Werkzeuge und Notationen

Entwicklungsbeschleuniger - Zeit als neue Währung (Teil 1)

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Die Komplexität in Schach halten – von Anfang an

Die Schüssel dreht sich über zwei Achsen immer direkt der Sonne zu. Daher rührt auch der Kosename „Sunflower“ (Sonnenblume). Das zentrale Embedded-System von Schmid Elektronik ist mit Dutzenden von Sensoren verbunden, vom Temperatur-, Druck- und Feuchtesensor bis zur Meteostation und Sonnensensor.

Die Aktoren bestehen unter anderem aus zwei bürstenlosen 400-W-DC-Motoren. Ist das System im Feld installiert, kann via VPN von extern live drauf zugegriffen werden. Die hohe Komplexität wird neben den funktionalen vor allem durch die nicht-funktionalen Anforderungen bestimmt. Fehlererkennung und -behebung sind genauso wichtig für sicheren Betrieb wie Notfallszenarien, zum Beispiel beim Ausfall kritischer Komponenten bei Sturm und Gewitter.

Schließlich ist ein sportlicher Herstellungspreis einzuhalten, damit das System auch in ärmere Länder verkauft werden kann. Wegen der enormen Systemkomplexität soll die Embedded-Anwendung auf hoher Abstraktionsebene mit formalen Modellen beschrieben und daraus der Low-Level-Code generiert werden. Davon verspricht sich Dsolar Ltd. ein durchdachtes und korrektes Softwaredesign, das sich auch bei Änderungen und Weiterentwicklungen stabil verhält.

Beispiel 3: In einer Machbarkeitsstudie zu aktiver Schallbekämpfung wurde der Kernalgorithmus in Matlab realisiert und mit Hilfe von Testdaten verifiziert. Danach übersetzte ihn ein Praktikant nach C, portierte ihn auf einen Fixed-Point-DSP und testete ihn in realer Umgebung unter Echtzeitbedingungen.

Jetzt soll das Funktionsmuster zuerst in einen industriellen Prototypen und anschließend in die Serie überführt werden. Da kommen typische Embedded-Funktionen wie etwa Sensorik (Mikrofone), Aktorik (Lautsprecher) und Kommunikation (Webserver, Netzwerk) dazu. Serienfertigung ist gleichbedeutend mit höheren Stückzahlen und folglich tiefst möglichen Herstellkosten.

Da spricht vorerst vieles für den traditionellem Ansatz mit Mikroprozessor, RTOS und der Programmiersprache C. Letztere will der verantwortliche Systemingenieur aber aus drei Gründen vermeiden: Erstens müsste die Applikationsentwicklung ausgelagert werden, weil der C-Programmierer im Haus fehlt. Zweitens soll der Algorithmus auch zukünftig in der vertrauten Matlab-Notation laufend angepasst werden.

Drittens wird häufiges Rapid-Prototyping erwartet, sowohl beim Algorithmus als auch beim I/O. Also muss eine skalierbare Hardware her, vom leistungsfähigen PXI-System über eine modulare, robuste, SPS-Ähnliche Steuerung bis zur kundenspezifischen Hardware.

Die drei Projektbeispiele haben eines gemeinsam: Es handelt sich hier um eine neue Liga von Embedded-Systemen. Deshalb muss eine Methode her, die unsere Denkweise besser unterstützt. So lässt sich die Komplexität beherrschen und das Projekt bleibt auf Kurs. Das System soll von Beginn an richtig entworfen werden, schon lange vor der Aufteilung in Hardware und Software [3].

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