Effiziente BSW-Tests durch ein mit vVIRTUALtarget generiertes virtuelles Motorsteuergerät
Success Story Hitachi Astemo
Hitachi Astemo (früher Hitachi Automotive Systems) beschäftigt sich mit virtuellen Motorsteuergeräten und automatisierten Tests. Das Unternehmen hat vVIRTUALtarget von Vector als Virtualisierungstool implementiert und für einige BSW-Module (Basissoftware) eingesetzt, die Teil von AUTOSAR sind. Dadurch konnte die Ausführungszeit von Testszenarien erheblich verkürzt werden. Darüber hinaus ergaben sich weitere Vorteile, wie etwa eine höhere Testabdeckung und die Möglichkeit, dasselbe Testszenario auch für HILs (Hardware-in-the-Loop-Simulation) bei Integrationstests zu nutzen.
Der Einsatz von virtuellem BSW zur Steigerung der Testeffizienz
Durch die Standardisierung der Softwarearchitektur von Steuergeräten findet AUTOSAR (AUTomotive Open System Architecture) immer mehr Verbreitung. Es fördert die Wiederverwendbarkeit von Softwarekomponenten und reduziert den Aufwand für Entwicklung und Verifikation.
Ein japanischer Zulieferer, der sich schon früh mit AUTOSAR befasst hat, ist Hitachi Astemo (früher Hitachi Automotive Systems)1. Das Unternehmen liefert Antriebssysteme, Systeme für automatisiertes Fahren und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) an verschiedene Automobilhersteller in Japan und weltweit. Einige Initiativen von Hitachi Astemo werden in dem Artikel „AUTOSAR-Anwendung durch einen Bottom-up-Ansatz“ in Ausgabe 16 des Vector Journals (veröffentlicht im Mai 2018) vorgestellt, der als zusätzliche Referenz dienen kann.
Um die Effizienz beim Testen von Motorsteuergeräte-BSW und Softwarekomponenten (SW-C) zu steigern, arbeitet Hitachi Astemo mit virtuellen Steuergeräten und automatisierten Tests unter Einsatz des ECU-Virtualisierungstools vVIRTUALtarget von Vector. „Wenn wir ein Steuergerät virtuell auf einem PC nachbilden können, lässt sich sein Verhalten schnell und effizient überprüfen, ohne dass ein Prototyp des Steuergeräts oder I/O-Hardware vorbereitet werden muss“, erklärt Yoshimi Yamazaki aus der Abteilung Software Platform Design bei Hitachi Astemo. „Unser oberstes Ziel ist die Virtualisierung des gesamten Steuergeräts, aber wir haben beschlossen, zunächst mit der Virtualisierung einiger BSW-Module zu beginnen.“
Testobjekte in der virtuellen Umgebung sind der DEM/FIM (Diagnostic Event Manager / Function Inhibition Manager), der DCM (Diagnostic Communication Manager) und der COM (Communication Manager) in der BSW des Motorsteuergeräts (Bild 2). Dieser Text konzentriert sich auf den DEM/FIM, für den Herr Yamazaki verantwortlich ist.
Der DEM ist ein Modul, das Diagnoseinformationen zu Motor und Katalysator sammelt, die von anderen BSW-Modulen und der Anwendungssoftware (ASW/SW-C) ermittelt werden. Bei einem Fehler schaltet er die Warnleuchte im Armaturenbrett ein und speichert die Fehlerinformationen im nichtflüchtigen Speicher. Für das hier besprochene Motorsteuergerät sind etwa 1.500 Fehlerarten relevant.
Der FIM hingegen ist ein Modul, das die Auswirkungen eines Fehlers basierend auf den Motorfehlerinformationen minimiert, indem es bestimmte Funktionen einschränkt, wie beispielsweise die Deaktivierung des Tempomaten. Zudem sammelt er Fehlerinformationen und meldet diese an die Softwarekomponenten (SW-C).
vVIRTUALtarget: Ausgewählt aufgrund von Tool-Integration und Ausführungsleistung
Das von Hitachi Astemo eingesetzte vVIRTUALtarget von Vector ist eine Software, mit der eine virtuelle AUTOSAR-Umgebung unter Microsoft Windows 10 erstellt werden kann. Es ermöglicht das Testen und Integrieren des MICROSAR (AUTOSAR Classic) BSW- oder SW-C-Teils von Vector sowie das Testen und Integrieren von Vectors Adaptive MICROSAR, welches AUTOSAR Adaptive entspricht.
Es gibt zwei Produktvarianten: vVIRTUALtarget pro, das alle genannten Funktionen abdeckt, und vVIRTUALtarget basic, das lediglich integrierte virtuelle Steuergeräte mit MICROSAR BSW unterstützt (Bild 3).
„Hitachi Astemo nutzt Vector MICROSAR als AUTOSAR-BSW und hat auch andere Vector-Tools wie CANoe implementiert“, so Yamazaki. „Es gibt verschiedene Lösungen zur Steuergeräte-Virtualisierung auf dem Markt, aber wir haben uns unter anderem für vVIRTUALtarget entschieden, weil es sich nahtlos in unsere bestehende Umgebung integrieren lässt.“
Ein weiterer Grund, den Herr Yamazaki nennt, ist die Ausführungsleistung. „Bisher haben wir DEM/FIM-Tests mit Emulatoren der Mikroprozessorhersteller durchgeführt. Das Verhalten der Mikroprozessoren wurde zwar exakt nachgebildet, aber die langsame Verarbeitungsgeschwindigkeit war ein Problem“, sagt Yamazaki. „Mit vVIRTUALtarget konnte die Verarbeitungsgeschwindigkeit um ein Vielfaches gesteigert werden, was einer der Gründe für unsere Entscheidung war.“
Der Ablauf der Systemintegration in MICROSAR sieht grob wie folgt aus (Bild 4): Vectors DaVinci Configurator Pro, ein Tool zur BSW-Konfiguration, wird für die MICROSAR-Konfiguration genutzt, und der generierte Code (.c/.h) wird an vVIRTUALtarget übergeben. Das virtuelle Steuergerät wird in vVIRTUALtarget generiert und in CANoe ausgeführt. Es ist auch möglich, den mit dem DaVinci Configurator Pro generierten Code in ein reales Steuergerät zu integrieren.
Ausführungszeit eines Testszenarios auf ein Drittel reduziert: Mehr Gründlichkeit und höhere Qualität
Der Arbeitsablauf bei Hitachi Astemo lässt sich grob am V-Modell veranschaulichen (Bild 5). Auf der linken Seite des V-Modells wird Vectors DaVinci Developer für die Entwicklung von AUTOSAR SW-C genutzt, während der DaVinci Configurator Pro für die strukturelle Einrichtung der MICROSAR BSW und die Code-Implementierung verwendet wird. Auf der rechten Seite kommt vVIRTUALtarget zum Einsatz, um die Effizienz der BSW-Tests am virtuellen Steuergerät zu verbessern (derzeit nur Einzeltests von BSW-Modulen).
Das mit vVIRTUALtarget erstellte virtuelle Steuergerät wird in CANoe integriert und reagiert auf Eingaben über den virtuellen CAN-Bus, etwa durch die Ausgabe von Werten auf den CAN-Bus, das Schreiben in den Flash-Speicher oder die Kommunikation mit anderen BSW-Modulen und SW-C.
Ein Testszenario wird mit Vectors vTESTstudio, einem Tool zur automatisierten Erstellung von Testsequenzen, und den internen Tools von Hitachi Astemo erstellt. Darüber hinaus verbessert die Nutzung von HIL-Testszenarien mit dem VT System von Vector die Effizienz der CAN-Kommunikationstests und vermeidet Fehler durch Doppelarbeit (Bild 6).
Herr Yamazaki erläutert die Auswirkungen der Einführung von vVIRTUALtarget so: „Zunächst einmal hat sich die Ausführungsleistung der Tests drastisch verbessert. Das System kann zehntausende Testszenarien laden und ausführen, Ergebnisse generieren und diese innerhalb von acht Stunden in einer Microsoft Excel-Datei zusammenfassen – das ist etwa ein Drittel der Zeit, die zuvor mit den Emulatoren der Mikroprozessorhersteller benötigt wurde. Wenn man beispielsweise vVIRTUALtarget am Ende des Arbeitstages startet, sind die Testergebnisse am nächsten Morgen in einer Excel-Datei verfügbar und können sofort überprüft werden.“
Die verkürzte Testzeit ermöglicht laut Yamazaki gründlichere Tests als zuvor und führt zu einer Qualitätssteigerung. „Hitachi Astemo entwickelt an mehreren Standorten weltweit“, sagt er. „In der virtuellen Umgebung müssen keine realen Steuergeräte mehr an die verschiedenen Standorte verteilt werden, was die globale Entwicklung deutlich effizienter macht.“
Die Herausforderung in der virtuellen Umgebung liegt im Unterschied beim Ausführungs-Timing im Vergleich zum realen Steuergerät. Aus diesem Grund werden Standard-Testszenarien oder Tests, die ohne Hardware nicht möglich sind, weiterhin am realen Steuergerät (Prototypen-Hardware) durchgeführt.
Weitere Effizienzsteigerung durch virtuelles CI/CT und virtuelle SW-C
Hitachi Astemo arbeitet zudem an CI/CT (Continuous Integration / Continuous Testing) – also an wiederholtem Testen und Modifizieren in kurzen Zyklen.
CI/CT ist eine Entwicklungsmethode, die darauf abzielt, Nacharbeiten durch kurze Iterationszyklen zu reduzieren. Dabei wird häufig getestet und modifiziert, anstatt alle bei Tests gefundenen Fehler auf einmal zu beheben. Dieser Ansatz ist typisch für DevOps und CI/CD. Ziel ist es, die Qualität zu verbessern und die Zeit bis zur Veröffentlichung durch die Verzahnung von Entwicklung und Betrieb zu verkürzen – eine Praxis, die in der IT-Branche immer weiter verbreitet ist.
CI wird bereits in einer Cloud-Umgebung genutzt, in der Konfiguration, Code-Generierung und Build gemeinsam mit CI/CD-Standardmethoden wie GitLab und Artifactory durchgeführt werden (Bild 7).
„Es ist möglich, Fehlerkorrekturen und Funktionsänderungen einfach und schnell umzusetzen und die Entwicklung ortsunabhängig in der Cloud voranzutreiben“, so Yamazaki. „Derzeit nutzen wir nur die Integration (CI), planen aber, bald auch mit dem Testen (CT) zu beginnen.“
Um diese Anforderungen zu erfüllen, bietet Vector die vVIRTUALtarget Server Edition an, die speziell für CI/CT-Szenarien optimiert ist.
Der Einsatz von vVIRTUALtarget bei Hitachi Astemo wurde oben beschrieben. Bei der Entwicklung von Motorsteuergeräten wird ein Basisdesign oft für verschiedene Fahrzeugtypen und unterschiedliche Automobilhersteller verwendet. Daher ist eine verkürzte Ausführungszeit von Testszenarien von großem Vorteil. Hitachi Astemo strebt eine weitere Effizienzsteigerung an, indem der Umfang der Virtualisierung auf Integrationstests von BSW und SW-C ausgeweitet wird.
Vector wird die Anforderungen von Hitachi Astemo auch weiterhin mit vVIRTUALtarget und anderen fortschrittlichen Tools unterstützen.
