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SQC Tom Ritter
Dr. rer. nat. Tom Ritter
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Verde

01. Juni 2009 bis 30. Juni 2012

Die steigende Komplexität von Software-intensiven eingebetteten Echtzeitsystemen stellt deren Entwurf vor immer neue Herausforderungen. Prognosen gehen von einem Komplexitätswachstum der Software im Automobilsektor um den Faktor zehn bis ins Jahr 2015 aus. In diesem Zuge werden ebenfalls die Anforderungen an Qualität und eine schnelle Marktreife (Time-to-market) rasant steigen. Insbesondere für domänenübergreifende Anwendungen wird erwartet, dass echtzeitfähige eingebettete Software in immer stärkerem Maße komplexe Aufgaben und Funktionen implementiert, wobei sowohl funktionale aber auch strikte nicht-funktionale Vorgaben für Performanz, Leistungsverbrauch, u. a. dringend eingehalten werden müssen.

Echtzeitfähige eingebettete Systeme sind oftmals Teil von ganzen Produktlinien, weswegen viele Versionen der auszuführenden Software korrekt entwickelt, validiert und gewartet werden müssen. Die vorhandenen Ähnlichkeiten der verschiedenen Versionen werden dabei nur unzureichend berücksichtigt und ausgenutzt. Eine nähere Betrachtung zeigt, dass diese Systeme anhand des traditionellen V-Modells entwickelt werden, bei dem die Validierung und Verifizierung erst startet, nachdem Implementierung und Integration abgeschlossen sind. Deswegen können Probleme, die durch die verwendete Architektur und somit eigentlich relativ frühzeitig im Entwurfsprozess verursacht werden, erst nach der Implementierung und Integration entdeckt werden. Zu diesem späten Zeitpunkt sind aber notwendige Änderungen nur noch schwer durchführbar und sehr teuer.

Des Weiteren sind eingebettete Systeme oft durch einen hohen Grad an Heterogenität geprägt, bei der eine Vielzahl von Komponenten zur Realisierung der Systemfunktionalität beitragen. Da die Interaktion dieser Komponenten und der Einfluss der zugrundeliegenden Hardwareplattform von entscheidender Bedeutung für die Qualität des Entwurfs und die Einhaltung der Anforderungen sind, müssen diese bereits in der Anforderungsspezifikation berücksichtigt und in einem integrierten Entwurfsprozess abgebildet werden.

Der derzeitige Stand der Technik zeigt jedoch, dass die Anwendung iterative und inkrementeller Ansätze schon viele Jahre bei der Entwicklung Software-intensiver Systeme in anderen Bereichen der Computer-Industrie eingesetzt wird. Diese Praktiken sollten mit entsprechender Werkzeugunterstützung auch im Bereich eingebetteter Systeme anwendbar sein. Notwendig hierfür wäre eine integrierte Werkzeugumgebung, die sowohl Modellierungs-, Validierungs- und Verifizierungswerkzeuge, als auch komponentenbasierte Ausführungsplattformen zusammenbringt, um schnell Prototypen generieren und das zu entwickelnde System frühzeitig validieren zu können. Dafür ist neben dem V-Modell ein iterativer und inkrementeller Softwareentwicklungsansatz zu definieren, der unter Berücksichtigung spezifizierter Anforderungen auf eine frühe Validierung und Verifikation sowohl funktionaler als auch nicht-funktionaler Eigenschaften fokussiert und eine modellbasierte Generierung von Ausführungsplattformen und Testumgebungen erlaubt.

Das Projekt VERDE definiert solch ein methodisches Rahmenwerk zum iterativen, inkrementellen, verifikationsorientierten Entwurf komponentenbasierter Hardware/Software-Architekturen. Es werden maßgeschneiderte  Schnittstellen definiert, die die Integration und Adaption von Test- und Analysewerkzeugen zur Erfüllung von domänenspezifischen Anforderungen erlauben. Dabei wird ein offenes Rahmenwerk geschaffen, das flexibel zur Adaption an weitere Applikationsdomänen wie Automobil, sowie offen zur Einbindung notwendiger Werkzeuge ist. Daraus resultiert die Möglichkeit der Verwendung optimierter, domänenspezifischer Werkzeugketten unter Anwendung domänenübergreifender Werkzeuge und Komponentenmodelle.