Mini HIL-System Modular und skalierbar: Automatisierung des Tests von eingebetteten Systemen

Das von iSyst Intelligente Systeme und Partnern des Vereins Embedded4You e.V. entwickelte Mini-HIL-System „iSyTester“ ermöglicht eine Umgebungs-Emulation wie bei einem großen HIL-System. Dieser Mini-HIL kann im Laufe des Entwicklungsprozesses einfach erweitert werden, bis hin zum komplett ausgebauten Standard-HIL. Dabei ist die durchgängige Nutzbarkeit aller Entwicklungswerkzeuge sowie auch Entwicklungsergebnisse und -daten für den automatischen Test gewährleistet.

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Mit zunehmender Komplexität und zunehmender Vernetzung von Embedded Systems wird es für den Entwickler immer schwieriger, das Embedded System am Arbeitsplatz in einen fehlerfreien Betriebszustand zu versetzen. Vor allem im Bereich der vernetzten, sicherheitskritischen Systeme, wie zum Beispiel in der Automobil- und Medizintechnik, sind die Embedded Systems nur im vorgesehenen Verbund sinnvollen nutzbar.

Für die Entwicklung und den Test einzelner Teilsysteme ist deshalb eine Umgebungsnachbildung notwendig. Diese Emulation, wie sie bei Hardware In the Loop (HIL) eingesetzt wird, muss neben der genannten Vernetzung auch die analogen und digitalen Schnittstellen des Embedded Systems korrekt stimulieren und rückmessen. Ein typisches HIL-System bietet zusammen mit der Möglichkeit der Fehlerinjektion auf allen Anschlüssen des Embedded Systems und mit der Verwendung realer Lasten eine für den Software-Entwickler stark überdimensionierte Rechenleistung und Funktionsvielfalt. Durch die genannten Punkte sind typische HIL-Systeme für den Einsatz am Entwicklerarbeitsplatz zu voluminös und zu teuer.

Es stehen zwar Mini-HIL-Systeme in Form von Rapid Prototyping-Systemen als kompakte Systeme für den Entwicklerarbeitsplatz zur Verfügung, welche auch zur Umgebungssimulation für Embedded Systems eingesetzt werden können. Diese Systeme sind aber meist teuer, bieten nur eingeschränkte Anschlussmöglichkeiten und erlauben oft nicht die Nutzung derselben Umgebungsmodelle, wie an den HIL-Systemen.

iSyst hat in Zusammenarbeit mit den Firmen RST und XiSys das Mini-HIL-Testsystem „iSyTester“ entwickelt, welches eine kostengünstige Umgebungssimulation für die Verwendung am Entwicklerarbeitsplatz darstellt. Mit dem iSyTester ist eine Umgebungssimulation wie beim Einsatz eines großen HIL-Systems jedoch direkt am Entwicklerarbeitsplatz und zu ca. 30 Prozent der Kosten von Konkurrenzsystemen möglich.

Skalierbare Testsysteme erleichtern das Anpassen

Der iSyTester besteht im Kern aus einem Industrie-PC auf ARM-Basis, auf dem Linux und die Echtzeit-Middleware Gamma V von RST zum Einsatz kommen, und einem Touch-Display. Die Middleware übernimmt dabei sowohl die Abstraktion der verschiedenen Hardware-Interfaces und Bussysteme, als auch die Ausführung von Applikationen unter definierten Echtzeitbedingungen (wie z.B. die Umweltsimulation). Für die Applikationserstellung kann neben Matlab/Simulink auch Python oder C/C++ verwendet werden. Als Interface für den Anwender dienen Oberflächen mit Touch-Bedienung auf Basis der Software XiBase 9 der Firma XiSys. XiBase 9 ermöglicht den direkten Zugriff auf Variablen des Gamma-Datenmodelles und ermöglicht so eine schnelle und einfache Erstellung von Benutzeroberflächen. XiBase 9 bietet eine hohe Performance bei extrem geringem Ressourcen-Bedarf.

Transparenter Austausch der Variablen möglich

Der modulare Aufbau des iSyTesters ermöglicht dabei eine einfache und kostengünstige Anpassung an die vorhandenen Anforderungen und bietet mit zwei CAN-Schnittstellen und zwei Ethernet-Schnittstellen unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten. Es sind verschiedene Kombinationen von analogen und digitalen I/Os einsetzbar. Mittels der Gamma V-Middleware ist auch eine Vernetzung von Testsystemen über Ethernet und ein transparenter Austausch von Variablen zwischen den vernetzten Systemen möglich.

Es ist eine einfache Skalierung der Systeme, vom hier eingesetzten Industrie-PCs mit ARM-Prozessor bis hin zu Systemen mit mehreren Multicore-Prozessoren (z.B. Intel Core i7), unter Beibehaltung der kompletten Umgebungssimulationen und Test-Skripte möglich. Damit ist ein durchgängiger Einsatz vom Entwicklerarbeitsplatz bis hin zum HIL-Systemen, zu ca. 30 Prozent der Kosten vergleichbarer Konkurrenz-HIL-Systeme, machbar.

Modulare Automatisierung als offenes System

Mit dem als offenes System konzipierten iSyTester können verschiedene Testautomatisierungslösungen realisiert werden. Im einfachsten Fall werden Abläufe über einzelne Testskripte in Python automatisiert. Für komplexer Abläufe und die automatisierte Ausführungen verschiedener Tests können Testautomatisierungssysteme wie CETES von K&A oder iTestStudio von iSyst verwendet werden. Die genannten Systeme ermöglichen die Erstellung, die automatisierte Ausführung und die automatisierte Dokumentation der Tests. Die Erstellung der Tests ist auf eine Testbeschreibungsform (z.B. UML-Diagramme oder Python-Skripte) beschränkt.

Im Rahmen des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Projektes „ProTecT Embedded Systems“ (Förderkennzeichen: KF21397041150) entwickelt iSyst in Kooperation mit der TU Chemnitz – Professur Schaltkreis- und Systementwurf, Prof. Dr. Ulrich Heinkel – ein modulares Testautomatisierungs-Framework.

Das Framework setzt auf die standardisierte Testbeschreibungssprache TTCN3 auf, welche neben einer textuellen Form auch eine grafische Ablaufdarstellung bietet. Weiterhin beschreibt TTCN3 eine standardisierte Ausführungsumgebung mit definierten Schnittstellen zum Testsystem. Damit ist es möglich Testfälle weitgehend unabhängig vom eingesetzten Testsystem zu formulieren und somit eine über den Einsatz von Testsystemen auf Gamma V-Basis hinausgehende Verwendbarkeit der Testfälle zu ermöglichen.

Der Aufbau eines modularen Testautomatisierungs-Frameworks beinhaltet das Konzept des modularen Testautomatisierungs-Frameworks explizit die Anbindung der Testfälle und Testergebnisse an Requirements Management Systeme wie zum Beispiel Doors oder MKS. Die Verknüpfung zwischen Requirements und Test ist in den aktuell verfügbaren Testautomatisierungssystemen meist nur unzureichend realisiert. Dies erschwert, vor allem in Bereich der sicherheitskritischen Systeme, den durchgehenden Nachweis der Traceability.

Bibliotheken geplant für standardisierte Testfälle

Im Rahmen der Entwicklung des iSyTesters steht die Erweiterung der möglichen Schnittstellen im Vordergrund. Dabei sind einerseits Module für die Simulation digitaler Sensorschnittstellen, wie z.B. SENT, PSI5 oder SPI vorgesehen, andererseits sind die Anbindung von Bussystemen wie FlexRay und die automatisierte Generierung von Restbus-Simulationen in Vorbereitung. Im Bereich der Testautomatisierung sind die Weiterentwicklung zur Unterstützung verschiedener Testsysteme sowie die Erstellung standardisierter Testfall-Bibliotheken in Bearbeitung. info@isyst.deTel. 0911 37665 002

* * Dipl.-Ing.(FH) Kristian Trenkel, Prof. Dr.-Ing. Hans Rauch, iSyst Intelligente Systeme GmbH, Nürnberg

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