Automotive Software Engineering: Grundlagen, Prozesse, Methoden und Werkzeuge effizient einsetzen, 4. Auflage (ATZ MTZ-Fachbuch)

Cover......Page 1
Automotive Software Engineering, 4. Auflage (Vieweg+Teubner Verlag, 2010)......Page 3
ISBN 978-3-8348-0364-1......Page 4
Zur Bedeutung von Software im Automobil......Page 5
Vorwort zur 4. Auflage......Page 6
Inhaltsverzeichnis......Page 9
1 Einführung und Überblick......Page 14
1.1.1 Aufbau und Wirkungsweise elektronischer Systeme......Page 15
1.1 .2 Elektronische Systeme des Fah rzeugs und der Umwelt......Page 18
1.2 Überblick über die elektronischen Systeme des Fahrzeugs......Page 19
1.2.1.3 Software-Funktionen......Page 21
1.2.2 Elektronische Systeme des Fahrwerks
......Page 22
1.2.2.2 Sensoren und Aktuatoren......Page 23
1.2.3
Elektronische Systeme der Karo sserie......Page 24
1.2.3.3 Software-Funktionen......Page 25
1.2.4 Multi-Media-Systeme......Page 26
1.2.5 Verteilte und ver netzte elekt ro nische Systeme......Page 27
1.2.6 Zusammenfassung und Ausblick......Page 28
1.3.1 Funktions- und Steuergerätenetzwerk des Fahrzeugs
......Page 29
1.3.2 Logische Systemarchitektur für Steuerungs-Regelungs- und Überwachungssysteme
......Page 30
1.4.1 Überblick über die Fahrzeugentwicklung
......Page 31
1.4.2.1 Trend von der Hardware zur Software
......Page 32
1.4.2.3 Lange Produktlebenszyklen......Page 33
1.4.2.4 Hohe und steigende Anforderungen an die Steherneit
......Page 34
1.4.3 Kernprozess zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software......Page 35
1.4.4 Unterstützungsprozesse zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software
......Page 37
1.4.4.2 Simultaneaus Engineering und verschiedene Entwicklungsumgehungen
......Page 38
1.5 Methoden und Werkzeuge für die Entwicklung von Software für elektronische Systeme
......Page 40
1.5.2 Integrierte Qualitätssicherung......Page 41
1.5.2.2 Maßnahmen zur Quatitatsprafung. Vatidienmg und Verifikation
......Page 42
1.5.3.1 Frühzeitige Validierung von Software-Funktionen......Page 44
1.5.4.1 Standardisierung
......Page 45
1.5.4.2 Automatisierung......Page 46
1.5.5 Entwick lungsschritte im Fahrzeug......Page 48
2.1.1 Modellbildung......Page 49
2.1.2 Blockschattbüder
......Page 50
2.2 Diskrete Systeme......Page 54
2.2.1 Zeltdiskrete Systeme und Signale......Page 55
2.2.2 Wertdiskrete Systeme und Signale......Page 56
2.2.4 Zustandsautomaten
......Page 57
2.3 Eingebettete Systeme......Page 59
2.3.1 Aufbau von Mikrocontrollern
......Page 60
2.3.2 Speichertechnologien......Page 62
2.3.2.2 Nicht läschbare Festwertspeicher......Page 63
2.3.2.3 Wiederbeschreibbare Festwertspeicher......Page 64
2.3.3.2 Arbeitsweise von Mikrocontrollern......Page 65
2.3.3.3 Hauptoperationen von Mikroconrrollern
......Page 66
2.3.3.4 Architektur und Bef ehlssalz von Mikroprozessoren
......Page 67
2.3.3.5 Architektur von Ein- und Ausgabeeinheuen
......Page 70
2.4.1 Festlegung von Tasks
......Page 72
2.4.2.1 Aktivierungs- und Deadline-Zeitpunkt einer Taste
......Page 74
2.4.2.2 Harte und weiche Echtzeitariforderungen......Page 75
2.4.3.1 Basis-Zustandsmodell für Tasks nach AUTOSAR-OS und OSEK-OS
......Page 76
2.4.3.2 Erweitertes Zustandsmodell für Tasks nach AUTOSAR-OS und OSEK-OS......Page 77
2.4.4 Strategien für die Zuteilung des Prozessors
......Page 78
2.4.4.3 Zuteilung nach einer kombinierten Reihenfolge-Prioritäts-Strategie
......Page 79
2.4.4.5 Nichtpräempttve Zuteilung
......Page 80
2.4.4.6 Ereignis- und zeitgesteuerte Zuteilungsstrategien
......Page 81
2.4.6 Interaktion zwischen Tasks
......Page 83
2.4.6.1 Synchronisation......Page 84
2.4.6.2 Kooperation
......Page 85
2.4.6.3 Kommunikation
......Page 87
2.5 Verteilte und vernetzte Systeme
......Page 89
2.5.1 Logische und technische Systemarchitektur
......Page 92
2.5.2.2 Sender-Receiver-Modell......Page 93
2.5.3.1 Stermopologie......Page 95
2.5.4 Festlegung von Nachrichten
......Page 96
2.5.5 Aufbau der Kommunikation und des Netzwerkmanagements......Page 97
2.5.5.1 Kommunikation nach AUTOSAR und OSEK......Page 99
2.5.5.2 Netzwerkmanagement nach AUTOSAR und OSEK......Page 100
2.5.6 Strategien für die Zuteilung des Busses......Page 101
2.5.6.2 Gesteuerte oder ungesteuerte Strategie für den Buszugriff......Page 102
2.6 Zuverlässigkeit, Sicherheit, Überwac hung und Diagnose von Systemen
......Page 103
2.6.1 Grundbegriffe......Page 104
2.6.2.1 Definition der Zuverlässigkeitsfunktion R(t) und der Ausfallrate λ(t)
......Page 105
2.6.2.3 Definition der mittleren Ausfallzeit MTTR
......Page 108
2.6.3.1 Definition von Begriffen der Sicherheitstechnik
......Page 109
2.6.3.2 Ermittlung des Risikos......Page 111
2.6.4.1 Überwachung
......Page 112
2.6.4.2 Fehlererkennung
......Page 113
2.6.4.3 Fehlerbehandlung......Page 114
2.6.4.4 Sicherheitslogik......Page 115
2.6.5 Aufbau des Überwachungssystems elektronischer Steuergeräte......Page 116
2.6.5.1 Funktionen zur Überwachung des Mikrocontrollers......Page 117
2.6.5.2 Funktionen zur Überwachung der Sollwertgeber. Sensoren, Aktuatoren und der Steuerungs- und Regelungsfunktionen
......Page 118
2.6.6.2 Onboard-Diagnosefunktionen
......Page 119
2.6.6.3 Sottwengeber- und Sensordiagnosefunktionen
......Page 120
2.6.6.4 Aktuatordiagnosefunktionen
......Page 121
2.6.6.5 Fehlerspeichermanager
......Page 122
2.6.6.7 Modellbasierte Fehlererkennung......Page 123
2.7 Steuergerätenetzwerke
......Page 124
3.1 Grundbegriffe der Systemtheorie......Page 126
3.2 Vorgehensmodelle und Standards
......Page 129
3.3.1 Produkt und Lebenszyklus
......Page 131
3.3.2 Varianten und Skalierbarkeit
......Page 132
3.3.3 Versionen und Konfigurationen......Page 133
3.4.1 Projektplanung
......Page 136
3.4.1.2 Kostenplanung......Page 137
3.4.1.3 Terminplanung......Page 138
3.4.1.4 Rollen und Aufgabengebiete in der Entwicklung......Page 140
3.4.2 Projektverfolgung und Risikomanagement......Page 141
3.5.1 System- und Komponentenverantwortung
......Page 142
3.5.3 Festlegung des firmenübergreifenden Entwicklungsprozesses......Page 143
3.6.1 Erfassen der Benutzeranforderungen
......Page 145
3.7 Qualitätssicherung......Page 149
3.7.1 Integrations- und Testschritte......Page 150
3.7.2 Maßnahmen zur Qualltätsstcherung von Software
......Page 151
4 Kernprozess zur Entwicklung von elektronischen Systemen und Software
......Page 152
4.1.1 System- und Komponentenverantwortung
......Page 153
4.1.2 Abstimmung zwischen System- und Software-Entwicklung......Page 154
4.2.1 Prozesse......Page 156
·1.2.2 Methoden und Werkzeuge......Page 157
4.3 Analyse der Benutzeranforderungen und Spezifikation derlogischen Systemarchitektur
......Page 158
4.4 Analyse der logischen Systemarchitektur und Spezifikation der technischen Systemarchitektur
......Page 161
4.4.1 Analyse und Spezifikation steuerungs- und regelungstechnischer Systeme
......Page 165
4.4.2 Analyse und Spezifikation von Echtzeitsystemen
......Page 166
4.4.3 Analyse und Spezifikation verteilter und vernetzrer Systeme
......Page 167
4.4.4 Analyse und Spezifikation zuvertässtger und sicherer Systeme
......Page 168
4.5.1 Spezifikation der Software-Komponenten und ihrer Schnittstellen
......Page 169
4.5.1.2 Spezifikation der Offboard-Schnittstellen
......Page 170
4.5.2 Spezifikation der Software-Schichten
......Page 171
4.5.3 Spezifikation der Betriebszustände......Page 173
4.6 Spezifikation der Software-Komponenten
......Page 174
4.6.1 Spezifikation des Datenmodells
......Page 175
4.6.2.1 Spezifikation des Datenflusses
......Page 176
4.6.2.2 Spezifikation des Kontrollflusses
......Page 177
4.6.3.1 Zustandsabhängiges. reaktives Ausfühmngsmodell
......Page 178
4.6.3.2 Zustandsunabhängiges, reaktives Ausführungsmodell......Page 179
4.7 Design und Implementierung der Software-Komponenten
......Page 180
4.7.1.2 Beschränkung der Hardware-Ressourcen......Page 181
4.7.2 Design und Implementierung des Datenmodells
......Page 183
4.7.3 Design und Implementierung des Verhaltensmodells
......Page 184
4.8 Test der Software-Komponenten
......Page 185
4.9 Integration der Software-Komponenten......Page 186
4.9.1 Erzeugung des Programm- und Datenstands......Page 187
4.9.2 Erzeugung der Bcschretbungsdatelen......Page 188
4.9.3 Erzeugung der Dokumentation
......Page 189
4.10 Integrationstest der Software
......Page 190
4.11.1.1 Download
......Page 191
4.11.2 Integration von Steuergeräten, Sollwertgebern, Sensoren und Aktuatoren
......Page 192
4.12 Integrationstest des Systems......Page 194
4.13 Kalibrierung......Page 197
4.14 System- und Akzeptanztest......Page 198
5 Methoden und Werkzeuge in der Entwicklung......Page 200
5.1 Offboard-Schnittstelle zwischen Steuergerät und Werkzeug......Page 201
5.2.1 Analyse und Spezifikation steuerungs- und regelungstechnischer Systeme
......Page 203
5.2.2 Analyse und Spezifikation von Echtzeitsystemen......Page 207
5.2.2.1 Zuteilbarkeitsanalyse......Page 209
5.2.2.3 Überwachung und Behandlung von Deadline-Verletzungen im Betriebssystem......Page 212
5.2.3 Analyse und Spezifikation verteilter und vernetzter Systeme......Page 213
5.2.4.1 Ausfallratenanalyse und Berechnung der Zuverlässigkeitsfunktion......Page 218
5.2.4.2 Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanalyse für das System......Page 221
5.3 Spezifikation von Software-Funktionen und Validierung der Spezifikation
......Page 225
5.3.1.1 Objektbasierte Modellierung der Software-Architektur......Page 227
5.3.1.2 Spezifikation der Schnittste llen zum Echtzeitbetriebssystem mit Modulen......Page 229
5.3.1.3 Spezifikation von wiederverwendbaren Software-Komponenten mit Klassen......Page 230
5.3.3.1 Spezifikation arithmetischer Funktionen......Page 231
5.3.4 Spezifikation des Verhaltensmodells mit Entscheidungstabellen
......Page 234
5.3.5.1 Spezifikation flacher Zustandsautomaten
......Page 237
5.3.5.2 Spezifikation von Übergängen mit Verzweigungen......Page 240
5.3.5.3 Spezifikation hierarchischer Zustandsautomaten......Page 241
5.3.8 Validierung der Spezifikation durch Simulation und Rapid-Prototyping......Page 242
5.3.8.1 Simulation......Page 244
5.3.8.2 Rapid-Prototyping
......Page 245
5.3.8.3 Horizontale und vertikale Prototypen......Page 246
5.3.8.4 Zielsystemidentische Prototypen
......Page 250
5.3.8.5 Wegwerf- und evolutionäre Prototypen
......Page 251
5.3.8.6 Verifikation des Steuergeräts mit Referenzprototyp
......Page 252
5.4.1.1 Laufzeitoptimierung durch Berücksichtigung unterschiedlicher Zugriffszeiten auf verschidene Speichersegmente
......Page 254
5.4.1.2 Laufzeitopumierung durch Aufteilung einer Software-Funktionauf verschiedene Tasks
......Page 255
5.4.1.3 Ressourcenoptimierung durch Alljieilung in Online- und Offline-Berechnungen
......Page 256
5.4.1.4 Ressourcenoptimierung durch Aufteilung in Onboard- und Offboard- Berechnungen
......Page 257
5.4.1.5 Ressourcenoptimierung bei Kennlinien und Kennfeldern
......Page 259
5.4.2.1 Darstellung von Zahlen in digitalen Prozessoren......Page 262
5.4.2.2 Rundungsfehler bei der Ganzzahldivision......Page 265
5.4.2.3 Über- und Unterlaufbei der Addition, Subtraktion und Multiplikation
......Page 266
5.4.2.5 Behandlung von Überläufen und Unterläufen......Page 267
5.4.2.6 Fehlerfortpflanzung bei Algorithmen in Festpunktarithmetik......Page 269
5.4.2.7 Physikalischer Zusammenhang und Festpunktarithmetik
......Page 271
5.4.2.8 Physikalische Modellebene und Implementierungsebene
......Page 273
5.4.2.9 Einige Hinweise zur Implementierung in Festpunktarithmetik......Page 274
5.4.2.10 Einige Hinweise zur Implementierung in Gleitpunktarithmetik......Page 276
5.4.3.1 Basis- und Anwendungs-Software......Page 277
5.4.3.2 Standardisierung von Software-Komponenten der Basis-Software
......Page 278
5.4.3.3 Konfiguration von standardisierten Software-Komponenten......Page 279
5.4.4.1 Festlegung des Speichersegments
......Page 281
5.4.4.3 Einstellung von Datenvarianten durch Korftgurationsparameter
......Page 282
5.4.4.4 Generierung von Datenstrukturen und Beschreibungsdateien
......Page 283
5.4.5 Design und Implementierung des Verhaltensmodells
......Page 284
5.5 Integration und Test von Software-Funktionen
......Page 287
5.5.1 Software-in-the-Loop-Simulationen
......Page 288
5.5.2.1 Prüfumgebung für ein Steuergerät
......Page 290
5.5.2.2 Inbetriebnahme und Prüfumgebung für Steuergerät, Sollwertgeber, Sensoren und Aktuatoren
......Page 292
5.5.2.3 Inbetriebnahme und Prüfulmgebumg für ein Steuergeratenetzwerk
......Page 293
5.5.2.4 Prüfstand
......Page 294
5.5.3 Experimental-. Prototypen- und Serienfahrzeuge
......Page 296
5.5.4 Design und Automatisierung von Experimenten......Page 297
5.6 Kalibrierung von Software-Funktionen......Page 298
5.6.1 Arbeitsweisen bei der Offline- und Online-Kalibrierung......Page 299
5.6.2 Software-Update durch Flash-Programmierung
......Page 301
5.6.4 Auslesen und Auswerten von Onboard-Diagnosedaten......Page 302
5.6.5 Offline-verstellen von Parametern......Page 303
5.6.6 Online-Verstellen von Parametern
......Page 304
5.6.7 Klassifizierung der Offboa rd-Schnittstellen für das Online-Verstellen......Page 305
5.6.7.1 Serielle. seriennahe Schnittstelle mit internem CAL-RAM (Methode 1)
......Page 306
5.6.7.2 Serielle Entwicklungsschnittsteile mit internem CAL-RAM (Methode 2)
......Page 307
5.6.7.4 Serielle. seriennahe Sehntustelle mitzusätzlichem CAL-RAM (Methode 4)
......Page 308
5.6.7.6 Parallele Entwicklungsschnittstelle mit zusätzlichem CAL-RAM (Methode 6)
......Page 309
5.6.8 Management des C AL-RAM......Page 310
5.6.8.2 CAL-RAM-Management bei eingeschränkten Speicherressourcen
......Page 311
5.6.9 Management der Parameter und Datenstände
......Page 313
5.6.10 Design und Automatisierung von Experimenten......Page 314
6 Methoden und Werkzeuge in Produktion und Service
......Page 315
6.1 Offboard-Diagnose
......Page 316
6.2 Parametrierung von Software-Funktionen......Page 317
6.3 Software-Update durch Flash-Programmierung......Page 318
6.3.2 Flash-Programmierung über die Oftboard-Diagnoseschnittstelle......Page 319
6.3.3 Slcherheltsanforderungen
......Page 320
6.3.4 Verfügbarkeltsanforderungen
......Page 322
6.3.5 Auslagerung und Flash-Programmierung des Boot-Blocks......Page 323
6.4 Inbetriebnahme und Prüfung elektronischer Systeme......Page 325
7 Zusammenfassung und Ausblick......Page 326
Literaturverzeichnis......Page 328
Abkürzungsverzeichnis......Page 333
A......Page 335
B......Page 336
D......Page 337
F......Page 338
I
......Page 339
L......Page 340
N......Page 341
P......Page 342
R......Page 343
S......Page 344
U......Page 346
Z......Page 347