Modellierung und Verfeinerung eingebetteter Plattformen

Die bisher gebräuchlichen Entwicklungswerkzeuge für mikroelektronische Systeme beschränken sich meist auf die Betrachtung einzelner Funktionen. Diese Herangehensweise wird den aktuellen Anforderungen aber immer weniger gerecht. Denn in vielen Lebenssituationen werden wir heute von Systemen begleitet, die ihre Aufgaben miteinander vernetzt und interagierend erfüllen. So greifen beispielsweise in modernen Fahrerassistenzsystemen verschiedenste Funktionen ineinander, etwa zur Verbesserung der Fahrstabilität, zur Distanzregelung oder zum Auslösen von Gurtstraffer und Airbag.

Um die durch hochgradige Vernetzung von Einzelkomponenten und Teilsystemen bedingten vielfältigen Abhängigkeiten bereits im Entwurfsprozess zu beherrschen, hat das FZI im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts VISION eine neuartige Modellierungsmethode erarbeitet. Sie ist auf die für Deutschland wichtigen Anwendungsfelder Automobilelektronik und Mobilkommunikation ausgerichtet. Mit dieser Methode lassen sich aus Subsystemen bestehende komplexe mikroelektronische Systeme nicht nur einfach in Modellform beschreiben, mit ihr können Entwickler darüber hinaus virtuelle Prototypen generieren, um das Zusammenspiel alternativer Kombinationen von Einzelsystemen, Hard- und Softwarekomponenten unter Echtzeitbedingungen zu testen. Der Bedarf an solchen Entwicklungswerkzeugen, die eine ganzheitliche Betrachtung ermöglichen, wächst. Denn hochgradig vernetzte „Systeme von Subsystemen“ sind auf dem Vormarsch, nicht zuletzt weil oftmals allein durch die Vernetzung ein Zusatznutzen entsteht. So nimmt einerseits die Zahl der Subsysteme zu, die an der Bereitstellung einer spezifischen Systemfunktion beteiligt sind, und andererseits müssen sich immer mehr Systemfunktionen ein heterogenes Netzwerk von Systemressourcen teilen. Treten hier Inkompatibilitäten, auf, kann das zu Funktionsstörungen führen.

Die neue FZI-Methode gibt Entwicklern praktische Werkzeuge an die Hand, um die Interaktion ursprünglich isolierter, mikroelektronischer Einzelsysteme bereits in einer frühen Entwurfsphase ganzheitlich zu beschreiben. Basierend auf der Modellierungssprache UML (Unified Modeling Language) werden Funktionen, Hardware und Netzwerkarchitektur sowie deren gegenseitige Abhängigkeiten spezifiziert. Erleichtert werden Beschreibung und Analyse des zu entwerfenden Systems durch die Visualisierung der Funktionszusammenhänge in Diagrammform. Ausgehend von einer hohen Abstraktionsebene, auf der Funktionszusammenhänge nur grob umrissen werden, kann der Benutzer das Modell Schritt für Schritt verfeinern. Jeder Teilkomponente, die der Entwickler in das Modell einbezieht, z.B. indem er sie per Drag & Drop in das systembeschreibende Diagramm hineinzieht, wird eine eigene Systembeschreibung in SystemC (Programmiersprache zur Beschreibung von Simulationsmodellen) zugeordnet. Dadurch lässt sich anschließend quasi „per Knopfdruck“ ein virtueller Prototyp des Gesamtsystems erzeugen. Am Ende kann der Benutzer Daten für eine reale Belastungssituation in das Modell einspeisen, um die Kommunikationsprozesse zu simulieren und die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems unter Echtzeitbedingungen zu analysieren und zu testen.

Durch die vom FZI entwickelte Methode zur modellbasierten Spezifikation vernetzter, integrierter Systeme einschließlich ihrer virtuellen Prototypen können Hersteller mögliche Integrationsfehler bereits in frühen Entwurfsphasen erkennen sowie Entwicklungszeit und -kosten sparen. Indem die Methode industrielle Standards berücksichtigt, schafft sie auch die Voraussetzungen dafür, dass an verteilten Orten entwickelte Komponenten reibungslos ineinander greifen. Das FZI hat die neue Methode bereits erfolgreich mit seinen Partnern erprobt.

Weitere Informationen zu den bearbeiteten Projekten sind unter Projektübersicht Systementwurf in der Mikroelektronik zu finden.