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TU Berlin

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Automatische Strukturverbesserungen von Stateflow-Automaten (SFAssist)

Geplante Laufzeit: 01.01.2021-31.12.2022

Ausgangssituation

Die modellbasierte Software-Entwicklung (MbE) ist ein etablierter Ansatz zur Entwicklung elektronischer Steuerungs- und Regelungssysteme im Automobilbereich. Entwickelnde modellieren das gewünschte Verhalten des Gesamtsystems und nutzen diese Modelle u.a. als Ausgangspunkt für die automatische Generierung von Code, der direkt oder mit Anpassungen im Fahrzeug eingesetzt wird. Den quasi-Standard für modellbasierte Entwicklung im Automobilbereich bilden Simulink und Stateflow. In Simulink wird die Funktionalität mittels Block-Diagrammen entwickelt, während in Stateflow Zustandsautomaten erstellt werden. Die ISO-Norm 26262 (Road vehicles – Functional safety) definiert strenge Qualitätsstandards für Steuerungs- und Regelungssysteme im Automobilbereich. Eine zentrale Anforderung im Standard ist eine niedrige Komplexität für sicherheitsrelevanten Softwarekomponenten.

In den letzten Jahren beobachten wir eine immer stärkere Zunahme der Applikationen in Fahrzeugen. Als Folge steigen die Wechselwirkungen zwischen diesen Anwendungen überlinear, weil Ausführung und Verhalten der Applikationen in hohem Maß voneinander abhängen. Dadurch werden auch die zugehörigen Stateflow-Automaten immer komplexer, mit den verbundenen Nachteilen der schlechten Nachvollziehbarkeit und Fehleranfälligkeit. Außerdem kann eine vollständige Testüberdeckung des Modells, wie in den Sicherheitsstandards gefordert, kaum noch mit vertretbarem Aufwand erreicht werden.

Ein Ausweg aus der Komplexitätsfalle eines reinen Stateflow-Automaten besteht in der Zerlegung der Zustandsmodelle auf Datenflussmodelle.

Zielsetzung

Unser Ziel ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das Stateflow-Automaten unter Einsatz von Simulink-Subsystemen in strukturierte Automaten mit expliziten Schnittstellen und wechselseitigen Abhängigkeiten voll- oder teilautomatisiert transformieren kann:

  • Resultierende Automaten müssen Funktionalität des Ausgangsmodells in deutlich besser strukturierter Form beschreiben, d.h. durch Modelle, die den Komplexitätsvorgaben der etablierten Sicherheitsstandards entsprechen.
  • Basis: Sammlung syntaktischer Transformationen, die Stateflow-Automaten zerlegen und über Simulink-Subsysteme strukturieren. Insbesondere sollen Transformationssequenzen definiert werden, die Entwickelnden bei der Auflösung spezifischer Anti-Pattern in Stateflow unterstützen.
  • Teilziel: feststellen, welche Transformationen automatisiert vorgenommen werden können oder ob Anwendungswissen erforderlich ist.

Nutzen

Die Wirksamkeit der Transformationen wird durch eine Komplexitätsmetrik für Stateflow-Automaten evaluiert, die bereits am Markt etabliert und akzeptiert ist:

  • Problematische Automaten weisen einen hohen Komplexitätswert auf.  
  • Das Verfahren ist erfolgreich, wenn es diese Automaten in Modelle mit geringerer Komplexität transformiert.

Dieses Projekt weist den praktischen Nutzen nach, indem Verfahren und Transformationen für Stateflow in Kombination mit Simulink als Funktionsmuster realisiert werden. Die Basis der Arbeiten und der Evaluierung werden Modelle aus Kundenprojekten sein, die MES zur Verfügung stehen.

Projektpartner

Die Model Engineering Solutions GmbH (MES) ist spezialisiert auf die integrierte Qualitätssicherung eingebetteter Software im Automobil. MES wurde im Okt. 2006 im Rahmen des vom BMBF geförderten IMMOS Projektes als Firmenausgründung / Einzelunternehmen gegründet und Mitte 2008 in eine GmbH umgewandelt. Geschäftsführer ist Dr. Hartmut Pohlheim (CTO). MES entwickelt und vertreibt seit seiner Gründung Werkzeuge, die die Entwicklung eingebetteter Fahrzeug-Software durch konstruktive und analytische Qualitätssicherung unterstützt. Neben der Werkzeugentwicklung ist MES auch beratend im Bereich der modellbasierten Entwicklung eingebetteter Software tätig und bietet z.B. Unterstützung bei der Definition effizienter Entwicklungsprozesse. Kunden sind die großen deutschen Automobilhersteller wie die Daimler AG, Volkswagen und Audi, sowie Zulieferer der Automobilindustrie, wie z.B. Continental, Bosch und Siemens.

Förderhinweis

Dieses Projekt wird gefördertet durch die Pro FIT - Projektfinanzierung der Investionsbank Berlin (IBB) und den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).

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