MiL bis HiL systematisch Testen Bei der Modellierung von Software-Funktionen einer ECU mit Simulations- und Verifikationsfunk-tionen helfen Werkzeuge wie MATLAB/Simulink, ASCET-SD oder Rhapsody. Nach der automatischen Code-Generierung steht dann die METHODISCH FUNDIERTE TESTFALLERSTELLUNG an, um in einer Werkzeugkette von MiL- über SiL- und PiL- zum HiL-Test zu gelangen.

H äufig erfolgt die Umsetzung von Modelltests mit Hilfe von Skript-sprachen oder gleich in der ver-

wendeten Modellierungstechnik. Mit fortschreitender Entwicklung müssen diese Tests von Entwicklern und Testern an die verschiedenen Testplattformen an-gepasst werden. Neben dem hierfür er-forderlichen zusätzlichen Aufwand wei-sen diese neu entwickelten Tests oft auch Mängel in der Systematik der Testfaller-mittlung auf, weil die verwendeten Be-schreibungsmittel nicht auf Testfälle spe-zialisiert sind. Auch die beim Test beson-ders wichtige Kombinatorik unterschied-licher Eingangsvariablen findet meist zu wenig Berücksichtigung.

Mit der Kopplung der Testwerkzeuge TPT, MESSINA und CTE XL für die syste-matische Testfallermittlung gelingt es Berner & Mattner und PikeTec diese Mängel zu beheben. Die Werkzeugkette ermöglicht es, Testfälle effizient zu erstel-

len und anschließend automatisiert und ohne Änderung im Model-in-the-Loop- (MiL), Software-in-the-Loop- (SiL), Pro-cessor-in-the-Loop- (PiL) und Hardware-in-the-Loop-Test (HiL) zu verwenden.

TPT Für den systematischen Test von modell-basiert entwickelter Steuergeräte-Soft-ware sind insbesondere drei Faktoren ausschlaggebend: Die zugrundeliegende Testmethodik sollte die Modellierung von reaktiven Tests ermöglichen, zeitli-che Eigenschaften ausdrücken sowie Sig-nale mit kontinuierlichem Verhalten be-handeln können. Zu diesem Zweck ent-wickelten Software-Experten das Time Partition Testing (TPT).

Beim Time Partition Testing handelt es sich um ein Testverfahren für den auto-matischen Funktionstest mit kontinuier-lichem Verhalten und zeitlicher Seman-tik, das reaktive Tests unterstützt. Das

gleichnamige Werkzeug der Firma Pike-Tec modelliert Tests, wertet diese aus und dokumentiert die Ergebnisse.

Zur Modellierung der Testfälle kommt in TPT eine grafische Notation zum Ein-satz, die auf hierarchischen Zustands-automaten basiert. Diese einfache gra-fische Repräsentation der Tests und die Verwendung von Annotationen in natür-licher Sprache erlaubt es selbst Testern ohne Programmiererfahrung, Testfälle einfach und schnell zu lesen sowie zu er-stellen. Ein Testfall wird durch eine Folge von Zuständen und Zustandsübergängen modelliert, die an zeitliche Bedingungen geknüpft sind.

Darüber hinaus lassen sich Transiti-onsbedingungen für den Übergang von einem Zustand in einen anderen abhän-gig vom funktionalen oder zeitlichen Ver-halten des Testobjekts ausgestalten, was reaktive Tests ermöglicht. Verzweigun-gen im Testablauf stellt das System über

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mehrere ausgehende Transitionen dar. Der Test kann so in Abhängigkeit vom Systemverhalten des Testobjekts unter-schiedlich (also reaktiv) ablaufen.

Beispiel Tempomatsteuerung Ein gutes Beispiel ist die Modellierung ei-nes Tests für eine Tempomatsteuerung (Fehler! Verweisquelle konnte nicht ge-funden werden.). Bei der dargestellten Testfallmodellierung mit TPT wird zu-nächst eine Anfangsgeschwindigkeit (Initialize Speed) festgelegt und anschlie-ßend der Tempomat aktiviert (Activate Cruise Control Mode). Erfolgt innerhalb von fünf Sekunden keine Festlegung der Setzgeschwindigkeit, deaktiviert der Testfall den Tempomat wieder. Reagiert der Tempomat auf die Setzgeschwindig-keit, so übernimmt dieser die Geschwin-digkeitsregelung (Drive Cruise Control-led) und deaktiviert diese wieder nach Abschluss des Fahrzyklus’ (Deactivate Cruise Control Mode).

Hinter jedem Zustand verbirgt sich eine leicht verständliche formale Beschreibung der Signalverläufe für die zu simulieren-den Größen. Zu jeder Transition ist wie-derum eine formale Bedingung hinterlegt, die den Zustandsübergang definiert.

In der Praxis gleichen sich viele Test-fälle im prinzipiellen Ablauf und variie-ren nur in kleinen Details. Diese Details unterstützt TPT mit dem Mechanismus der Variantenbildung. Im Beispiel der Tempomatsteuerung kann es sinnvoll sein, eine Setzgeschwindigkeit von 25, 35, 50 und 200 km/h zu testen. Diese Va-rianten lassen sich leicht hinter dem Zu-stand „Initialize Speed“ hinterlegen. Fer-ner sollen auch unterschiedliche Aus-schaltbedingungen für den Tempomaten wie beispielsweise das Deaktivieren durch Bremsen, das Ausschalten oder das Auftreten eines Fehlers getestet werden.

Für die Definition eines konkreten Testfalls hinterlegt der Anwender zu verschiedenen Zuständen und Zu-standsübergängen Varianten, die außer-dem kombinierbar sind. Je nach benö-tigter Testabdeckung kann eine vollstän-dige Kombination aller Varianten wün-schenswert sein oder nur die Auswahl eine Untermenge von Kombinationen ergeben.

Klassifikationsbaum-Methode Die Definition der Kombinationen erfolgt auf Basis der Klassifikationsbaum-Me-thode (CTM). Das Werkzeug, das bei der Anwendung der CTM zum Einsatz kommt, ist der Klassifikationsbaum-Edi-tor CTE XL. Hierbei handelt es sich um ei-nen grafischen Editor für die systemati-

sche Testfallermittlung mittels Äquiva-lenzklassen- und Grenzwertanalyse, der auch die Generierung von Testfällen un-terstützt. CTE XL zeigt die für den model-lierten Test zu variierenden Parameter automatisch an. Dies sind beispielsweise die Setzgeschwindigkeit, die Aktivie-rungsart sowie die Ausschaltbedingung. In TPT bereits angelegte Parametervari-anten übernimmt der Editor ebenfalls in den Klassifikationsbaum. Weitere Para-meterwerte lassen sich im CTE XL anle-gen und dann ihrerseits automatisch nach TPT übernehmen.

So entsteht im CTE XL ein Klassifikati-onsbaum mit allen für die Variantenbil-dung relevanten Parametern und ihren möglichen Wertebelegungen. Dieser Klassifikationsbaum bildet den Kopf ei-ner Kombinationstabelle, in der die ein-zelnen Parametervarianten miteinander zu Testfällen kombiniert werden. So defi-niert beispielsweise der vierte Testfall in Fehler! Verweisquelle konnte nicht ge-funden werden. einen Test der Tempo-matsteuerung mit einer „wiederauf-genommenen“ Setzgeschwindigkeit von 200 km/h und einer Deaktivierung des Tempomats über die Betätigung des Bremspedals.

Mit der Variantenbildung ist die Test-fallermittlung abgeschlossen. Ein großer

Bild 1: Modellie-rung eines Tests für eine Tempo-matsteuerung in TPT.

Bild 2: Varianten-bildung für den Test der Tempo-matsteuerung mit dem Klassifi-kationsbaum-Editor CTE XL.

Vorteil der Methode liegt darin, dass trotz der einfach lesbaren grafischen Notation mit Zustandsautomaten und Klassifikati-onsbäumen hinter jedem Testfall eine formal präzise Beschreibung steht. Die Testfälle können daher anschließend un-mittelbar in MESSINA automatisiert aus-geführt werden.

Für die Testauswertung steht in TPT eine weitere umfangreiche Werkzeug-komponente zur Verfügung, die dazu dient, vom Testobjekt erzeugten Aus-gangssignalverläufen mit dem erwarte-ten Verhalten zu vergleichen. Dabei ist die Auswertung nicht nur auf einfache Signalvergleiche beschränkt. Es stehen für die Testauswertung auch Funktionen für die Analyse von Signalbereichen und zeitlichen Eigenschaften zur Verfügung. Für besonders komplexe Auswertungen verfügt TPT sogar über eine script-basier-te Sprache auf Basis von Python, mit der sich nahezu beliebige Auswertungsfunk-tionen umsetzen lassen.

Zur leichteren und ausführlicheren Dokumentation der Tests kann der An-wender zu jedem Fall Beschreibungen in Textform und Kommentare hinterlegen oder Signalgrafiken integrieren. Die Er-gebnisse lassen sich anschließend mit der Testfalldokumentation automatisch zu umfassenden Berichten zusammenfas-

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Bild 3: Konsequente Wiederverwendung von Testfällen in MESSINA. Bild 4: Signalpool und Simulation am Beispiel eines ABS-Systems.

sen, deren Struktur und Inhalt nahezu beliebig konfigurierbar sind.

Simulations- und Testplattform MESSINA für MiL-/SiL-/HiL Die Simulations- und Testplattform MES-SINA zeichnet sich insbesondere durch Mixed-Model-Simulation und die durch-gängige Wiederverwendung von Model-len und Testfällen entlang des gesamten Entwicklungsprozesses aus. MATLAB/Si-mulink-, ASCET- und UML-Modelle be-treibt MESSINA ebenso wie Autosar-Software-Komponenten in einem Simu-lations- und Testszenario. Damit bietet die Testautomatisierungs-Plattform ne-ben dem Test einzelner Funktionen auch Möglichkeiten zur frühzeitigen virtuellen Integration mit entsprechenden Integra-tionstests. Vom MiL-Test bis zum HiL-Test lassen sich Umgebungsmodelle, Funk-tionsmodelle und Testfälle identisch ein-setzen (Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.).

Die Anwender können somit über alle Phasen des Entwicklungs- und Testpro-zesses mit demselben Benutzer-Interface arbeiten. MESSINA realisiert einen Sig-nalpool, in dem alle für den Test benötig-ten Signale in abstrahierter Form für den Test zur Verfügung stehen. Die Signalabs-traktion des Signalpools ermöglicht es, wie in Bild 4 gezeigt, symbolische Signa-le wie BrakePosition, ThrottlePosition, etc. festzulegen, die über den gesamten Entwicklungsprozess identisch Verwen-dung finden. Der Entwickler verbindet durch einfaches Drag & Drop Funktions-modelle (zum Beispiel in Matlab/Simu-link, ASCET oder Autosar), Umgebungs-modelle und Testfälle mit dem Signalpool.

Nun beginnt der Anwender bereits mit der Simulation und dem Test der ver-schiedenen Komponenten: einzeln oder im Verbund. Die Testausführung in MES-SINA erfolgt in harter Echtzeit – und zwar

unabhängig davon, ob der Test auf dem PC oder dem HiL-System abläuft. Bei der HiL-Simulation erzeugen beispielsweise I/O-Adapter aus Signalpoolwerten die entsprechenden Nachrichten auf dem CAN-Bus oder legen einen Spannungs-pegel an einen festgelegten ECU-Pin an. Der Benutzer kann sehr einfach zwi-schen den verschiedenen Konfiguratio-nen etwa von SiL auf HiL umschalten. Die Simulations- und Testausführung zeigt sich anschließend aus Benutzersicht unverändert.

Integrierte Testausführung Die von Berner & Mattner und PikTec ent-wickelte Lösung für modellbasierte Tests setzt sich aus drei wesentlichen Elementen zusammen – und zwar aus der systemati-schen Testfallermittlung durch die Kom-bination der Methoden TPT und CTM, der automatisierten Durchführung der defi-nierten Testfälle mit der MiL/SiL/HiL-Si-mulations- und Testautomatisierungs-plattform MESSINA sowie der Testauswer-tung und Testdokumentation mit TPT.

Obwohl jedes Werkzeug auch unab-hängig voneinander zum Einsatz kom-men kann, besteht aus Benutzersicht der größte Nutzen in der nahtlosen Integrati-on von TPT, CTE XL und MESSINA. Je nach aktueller Aufgabenstellung kann der Anwender beliebig zwischen den Werkzeugen hin- und herwechseln, oh-ne dass es zu einem Bruch in der Bedie-nung kommt.

Testdurchlauf Ein typischer Testdurchlauf umfasst die folgenden Testaktivitäten: Zunächst bin-det der Anwender in MESSINA die für den Test relevanten Funktions- und Um-gebungsmodelle (z. B. Simulink, ASCET, UML, Autosar, TESIS) mittels Drag & Drop an den Signalpool an. Auf Basis der im Signalpool definierten Signale erfolgt

die Testmodellierung in TPT. Der Anwen-der erstellt einen TPT-Zustandsautoma-ten, der die auszuführenden Testfälle re-präsentiert und für die Testausführung formalisiert. Mit Hilfe der in TPT zur Ver-fügung stehenden Ausdrucksmittel las-sen sich reaktive Tests mit kontinuierli-chem Verhalten problemlos modellieren. Sollen aus dem erstellten Zustands-automaten durch Variantenbildung un-terschiedliche Testszenarien gewonnen werden, so kommt der CTE XL zum Ein-satz, um die für den Test relevanten Kom-binationen von Parameterbelegungen auszuwählen. Damit kann der Tester so-wohl Signalwerte als auch Zustandsüber-gänge variieren.

Anschließend bietet MESSINA dem Tester die zuvor definierten Fälle für die Testausführung an. Dieser wählt darauf-hin in MESSINA die gewünschte Testum-gebung aus und stellt aus den definierten Testfällen Testkampagnen zusammen. Die Testausführung mit den selektierten Testfällen erfolgt schließlich unabhängig von der gewählten Testplattform voll-ständig automatisch. Messwerte und Ausgangssignale des Testobjekts zeichnet die Software auf, damit diese anschlie-ßend für die Testauswertung in TPT zur Verfügung stehen. Die Testauswertung kann auf Basis vordefinierter oder selbst entwickelter Auswertefunktionen eben-falls vollständig automatisiert ablaufen. Abschließend kann dann die Testdoku-mentation in verschiedenen Formaten wie HTML oder PDF generiert werden.

Dr. Joachim Wegener, Peter M. Kruse und Siegfried Hörfarter arbeiten bei der Berner & Mattner Systemtechnik GmbH. Dr. Eckard Bringmann ist für die PikeTec GmbH tätig.

infoDIRECT www.all-electronics.de Link zu Berner & Mattner: 314AEL0209

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