Beschreibung was zu geschehen hat, aber nicht wie es zu geschehen hat • ISO 15504 SPICE / Automotive SPICE • Level direkt vergleichbar mit CMMI Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 37 Entwicklungsstandards • ISO 12207 AMD 1 • international • sehr generisch • Detaillierung erforderlich • V-Modell 97, V-Modell XT • national • konkret • anleitend • beschreibt Dokumente • VDA AK 13 • gute Definitionen • informativ • unverbindlich Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 38 Sicherheitsstandards • IEC 61508 / ISO 26262 • weite Verbreitung • Detaillierung erforderlich • MISRA Guidelines • Spezifika des Automobilsektors • RTCA DO-178B • konkret • präziser als IEC 61508 • luftfahrtspezifisch • EN 50128 • pragmatisch • benutzerfreundlich • Def Stan 00-55 • klares Rollenkonzept Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 39 ISO WD 26262 (Automotive E/E Sicherheitsengineering) • Ziele • Die ISO WD 26262 ist ein Normentwurf von Vertretern der Automobilindustrie für Sicherheit elektronischer Fahrzeugsysteme. • Nächste Folie: • Gesamter Lebenszyklus nach ISO WD 26262 • Quelle • http://keng.ke.ohost.de/ISOWD26262(AutomotiveE.ESicherheitsengineering).html Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 40 Lebenszyklus nach ISO WD 26262 Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 41 Anpassung der Standards für Automotive • Ziele • verbindlicher Standard für die Entwicklung von Steuergeräte-Software beim OEM wie bei den Lieferanten; • Berücksichtigung von Sicherheitsanforderungen; • Formulierungen von Prozessen, Aufgaben und Produkten; • Gewährleistung des internationalen Stands der Technik. • Vorgehen • Gewährleistung des internationalen Stands der Technik durch Abstützung auf internationale Normen, wie z. B. CMMI, ISO 12207 und IEC 61508; • Anpassung und ggf. Ergänzung an die OEM-Belange. • Ergebnis • Wichtige Basis für das SW-Qualitätsmanagement • Planungsgrundlage für SW-Entwicklungsprojekte • Verbesserung der SW-Qualität Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 42 Anpassung der Standards für Automotive • Beispiel • BMW Group Standard embedded Software (GSeSW) • Quelle • http://www.dspace.de/ww/de/gmb/home/company/events/4ankon/bmw_riedesser_rissling.cfm Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 43 BMW Group Standard embedded Software (GSeSW) • ist eine Anpassung der internationalen Normen an die Rahmenbedingungen beim OEM und den Lieferanten; • muss für die Anwendung in Projekten beim OEM und den Lieferanten weiter konkretisiert werden; • fasst Anforderungen an die Software-Entwicklung aus unterschiedlichen Quellen zusammen; • stellt Anforderungen an die eigentliche Software-Entwicklung und Anforderungen an begleitende Prozesse; • gewährleistet den internationalen Stand der Technik. Der GSeSW • beschreibt keine Systementwicklung; • gibt keine technischen Lösungen vor; • ist keine vollständige Sicherheitsnorm, sondern deckt nur die Anforderungen an die Software ab. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 44 BMW Group Standard embedded Software (GSeSW) HIL-FlexRay BMW Group EE-40 Page 4 Regulations to Take into Consideration BMW Group Standard embedded Software Informational 1. Application area 2. Normative links 3. Definitions/abbreviations 4. Structure of this standard 5. Key processes 6. Supporting processes 6.1 Project management 5.1 Project preparations 6.2 Filling of roles 6.3 Documentation 6.4 Configuration management 5.2 Software development 6.5 Quality assurance 6.6 Verification process 6.7 Test process 5.3 Software modification 6.8 Carrying out reviews 6.9 Problem resolution process 7. Organizational processes 7.1 Selection and qualification of SW tools 7.3 Continual improvement 7.2 Selection and qualification of SW libraries 7.4 Training and qualification Appendix A. Guideline for the selection of methods and measures B. Assigning the SIL to the software C. Literature Each chapter of the “key processes” section relates to chapters of ISO 12207 and IEC 61508. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 45 BMW Group Standard embedded Software (GSeSW) • ist eine Anpassung der internationalen Normen an die Rahmenbedingungen beim OEM und den Lieferanten; • muss für die Anwendung in Projekten beim OEM und den Lieferanten weiter konkretisiert werden; • fasst Anforderungen an die Software-Entwicklung aus unterschiedlichen Quellen zusammen; • stellt Anforderungen an die eigentliche Software-Entwicklung und Anforderungen an begleitende Prozesse; • gewährleistet den internationalen Stand der Technik. Der GSeSW • beschreibt keine Systementwicklung; • gibt keine technischen Lösungen vor; • ist keine vollständige Sicherheitsnorm, sondern deckt nur die Anforderungen an die Software ab. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 46 BMW Group Standard embedded Software (GSeSW) Generische Ebene SW-Engineering OEM-Ebene Rollen Modelle Capability & Maturity (CMMI) SW-Safety ergänzende ergänzende Standards: MindestAnforderunge Methoden OEM-spezifischer Standard Für Lieferanten Hausintern Projektebene Zulieferer Projekt OEM Projekt SW Tools and SW Safety Requirements SW System SW Safety Validation Plan Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 47 BMW Group Standard embedded Software (GSeSW) • ist eine Anpassung der internationalen Normen an die Rahmenbedingungen beim OEM und den Lieferanten; • muss für die Anwendung in Projekten beim OEM und den Lieferanten weiter konkretisiert werden; • fasst Anforderungen an die Software-Entwicklung aus unterschiedlichen Quellen zusammen; • stellt Anforderungen an die eigentliche Software-Entwicklung und Anforderungen an begleitende Prozesse; • gewährleistet den internationalen Stand der Technik. Der GSeSW • beschreibt keine Systementwicklung; • gibt keine technischen Lösungen vor; • ist keine vollständige Sicherheitsnorm, sondern deckt nur die Anforderungen an die Software ab. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 48 IEC 61508 ISO 12207 CMMI Generische Ebene OEM Group Software Embedded Software OEM Methoden- und WerkzeugeHandbücher Spezielle Methoden und Werkzeuge GS Emb SW MW HB OEM SoftwareDokumentations-Standard SDS DokumentationsVorlagen Annex A-E Annex A-O OEM Ebene z.B. Anforderungen, Architektur, Modulentwurf, … Spezifikationen Pläne Berichte OEM Projekte z.B. SW-Projektplan, ModulTestplan… z.B. Modul-Testbericht, … Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 49 6. Software Architekturen Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 50 Software Architekturen Voraussetzung für Software Wiederverwendung Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 51 Evolution der Software Architekturen Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 52 Was ist Softwarearchitektur? Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 53 Was ist Softwarearchitektur? • Architektur beschreibt den Aufbau eines Systems aus seinen Komponenten und deren Wechselwirkungen • • Architektur gibt Systemen Struktur und Gestalt Architektur strukturiert komplexe Systeme mit vielen Komponenten und macht sie überschaubar • Die Fahrzeug Software Architektur beschreibt den im Rahmen einer definierten Zielvorstellung besten Aufbau eines Fahrzeug Software Systems. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 54 Wozu Softwarearchitektur? • • • • • Software Architektur macht die Komplexität zukünftiger Software Systeme mit vielen wechselwirkenden Funktionen durchschaubar und beherrschbar • ... und begünstigt damit den Bau zuverlässiger Systeme Software Architektur zeigt mehrfach verwendbare Komponenten eines Software Systems auf • ... und schafft damit eine Grundlage für baureihenübergreifende Software Systeme Software Architektur zeigt Wechselwirkungen und Schnittstellen zwischen den Teilen des Software Systems auf und beschreibt diese • ... und schafft damit u.a. die Grundlage für die Plug&Play-Fähigkeit zukünftiger Architekturkomponenten Software Architektur liefert die Grundlage für • flexible, • updatefähige und • erweiterbare Software Systeme im Fahrzeug. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 55 Ziel von Softwarearchitekturen Komponentenbasierte Software Architektur Mehrplatzsysteme Freies Deployment Hot Code Loading Load Balancing Auftrennen von Hardware und Software Qualität Ressourcen Management Legacy System Support Auftrennung von Spezifikation und Implementierung Kosten Entwicklungszeit Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 56 Komponenten Architekturen Monolithische Applikation Applikation Verteilte Applikation V/C Komponenteninfrastruktur M Kommunikationsinfrastruktur “Plattform” V/C...View/Control M...Model Gestern Heute: Vernetzte Systeme Morgen: Dynamische Komponentensysteme Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 57 Offene System Architektur Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 58 7. AUTOSAR Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 59 AUTOSAR An industry-wide initiative to manage the complexity of emerging Automotive E/E-Architectures. The Partnership intends to establish a de-facto standard for an Automotive Open System Architecture (AUTOSAR) for all functional domains across the automotive industry to which all partners are committed. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 60 OEM 1 Exchangeability between manufacturer’s applications Platform 1.1 Platform 1.2 Platform 1.n Exchangeability Supplier A Chassis Safety OEM 2 Supplier B Chassis Safety Body/Comfort Telematics Multimedia Multimedia between supplier’s solutions Supplier C OEM m Chassis Body/Comfort Telematics Multimedia Exchangeability Platform 2.1 Platform 2.2 Platform 2.n between vehicle platforms Platform m.1 Platform m.2 Platform m.n Our vision is an improved complexity management of highly integrated E/E architectures through an increased reuse and exchangeability of SW modules between OEMs and suppliers. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, 61 TU Dresden, WS 2008/2009 59 AUTOSAR as sis Ch t* ilo top Ma Man Int chi erf ne ac e a * Body Comfort Au tiv e Ac y ) fet ssive e/p tiv ia ed s ltim tic Mu lema Te r gt. ive M Dr tion ma or Inf Implementation of OEM-specific applications based on AUTOSAR Sa (ac Su sp en Engine n itio nd ’ Co ion le nit hic og Ve Rec sio n* Valve Control * Personalization* * Example of domain specific application Future transferability of functions The primary objective of AUTOSAR is to create an infrastructure which encourages cooperation on E/E standards while maintaining competition on innovative applications. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 62 AUTOSAR Abstraktionsstufen Physical Interface: Car velocity Car functionality Electrical Interface: Isensor [0..200mA] ECU Electronics Sensor get_v( ) Application SW-C Electrical Interface: UECU [0..5V] ECU_get_I(SensorPin) Sensor SW-C µC Peripherals DIO_set(Multiplexe) ECU SW-C SPAL (HAL Driver) ADC_get(MultiplexCh) API X could be standardizable but standardisation of lower API’s is meaningful anyway API Y could be standardizable API Z should be standardizable Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 63 AUTOSAR Komponenten Automotive Open System Architecture: • Standardized, openly disclosed interfaces • • • HW independent SW layer Transferability of functions Redundancy activation AUTOSAR RTE: by specifying interfaces and their communication mechanisms, the applications are decoupled from the underlying HW and Basic SW, enabling the realization of Standard Library Functions * for example: OSEK, QNX, VxWorks, Windows CE, … Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 64 AUTOSAR Architekturkonzept Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 65 8. Lessons Learned Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 66 Standardisierungspotential Baureihenübergreifende Entwicklung Baureihenspezifische Entwicklung Standard Software Funktions bibliothek Funktions integration HW-unabhängige SW-Plattform Funktionsmodule Adaption und Ergänzung Innovation Adaption und Integration OEM mit SG- oder SW- Zulieferer OEM mit SG- Zulieferer Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 67 Auswirkungen Qualitätsmängel Fahrzeug / Komponenten Lastenhefte Start Erprobung/ Dauerlauf Fahrzeugentwicklungsphase Start Pilotserie Anlaufphase SOP Erstes Kundenfahrzeug Serienphase Steigende Fehlerfolgekosten „Zehner-Regel“ Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 68 Auswirkungen Qualitätsmängel • Fahrzeugentwicklungsphase • Verzögerungen Integrationstest • Nacharbeit im Prototypenaufbau durch Flashen bzw. Teiletausch • Kompensation von entfallenen Erprobungsumfängen • Anlaufphase • Software-Reifegradprobleme, • Verbau nichtkompatibler SW-Versionen • mangelndes Zusammenspiel zwischen Onboard- und Offboardsystemen • Erhöhung der Montagezeiten sowie erhebliche Nacharbeitsumfänge (Flashen, Gerätetausch) • Kompensation von entfallenen Erprobungs-/Dauerlaufumfängen • Serienphase • Hohes Änderungsaufkommen • Kundenunzufriedenheit • Rückrufe • Produkthaftungsfälle Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 69 Top 5 Risiken Embedded Software • Optimierte Verteilung und Vernetzung von Systemen im Fahrzeug • Funktionsspezifikation verteilter Systeme • Qualitäts- und kostenorientierte Kooperation mit n Lieferanten für m Module • Gestaltung des Entwicklungs- und Integrationsprozesses • Software-Updates/Upgrades im Feld Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 70 Reihenfolge Top 3 Maßnahmen Ordnung schaffen • Software-Entwicklungsprozesse mit Fahrzeug- und SG-Entwicklungsprozessen koppeln • Releasemanagement bezüglich der Einsteuerung von SW-Versionen in Fahrzeug-Baulose • Konfigurationsmanagement bei Software Änderungswesen organisieren • Änderungsmanagement fahrzeugseitig • Änderungsmanagement lieferantenseitig • Änderungsstopps klar kommunizieren, ggf. eskalieren Transparenz schaffen • Objektive Meßgrößen zur Bewertung des SW-Reifegrades einführen • Anflugkurven zur Beschreibung der Erwartungswerte definieren • Nicht nur das Fehleraufkommen, auch die Testabdeckung, die Fehlerbehebungszeiten bzw. die Zuverlässigkeit der Fehlerbehebung liefern wichtige Erkenntnisse Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 71 Zusammenfassung • Durch steigende Komplexität wird Software-Qualitäts-und Prozeßmanagement zum elementaren Bestandteil des Fahrzeugentwicklungsprozesses. • Die Schwerpunkte des Fahrzeugherstellers liegen hierbei auf den Spezifikations-, Integrations- und Testschritten • Grundlegende Voraussetzungen für die effiziente Durchführung sind: • Synchronisation der SW-Entwicklungstände aller Steuergeräte mit den Meilensteinen und Freigabeprozessen der Fahrzeugentwicklung. • Konsequente Durchführung Änderungsmanagement. • Bewertung und Steuerung des Software-Reifegrades auf Basis eines Reifegradbewertungsprozesses mit objektiven Meßgrößen. • Wichtige Grundlage ist die Standardisierung nicht wettbewerbsrelevanter Software Umfänge. Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009 72