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Best Practices zur Lösung von Timing-Problemen

| Autor / Redakteur: Karsten Schmidt und Kai Richter* / Martina Hafner

Echtzeit bedeutet nicht unbedingt nur, Tasks möglichst schnell abzuarbeiten. Die sinnvolle Abstimmung der einzelnen Aufgaben ist ebenfalls von großer Bedeutung.
Echtzeit bedeutet nicht unbedingt nur, Tasks möglichst schnell abzuarbeiten. Die sinnvolle Abstimmung der einzelnen Aufgaben ist ebenfalls von großer Bedeutung. (Bild: gemeinfrei / CC0)

Das Finden einer guten Timing-Architektur im Echtzeitumfeld ist eine echte Herausforderung. Oft mangelt es den Beteiligten an der nötigen Erfahrung. Dieser Beitrag liefert einen Überblick über geeignete Vorgehensweisen.

Technologien wie Multicore und Ethernet bieten ein Vielfaches der bisher gekannten Rechen- und Kommunikationskapazitäten. Sie legen damit den Grundstein für die Umsetzung der kundenerfahrbaren Megatrends in nahezu allen Bereichen: Fahrerassistenz, Elektrifizierung, Connectivity, autonomes Fahren.

Die Herausforderung dabei: Die verfügbaren Ressourcen in den Steuergeräten und im Netzwerk müssen auch auf die Vielzahl der zu integrierenden Teilfunktionen und deren Software aufgeteilt werden. Einen wichtigen Beitrag zur effizienten Umsetzung liefert eine gute Timing-Architektur. Jedoch ist das Finden einer guten Timing-Architektur herausfordernd und häufig mangelt es den Beteiligten an Erfahrung im Umgang mit Echtzeitanforderungen, da diese Aufgabe noch nicht in der Breite etabliert ist.

Im vorliegenden Betrag zeigen wir „Best Practices“ für die Lösung wiederkehrender Entwurfsprobleme im Bereich Timing und erfolgreiche und erprobte Muster für das Finden guter Timing-Architekturen, also „Timing-Architektur-Pattern“.

Zudem grenzen wir diese explizit von „Nicht Pattern“ bzw. „worst practices“ oder „not-so-good practices“ ab, die heute in der Praxis (leider) beobachtet werden können. Damit wollen wir Anregungen geben, wie und mit welchen konkreten Schritten das Thema Timing künftig besser gehandhabt werden könnte.

Situation der Automobilindustrie

Für die Realisierung von Fahrzeugfunktionalitäten spielt Software eine zunehmend wichtigere Rolle. Während sie in frühen Systemen lediglich in ausgewählten Komponenten zu finden war, ist sie mittlerweile für fast jede Fahrzeugfunktionalität relevant, wodurch neben der Hardware eine eigene Struktur der Software entsteht.

Die Softwareelemente des Fahrzeugs werden innerhalb von Steuergeräten (ECUs) und anderen eingebetteten Komponenten ausgeführt. Traditionell ist neben den nicht-funktionalen Anforderungen dabei der sparsame Umgang mit knappen Betriebsmitteln (Speicher, CPU-Zyklen, Kommunikationsslots) ein wesentlicher Aspekt.

Jeder noch so kleine Anstieg im Ressourcenverbrauch wirkt sich als Multiplikator direkt auf die Bauteilkosten aus. Mit den steigenden Anforderungen an Funktionalitäten und neue Wertschöpfungsketten wächst die Menge von Software mittlerweile so stark, dass Timing-Probleme häufig zu beobachten sind.

Die Entwickler stellen sich den Herausforderungen und haben bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Strategien zur Beherrschung von Timing-Problemen entwickelt. Jedoch tauchen durch die Komplexität des gesamten Entwicklungsprozesses immer wieder typische Probleme auf.

Verständnislücke

Bedingt durch die Aufgabenteilung in Systementwicklung, Funktionsentwicklung und der eigentlichen Softwareentwicklung ist häufig ein Kommunikationsproblem zwischen den unterschiedlichen Stakeholdern im Entwicklungsprozess zu beobachten.

Jeder beherrscht sein Teilgebiet exzellent, jedoch gehen bei der Kommunikation durchaus relevante Informationen verloren. Erschwert wird dies durch den notwendigen Know-How-Schutz bei der Zusammenarbeit unterschiedlicher Firmen. In [4, 5] ist dieser Fakt ausführlich beschreiben. Verstärkt wird dieser Effekt durch die Integration unterschiedlicher Softwareanteile in ein Steuergerät.

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