vorlesung „embedded software-engineering im bereich ... · electro-hydraulic shift gear actuator...
TRANSCRIPT
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Vorlesung „Embedded Software-Engineering im Bereich
Automotive“
Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik, Professur Softwaretechnologie
WS 2008/2009
Dr. rer. nat. Bernhard [email protected]
1
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Inhalt
1. Motivation und Überblick2. 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
2
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
3
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
1. Bedeutung der Automobilindustrie für die deutsche Volkswirtschaft
• Beispiele
• Daimler Nutzfahrzeuge
• MercedesBenz
• BMW Group
4
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Gesamt 28.517 Mio. €
Deutschland
48%13.606
28%7.969
6.942 24%
Daimler NutzfahrzeugeUmsatz 2003
USA
Übrige Märkte
5
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Gesamt 95.062
Deutschland 47.473 50%
31%29.938
19%17.651
Daimler NutzfahrzeugeMitarbeiter 31.12. 2003
Rest der Welt
USA
6
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Gesamt 51.445 Mio. €
Übrige Märkte 13%6.557
Deutschland 16.875 33%
Japan 5%2.399
USA 10.932 21%
Westeuropa (ohne D) 14.683 28%
MercedesBenzUmsatz 2003
7
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Gesamt 104.151
8%8.204
USA 2%2.191
Deutschland 93.756 90%
Übrige Länder
MercedesBenzMitarbeiter 31.12. 2003
8
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Zum Vergleich: BMW-Group im Jahr 2004
• BMW Groupwichtigste 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 511,5 (41%)Deutschland
• Quelle: Geschäftsbericht 2004 (Kurzfassung)
9
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
2. Motivation Automotive Software Engineering
10
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
A nice car
Source:Dr.MichaelReinfrank,SiemensVDOAutomotive
11
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
A powerful engine
12
Source:Dr.MichaelReinfrank,SiemensVDOAutomotive
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
A look inside
13
Source:Dr.MichaelReinfrank,SiemensVDOAutomotive
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Lower FuelConsumption andRaw Emissions,Improved Torque
CamshaftPhasingAdjuster
EngineECU
PiezoCommon Rail
Injector
IntegratedAir FuelSystem HPDI Pump NOx Sensor
Electro-hydraulicShift GearActuator
PressureSupply
ProdModTransmission
ECU
Optimization ofShift Comfort andEngine Set Point
HeatedCatalytic
Converter
ConicalMetal
Substrate
SINOx CatalyticConverter
ImprovedEmission Treatment
Software is the intelligent “glue” for systems
14
Source:Dr.MichaelReinfrank,SiemensVDOAutomotive
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
The intelligence inside: 5000 pages Software
15
Source:Dr.MichaelReinfrank,SiemensVDOAutomotive
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Add code to add functions
St. Cylinder-bank detection
Hall based speed sensor
Closed coupled catalystFBS3
C-Language programming
ETC/ SafetyTLEV
EmissionsOBD-2
DiaggnosticsVANOS (inlet
and outlet)Cruise
control / ASCFBS3torque
structureFTK & AAD
8 bit ECUelectonic
ignition ECU’s
ETC / Safety conceptACC
ULEV Emissions32 bit ECU
OSEK operating system
HPDI optionVLC option
SULEV
16 bit ECUSequential Injection
Knock controlLambdasensor
HPDI stratifiedSystem
16
Source:Dr.MichaelReinfrank,SiemensVDOAutomotive
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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-System-komponenten. Die zugrundeliegende Rechnerarchitektur ist ein verteiltes System, das je nach Fahrzeugtyp aus 20 – 80 Steuer-geräteknoten 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 Software-entwicklungskosten 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.
17
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
3. GI-Fachgruppe Automotive Software Engineering
http://www.gi-ev.de/fachbereiche/softwaretechnik/ase/
18
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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.
19
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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 Rahmender 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.
20
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Leitungsgremium (LG) der FG „Automotive Software Engineering"
Universitäten
• Prof. Dr. Manfred BroyTU MünchenStellvertretender Sprecher der Fachgruppe
• Prof. Dr. Stefan JähnichenTU Berlin und FhG FIRST
• Prof. Dr. Dieter RombachTU K‘lautern und FhG IESE
• Prof. Dr. Stefan KowalewskiRWTH Aachen
Industrie
• Dr. Klaus GrimmDaimlerChrysler AGSprecher der Fachgruppe
• Dr. Alexandre SaadBMW Group
• Dr. Michael ReinfrankSiemens VDO
• Dr. Thomas KropfRobert Bosch GmbH
21
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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 MünchenOrganisation: Dr. Reinhard Stolle, BMW Car IT
• 27. September 2007 in BremenOrganisation: Dr. Michael Reinfrank, Siemens VDO
• 5. Oktober 2006 in Dresden Organisation: Dr. Michael Daginnus, Volkswagen AG
• 21. September 2005 in BonnOrganisation: Dr. Thomas Kropf, Robert Bosch GmbH
• 23. September 2004 in UlmOrganisation: Dr. Bernhard Hohlfeld, DaimlerChrysler AG
• 30. September 2003 in FrankfurtOrganisation: Dr. Alexandre Saad, BMW Group
22
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
4. Software Entwicklungsprozess
23
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Software Entwicklungsprozess Produkt-Entwicklungsprozess
24
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Software Entwicklungsprozess
25
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Software EntwicklungsprozessSystemsicht
26
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Software EntwicklungsprozessAbbildung auf V-Modell
27
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Detaillierung V-Modell
28
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Software Entwicklungsprozess Einordnung in Produktentstehungsprozess
29
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Software-Modifikation
Initial-Phase
KonzeptphaseVorber.-Phase
Abstimm-Phase
Reife-Phase
Bestätigungs-Phase
Serie
Komponenten-/Teilsystem-entwicklung E/E
Monatevor SOP
Vorleistungsphase Serienentwicklung
60 54 38 30 23 8 0
Software-Entwicklung
A-TS BN-KSP
A-TS EBG
A-TS BBG
A-TS VS
SIL bestimmtFunktionsarchitektur
Funktions-Anforderungen
SW-Entwicklungsprozess definiert
SW-Anforderungen
SW-Architektur
IX.Y: IntegrationsstufeA-TS: Abgabe Teilsystem
BN-KSP: Bordnetz-Konzept-System-PrototypEBG: EntwicklungsbaugruppeBBG: Bestätigungsbaugruppe
VS: Vor-Serie
Anforderungs-management
Funktions-entwicklung
Software-entwicklung
LH-Entwicklungsziel
I-100
I-200
I-300
I-400
Softwareentwicklung in der Produktentwicklung
30
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Prototyp und Produkt
31
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Rapid Prototyping und Test in realer Umgebung
32
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
33
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Konsequenzen für die Softwareentwicklung
34
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Software Entwicklungsprozess Anforderungen an Entwickler
35
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
5. Standards zur Softwareentwicklung
36
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
37
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
38
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
39
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
40
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Lebenszyklus nach ISO WD 26262
41
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
42
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
43
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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.
44
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
HIL-FlexRayBMW GroupEE-40Page 4
Regulations to Take into ConsiderationBMW Group Standard embedded Software
7. Organizational processes
7.4 Training and qualification
7.3 Continual improvement7.1 Selection and qualification of SW tools
5. Key processes
5.2 Software development
6. Supporting processes
1. Application area
2. Normative links 3. Definitions/abbreviations 4. Structure of this standard
7.2 Selection and qualification of SW libraries
5.3 Software modification
5.1 Project preparations
6.5 Quality assurance
6.1 Project management
6.4 Configuration management
6.9 Problem resolution process
6.2 Filling of roles
6.3 Documentation
6.6 Verification process
6.7 Test process
6.8 Carrying out reviews
Inform-
ational
Appendix
C. Literature
A. Guideline for the selection of methods and measures
B. Assigning the SIL to the software
Each chapter of the “key processes” section relates to chapters of ISO 12207 and IEC 61508.
BMW Group Standard embedded Software (GSeSW)
45
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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.
46
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
ergänzende Standards:
SW-Engineering
OEM-spezifischer Standard
Für Lieferanten Hausintern
ergänzende
RollenModelle
Mindest-Anforderunge
Generische Ebene
OEM-Ebene
Projektebene
Methoden
SW Safety Validation Plan
SW Safety Requirements
SW Tools and
SW System
OEM ProjektZulieferer Projekt
SW-SafetyCapability & Maturity(CMMI)
BMW Group Standard embedded Software (GSeSW)
47
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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.
48
GS Emb SW
MW HB SDS
Annex A-E Annex A-O
ISO 12207 IEC 61508
Pläne BerichteSpezifikationen
CMMIGenerische Ebene
OEM Ebene
OEM Projekte
OEM Group SoftwareEmbedded Software
OEM Software- Dokumentations-Standard
Dokumentations- Vorlagen
z.B. Anforderungen, Architektur, Modulentwurf, …
Spezielle Methoden und Werkzeuge
z.B. SW-Projektplan, Modul-Testplan… z.B. Modul-Testbericht, …
OEM Methoden- und Werkzeuge-Handbücher
49Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
6. Software Architekturen
50
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Software ArchitekturenVoraussetzung für Software Wiederverwendung
51
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Evolution der Software Architekturen
52
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Was ist Softwarearchitektur?
53
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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.
54
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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.
55
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Ziel von Softwarearchitekturen
Freies Deployment
Hot Code Loading Load Balancing
Mehrplatzsysteme
QualitätKosten
Entwick-lungszeit
Auftrennung von Spezifikation und Implementierung
Auftrennen von Hardware und Software
Komponentenbasierte Software Architektur
Ressourcen Management
Legacy System Support
56
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
“Plattform”
Applikation V/C M
Gestern Heute: Vernetzte Systeme
Morgen: Dynamische Komponentensysteme
Kom
mun
ikat
ions
-in
frast
rukt
ur
KomponenteninfrastrukturVerteilte ApplikationMonolithische Applikation
V/C...View/ControlM...Model
Komponenten Architekturen
57
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Offene System Architektur
58
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
7. AUTOSAR
59
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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.
An industry-wide initiative to manage the complexity of emerging Automotive E/E-Architectures.
AUTOSAR
60
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.
Exchangeabilitybetweenmanufacturer’s applications
OEM 1
Platform m.nPlatform m.2
Platform m.1
OEM m
Platform 2.nPlatform 2.2
Platform 2.1
OEM 2
Exchangeabilitybetweensupplier’ssolutions
Supplier BChassisSafetyTelematicsMultimedia
Supplier AChassis
SafetyBody/Comfort
Multimedia
Supplier CChassis
Body/ComfortTelematicsMultimedia
Platform 1.nPlatform 1.2
Platform 1.1
Exchangeabilitybetween
vehicle platforms
Exchangeability
OEM 1
Platform m.nPlatform m.2
Platform m.1
OEM m
Platform 2.nPlatform 2.2
Platform 2.1
OEM 2
Exchangeabilitybetweensupplier’ssolutions
Supplier BChassisSafetyTelematicsMultimedia
Supplier AChassis
SafetyBody/Comfort
Multimedia
Supplier CChassis
Body/ComfortTelematicsMultimedia
Platform 1.nPlatform 1.2
Platform 1.1
Exchangeabilitybetween
vehicle platforms Platform m.n
Platform m.2Platform m.1
OEM m
Platform 2.nPlatform 2.2
Platform 2.1
OEM 2
Exchangeabilitybetweensupplier’ssolutions
Supplier BChassisSafetyTelematicsMultimedia
Supplier AChassis
SafetyBody/Comfort
Multimedia
Supplier CChassis
Body/ComfortTelematicsMultimedia
Platform 1.nPlatform 1.2
Platform 1.1
Exchangeabilitybetween
vehicle platforms
applicationsmanufacturer’s between
61 59Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Future transfer-ability of functions
Implementation of OEM-specific
applicationsbased on AUTOSAR
* Example of domain specific application
Engine
BodyComfort
Multim
edia
Telematics
Man
Mac
hine
Inte
rface
Safety
(active/passive)Ch
assis
Valve Control *
Personalization*
Auto
pilo
t*
Vehicle Condition
Recognition’Activ
e Su
spen
sion
*
Driver
Information M
gt.*The primary objective of AUTOSAR is to create an infrastructure
which encourages cooperation on E/E standards while maintaining competition on innovative applications.
AUTOSAR
62
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
should be standardizable
Sensor ECUElectronics
µCPeripherals
Carfunctionality
Physical Interface:Car velocity Electrical Interface:
Isensor [0..200mA]Electrical Interface:
UECU [0..5V]
SPAL(HAL Driver)
ApplicationSW-C
get_v( )
SensorSW-C
ECU_get_I(SensorPin)
ECUSW-C
ADC_get(MultiplexCh)
DIO_set(Multiplexe)
API X API Y API Z
could be standardizable
could be standardizable but standardisation of lower
API’s is meaningful anyway
AUTOSAR Abstraktionsstufen
63
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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, …
AUTOSAR Komponenten
64
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
AUTOSAR Architekturkonzept
65
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
8. Lessons Learned
66
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Standardisierungspotential
Integration
Adaption und
Baureihenübergreifende EntwicklungBaureihenspezifischeEntwicklung
OEM mit SG- oder SW- Zulieferer
OEM mit SG- Zulieferer
StandardSoftware
Funktions -bibliothek
HW-unabhängigeSW-Plattform
Funktions-module
Adaption undErgänzung Innovation
Funktions -integration
67
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Auswirkungen Qualitätsmängel
Fahrzeug /KomponentenLastenhefte
Fahrzeug-entwicklungs-phase
Anlaufphase Serienphase
StartPilotserie
SOP Erstes Kundenfahrzeug
StartErprobung/Dauerlauf
Steigende Fehlerfolgekosten „Zehner-Regel“
68
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
69
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
70
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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
71
Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
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.
72