Simulationsframework »FERAL« für ein erfolgreiches Virtual Engineering

Aufgabe

• Architekturanalyse
• Antwortzeitanalyse

Software-Lockstep auf Consumerprozessoren (ARM)

• Simuliert Tasks, Deployment, Laufzeiten, Scheduling
• Verarbeitungszeiten und Jitter pro Task
• Injizierte Fehler bei Berechnung und auf Bus
• Evaluiert Netzwerklast, Antwortzeiten, Verhalten

Fernkontrolle einer Hebebühne (anonymisierte Anwendung)

• Fernkontrolle der Sicherheitsfunktion über Smartphone oder WLAN
• Virtuelle Evaluation des System- und Sicherheitskonzepts vor der Implementierung
• Allmähliche Integration von Modellen (Spezifikation) und C/C++ Code (Realisierung)

Prototyp für Systemarchitektur

• High-Level-Modelle ähnlich wie UML/SysML
• Ausführbar und eindeutig
• Synchronisiert verschiedene Domänen

Abstimmung zwischen Entwicklern

• High-Level- & Implementierungsschnittstellen
• Datenflüsse im System
• Hauptfeatures

Verfeinerung und Integration

• Change-Impact-Analyse
• Change-Management-Unterstützung

Geschäftsfall und Anforderungen

• Aufladezeit von Fahrzeugen
• Aktivierung von Teilnehmern
• Zustellzeiten von Paketen

Anwendungskonzepte

• Anwendungsarchitektur und -funktionen
• Hauptkomponenten und -schnittstellen
• Einbeziehung neuer Dienstleistungen und neuer Infrastruktur

Virtuelles Testfeld für Anwendungen

• Evaluierung und Vorhersage der Performanz
• Basierend auf Variablen und verfügbaren Services
• Frühzeitige Evaluierung neuer Konzepte

• Die Integration von Softwarekomponenten  und -systemen könnte zu unerwartetem und unerwünschtem emergenten Verhalten führen.
• FERAL ermöglicht virtuelle Integration, um emergentes Verhalten zu evaluieren. Systemweite Zusicherungen garantieren die Abwesenheit von nicht-konformem Verhalten. Integration wird auf verschiedenen Abstraktionsebenen unterstützt, die Spezifikationen und Realisierungen umfassen.

Bildquelle: https://icons8.com/

• Die Verschiebung von Funktionen zwischen Kontrolleinheiten ändert das Timing. Sie beeinflusst die Zeitplanung anderer Funktionen, die Zeitpunkte, zu denen Daten geliefert und genutzt werden, sowie die Netzwerkkommunikation.
• FERAL evaluiert, ob ein verteilter Algorithmus immer noch stabil ist. In einer einzelnen Umgebung oder in allen Systemkonfigurationen.

• Komplexe Softwaresysteme bestehen aus unabhängig voneinander entwickelten Komponenten.
• Architekten und Entwickler gehen von Schnittstellen und Basisverhalten aus.
• Informelle Beschreibungen führen zu Missverständnissen. Ausführbare Prototypen ermöglichen genauere Beschreibungen, die frühzeitiges und kontinuierliches Testen von Spezifikationen und Realisierungen unterstützen.
• FERAL ermöglicht kontinuierliches Konformitätstesten mit Komponentenspezifika-tionen, die Simulation von Use Cases und Interaktionen sowie das Mischen von High-Level-Spezifikationen mit Implementierungen.

• Softwareökosysteme müssen die Anforderungen zahlreicher Stakeholder erfüllen.
• Die virtuellen Prototypen von FERAL beschreiben die Realisierung von Stakeholder-Anforderungen. Sie werden mit realen Entitäten integriert, schaffen virtuelle Entwicklungs- und Deployment-Umgebungen und ermöglichen frühzeitiges Testen von Konzepten und Was-wäre-wenn-Analysen.

Ganzheitliche Simulation des funktionalen Systemverhaltens über Werkzeuggrenzen hinweg

• Evaluation über Abstraktionsebenen hinweg – gemeinsame Evaluation von High- und Low-Level-Systemkonzepten
• Automatisiertes skriptbasiertes Testen und Überwachen der erzielten Testabdeckung
• Systemweite Zusicherungen; automatischer Vergleich zwischen tatsächlichem und erwartetem Verhalten

Simulation des Deployments von Funktionen auf (Mehrkern-) ECUs (Electronic Control Units)

• Simuliert das Verhalten nach dem Deployment (Aufgaben, Prioritäten, Scheduling & Interrupts, Parallelisierungsmechanismen)
• OSEK-/AUTOSAR-konforme Scheduling-Strategien
• Virtuelle Sensoren und Aktuatoren kommunizieren mit der simulierten Umgebung
• Bestehende Verhaltensmodelle müssen nicht geändert werden, um mittels vHiL-Simulationen die Auslastung von Prozessorkernen und die Effekte von Kommunikationsverzögerungen zu überprüfen

Ein Funktionsnetz definiert

• Funktionen
• Ports und Informationsflüsse
• FERAL: zusätzlich die Ausführsemantik

Herausforderung: Das Funktionsnetz ist nur teilweise definiert

• Einige Funktionen sind implementiert
• Einige Funktionen verfügen über spezifiziertes Verhalten
• Einige Funktionen haben nur Namen & Ports

Iterative Verfeinerung von Funktionen möglich

• Interaktion findet nachrichtenbasiert über Ports und Links statt
• Funktionsblöcken kann Verhalten zugeordnet werden

Unterstützte Verhaltensmodelle

• UML/SysML: Sequenzen, State Machines, Aktivitäten
• Java & Groovy, sowie C/C++ Code
• Simulink-Modelle

Ausführung unvollständig spezifizierter Funktionsnetze wird unterstützt

• Nicht spezifizierte Funktionen realisieren situationsabhängiges Standardverhalten
• Zum Beispiel „Filter X sollte dieses Signal filtern“ ist möglich, auch wenn die Implementierung der Funktion Filter X noch nicht vorliegt.

Eine Mischung von unterschiedlich definierten Verhaltensbausteinen ist möglich

• Ebenso wie Integration anderer vorhandener Werkzeuge

Eclipse-basiertes Expertenwerkzeug

• Verwendet Groovy-basierte domänenspezifische Sprache zur Konfiguration
• Xtext und grafische Frontends sind geplant