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2022 | Buch

Automatisierter Test numerischer Fehler in Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen für eingebettete Systeme

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Über dieses Buch

Philipp Göttlich stellt ein Konzept zum automatisierten Testen von numerischen Fehlern in Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen vor und gibt dabei einen weitreichenden Überblick der Arten und Auswirkungen numerischer Fehler. Die wesentlichen Neuerungen des Konzepts spiegeln sich in der optimierungsbasierten Erzeugung geeigneter Testsignale und den Back-to-Back Tests einzelner Entwicklungsartefakte zur präzisen Fehlerlokalisierung wider. Am Beispiel von drei Softwaresystemen eines aktuellen Forschungsprojektes und dem Vergleich mit Referenztests wird die hohe Effizienz des Ansatzes bei der Analyse nachgewiesen. Auch die Erweiterbarkeit des Ansatzes wird im Verlauf der Arbeit demonstriert und dient als Ausgangspunkt für weitere Studien.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Wie kann die funktionale Sicherheit von Softwaresystemen im Automobil-Sektor verbessert werden?
Philipp Göttlich
Kapitel 2. Grundlagen von Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen
Zusammenfassung
In dieser Arbeit werden Softwaresysteme mit physikbasierten Berechnungen für eingebettete Steuergeräte, bzw. ECUs, betrachtet. Sie werden aus physikbasierten Modellen transformiert und liegen zum Entwicklungszeitpunkt in unterschiedlichen Softwareartefakten als Code einer Beschreibungs- oder Programmiersprache vor. Die Softwaresysteme bestehen aus einer physikalischen und mindestens einer funktionalen Komponente.
Philipp Göttlich
Kapitel 3. Beschreibung und Klassifizierung von Fehlerquellen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Beschreibung und Klassifizierung von numerischen Fehlerquellen von Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen nach ihrem Fehlerpotential vorgenommen. Dafür werden Transformationsschritte von Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen aus dem letzten Kapitel im Detail betrachtet. Sie bringen numerische Fehler in die Softwaresysteme ein und müssen bei Analysen bedacht werden, um Fehler lokalisieren zu können.
Philipp Göttlich
Kapitel 4. Anforderungen und Ansätze
Zusammenfassung
Nachdem der grundlegende Rahmen aufgespannt sowie Fehlerquellen identifiziert und klassifiziert sind, muss nun auf die anfangs gestellte Frage zurückgekommen werden. Zu Beginn der Arbeit wurde die Frage aufgeworfen, wie numerische Fehler von Gleitkommaarithmetik und Diskretisierung in eingebetteten Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen aus modellbasierten Werkzeugketten automatisch analysiert werden können. Die Beantwortung der Frage ist entscheidend davon abhängig, welche Anforderungen an einen möglichen Lösungsansatz gestellt werden, was Gegenstand des vorliegenden Kapitels ist.
Philipp Göttlich
Kapitel 5. Konzept eines automatisierten Test- und Testsignalgenerierungsansatzes
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das allgemeine Konzept eines Lösungsansatzes erarbeitet, zur Beantwortung der gestellten Forschungsfrage.
Philipp Göttlich
Kapitel 6. Realisierung einer Methode
Zusammenfassung
Das Konzept eines Lösungsansatzes aus dem letzten Kapitel wird in Form einer automatisierten Methode realisiert, die zur eindeutigen Identifizierung folgend als „ATTESP Methode“ (Automatisierte Testsignalgenerierung und Testdurchführung für eingebettete Softwaresysteme mit physikbasierten Berechnungen) bezeichnet wird. Im vorliegenden Kapitel werden Details der Realisierung erläutert, welche nötig für die Automatisierbarkeit sind und zum Verständnis der Ergebnisse in Kapitel 7 beitragen. Dazu zählen die Ermittlung aller diskreten Systemzustände, die Erzeugung geeigneter Anfangswerte sowie weiterer Lösungen für die Testsignalgenerierung und die Bestimmung der Trägheitsindizes für die Kostenberechnung in trägen Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen.
Philipp Göttlich
Kapitel 7. Exemplarische Untersuchung des Lösungsansatzes
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die Anwendung des erarbeiteten Lösungsansatzes, in Bezug auf die Beantwortung der Forschungsfrage, untersucht. Dafür wird die aus dem konzipierten Lösungsansatz realisierte ATTESP Methode (Automatisierte Testsignalgenerierung und Testdurchführung für eingebettete Softwaresysteme mit physikbasierten Berechnungen) auf drei Beispielsystemen verwendet. Die gewählten Systeme entstammen veröffentlichten Forschungsarbeiten und sind Teil des EMPHYSIS Projektes [5], beschrieben in Kapitel 2.3.3. Als Teil des Projektes sind sie für die industrielle Nutzung bestimmt. Aufgrund ihrer Eigenschaften und Komplexität gelten sie als Benchmark für die Implementierung von eingebetteten Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen [131, 135, 142].
Philipp Göttlich
Kapitel 8. Schlussfolgerungen und Ausblick
Zusammenfassung
Im Vordergrund dieser Arbeit stand das Verbessern der funktionalen Sicherheit und Verlässlichkeit von Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen. Solche Systeme weisen eine höhere Komplexität als andere Softwaresysteme auf und werden deshalb meist modellbasiert über Werkzeugketten generiert. Dabei entstehen Transformationsfehler, die zu einem großen Teil numerischer Natur sind und schnell zu einem Fehlverhalten oder Ausfall der Software führen können.
Philipp Göttlich
Backmatter
Metadaten
Titel
Automatisierter Test numerischer Fehler in Softwaresystemen mit physikbasierten Berechnungen für eingebettete Systeme
verfasst von
Philipp Göttlich
Copyright-Jahr
2022
Electronic ISBN
978-3-658-36867-8
Print ISBN
978-3-658-36866-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-36867-8

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