Kontinuierliche Softwareintegration und Tests für elektrische Antriebsstränge

Um dauerhaft funktionierende und qualitativ hochwertige Software für Valeo-Produkte zu gewährleisten, sind kontinuierliche Softwaretests unerlässlich. Kurze Freigabezyklen werden durch eine kosteneffiziente, skalierbare und flexible Softwaretestinfrastruktur ermöglicht, die auch kontinuierliche Integrationen und Tests umfasst. So erhalten alle Beteiligten umgehend Rückmeldung zur Funktionalität. Neu implementierter oder geänderter Code kann sofort auf verschiedenen Validierungsstufen, einschließlich der finalen Zielhardware, bewertet werden.

Der Softwaretestprozess umfasst dabei alle Aktivitäten des in Bild 1 dargestellten Testlebenszyklus - von der initialen Testplanung und -spezifikation über die Testfallentwicklung und -durchführung bis hin zum umfassenden Reporting und der Integration in das sogenannte Application-Lifecycle-Management(ALM)-System. Die Vorteile dieser Ansätze reichen von der frühzeitigen Erkennung kritischer Probleme in der Entwicklungsphase bis hin zur lückenlosen Validierung der Software - und damit zur Kostenersparnis durch die Vermeidung späterer Fehlerbehebungen.

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Die Basis des automatisierten Testprozesses bildet eine leistungsfähige, skalierbare und flexible Softwaretestinfrastruktur, die unter anderem im hauseigenen Rechenzentrum von Valeo in Erlangen betrieben wird. Dort wird eine Vielzahl von Hardware-in-the-Loop(HiL)- und Real-Time-Processor-in-the-Loop(RT-PiL)-Systemen (zusammengefasst als XiL) betrieben. In diesen XiL-Systemen führen dedizierte Echtzeitpozessoren mathematische Modelle aus, die unter anderem die Motordynamik emulieren. Zudem können Fahrzeugsensoren und -aktoren an die XiL-Systeme angeschlossen werden, da diese üblicherweise einen hohen Grad an Nichtlinearität aufweisen. So kann die Software für das finale Produkt getestet werden, ohne dass diese für Tests modifiziert werden muss.

Standardisierte XiL-Systeme, Bild 2, gewährleisten Flexibilität und Skalierbarkeit, die für schnelle Anpassungen nötig sind. So kann Valeo-Produkthardware getauscht werden, ohne die Mess- und Simulationshardware anpassen zu müssen. Um einen Dauerbetrieb der XiL-Systeme sicherzustellen, die weltweit von unterschiedlichen Valeo-Standorten remote verfügbar sind, wird die komplette Infrastruktur kontinuierlich überwacht. Die gesammelten Daten werden genutzt, um potenzielle Probleme frühzeitig zu identifizieren, die Systemstabilität zu gewährleisten und die Effizienz der Systemnutzung zu erhöhen. Zusammen mit den Ergebnissen der Durchläufe der kontinuierlichen Integration (Continuous Integration, CI) und des kontinuierlichen Testens (Continuous Testing, CT) werden diese Daten auf zentralen Echtzeit-Datenanzeigen visualisiert. Das schafft Transparenz für alle Beteiligten und erlaubt jederzeit einen klaren Überblick.

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Voraussetzung für CT ist ein Werkzeug zur Implementierung und Ausführung von automatisierten Testfällen. Valeo setzt hierfür bereits seit 2014 das Testautomatisierungswerkzeug ecu.test von tracetronic ein. Damit können strukturierte, modulare und wiederverwendbare Testfälle mithilfe eines grafischen Editors erstellt werden.

Um die Implementierung von Testabläufen zu vereinfachen, wurde eine umfangreiche Bibliothek wiederverwendbarer Funktionen für den elektrischen Antriebsstrang aufgebaut. Alle zur Testausführung notwendigen Dateien werden in einem abgeschlossenen Arbeitsbereich bereitgestellt und in einer Quellcodeverwaltung versioniert. Da ecu.test Schnittstellen zu einer Vielzahl von in der Automobilindustrie verbreiteten Softwarewerkzeugen bietet, kann es über alle Kundenprojekte hinweg eingesetzt werden. Im Softwaretestcenter von Valeo wurde ecu.test mit eigenen Skripten erweitert, um kundenspezifische Werkzeuge zu unterstützen und eine umgebungsspezifische Automatisierung zu realisieren. So konnte, neben der eigentlichen Testausführung, auch der gesamte Testeinrichtungsprozess automatisiert werden. Dazu zählen die Vorbereitung der Testumgebung, die Initialisierung von Messwerkzeugen, die Konfiguration des Zielsystems, das Flashen der zu testenden Software und die Verwaltung der Testdaten. Diese umfassende Automatisierung minimiert manuelle Eingriffe, reduziert das Risiko menschlicher Fehler und gewährleistet eine konsistente Testausführung. Der Einsatz von sogenannten Traceanalysen erlaubt darüber hinaus die eingehende Untersuchung des Systemverhaltens während der Testausführung, auch um zeitkritisches Verhalten zu validieren.

Alle erzeugten Testresultate werden automatisch in ein einheitliches Format übernommen und einschließlich der zugehörigen Messdaten zentral für die Weiterverarbeitung abgelegt. Dieses Vorgehen gewährleistet die Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit von Tests, die für strenge Validierungs- und Zertifizierungsprozesse unerlässlich sind.

Bild 3 zeigt den automatisierten Softwaretestprozess von Valeo, der eng mit der CI verzahnt ist und das Rückgrat des CT bildet. Jede Codeänderung löst einen automatischen Build-Prozess aus, gefolgt von einer Reihe automatisierter Tests. Dies beginnt mit statischen Codeanalysen, die einzelne Softwarekomponenten isoliert überprüfen. Anschließend werden für jede Änderung grundlegende Integrationstests zur Ressourcennutzung (Resource Consumption) und sogenannte Smoke-Tests durchgeführt, für die je nach Projektstatus RT-PiL- oder HiL-Systeme herangezogen werden. Erst nach erfolgreichem Durchlauf der Testsequenz wird der Gated Check-in auf dem Branch akzeptiert und mit der Codebase zusammengeführt, Bild 3 (1). Für jedes Projekt werden nachts alle Änderungen des Tages neu gebaut, Bild 3 (2), es entsteht der sogenannte Rolling Build, der die Basis für die nächtlichen automatischen Tests darstellt. Zur Prüfung der Verlässlichkeit der Testsysteme wird jedes verfügbare XiL-System mit einem qualifizierten Software Build im sogenannten XiL-Alive, Bild 3 (3), auf korrekte Funktionsweise getestet und automatisch für die Testausführung eingeplant. Basierend auf den Änderungen und weiteren Prioritäten des Projekts werden Testsuites und Regressionen auf allen Softwareteststufen, von Unittest über Integrationstest bis zum funktionalen Softwaretest, in der Nacht durchgeführt, Bild 3 (4). Dieser stufenweise Ansatz liefert schnell Rückmeldungen an die Entwickler. Probleme werden so frühzeitig erkannt und behoben, wodurch sich die Kosten und der Aufwand für die Fehlerbehebung im späteren Entwicklungszyklus erheblich reduzieren lassen.

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Der Einsatz des Softwaresystems Jenkins als CI-Plattform orchestriert diesen komplexen Prozess und automatisiert den Build, die Testausführung und das Reporting. Die in der Jenkins-Pipeline abgebildete Arbeitslogik verteilt die Tests auf die verfügbaren XiL-Systeme, optimiert die Auslastung und minimiert die Gesamtlaufzeit der Tests. Die CI-Plattform ist vollständig konfigurierbar, sodass die einzelnen Teams die Jenkins-Pipelines an ihre Bedürfnisse anpassen können. Valeo nutzt diese Flexibilität, um sicherzustellen, dass für jedes Projekt der entsprechende Testumfang effizient durchgeführt wird, um kurze Freigabezyklen zu realisieren. Wie in Bild 4 visualisiert, wird die Qualität der Software durch die in den Testprozess integrierten Qualitätsprüfpunkte (Quality Gates) sichergestellt. Dabei wird ein Software-Build nur für die weiteren Prozessschritte freigegeben, wenn vorgegebene Qualitätskriterien erfüllt wurden. Ist dies nicht der Fall, erhalten die jeweiligen Beteiligten eine automatische Rückmeldung.

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Die Serveranwendung test.guide stellt einen weiteren wichtigen Baustein der entwickelten CI/CT-Lösung dar. So werden alle durch ecu.test erzeugten Testergebnisse einschließlich aller Mess- und Metadaten automatisch nach test.guide hochgeladen und in der zugehörigen Datenbank abgelegt. Mithilfe des Testreportmanagement-Moduls und der damit verbundenen Filtermöglichkeiten lässt sich ein umfassender Überblick über den aktuellen Testfortschritt im jeweiligen Projekt gewinnen. Die Testplanung wird durch automatisch erzeugte Freigaben unterstützt, deren Anforderungen über das vorhandene Interface direkt aus dem genutzten ALM-System importiert werden. So wird ein permanenter Zielabgleich mit der definierten Testabdeckung realisiert. Bei Erreichen einer vollständigen Testabdeckung für einen getesteten Software-Build wird ein finales Release-Ergebnis aggregiert und zur Archivierung in das ALM-System exportiert.

Das Erfolgsrezept von Valeo basiert auf einer Kombination aus hochqualitativer, kundenspezifischer Software, einem umfassenden und automatisierten Testprozess sowie einer flexiblen und skalierbaren Testinfrastruktur. Die Vorteile im Überblick:

Der entwickelte Testprozess ist in der Lage, alle Testaktivitäten von der ersten Planung bis zur abschließenden Berichterstattung abzudecken. Valeo setzt dabei auf die Kombination aus flexibler und skalierbarer Softwaretestinfrastruktur, der Testautomatisierung mit ecu.test sowie auf CI und CT. So kann nicht nur eine hohe Softwarequalität sichergestellt werden, auch die daraus resultierenden kurzen Freigabezyklen sind für den dynamischen Markt der Elektromobilität von entscheidendem Vorteil. Zudem lassen sich dank der standardisierten HiL- und RT-PiL-Systeme Fehler frühzeitig erkennen und beheben, was zusätzlich Kosten und Entwicklungszeit spart. Die zentrale Reportverwaltung und Systemüberwachung durch test.guide gewährleisten Transparenz und Kontrolle über den gesamten Testprozess.

Mit Einführung des vorgestellten Prozesses, kombiniert mit der skalierbaren Softwaretestinfrastruktur, konnte neben der Verkürzung der Entwicklungszeit eine Reduktion der erforderlichen Ressourcen bei gleichzeitiger Erhöhung des Testdurchsatzes realisiert werden. Dies belegt sowohl den Erfolg des entwickelten Ansatzes des kontinuierlichen Testens als auch die gesteigerte Leistung und Qualität der Softwareentwicklung. Dabei soll die Effizienz durch Optimierungen mithilfe des Einsatzes künstlicher Intelligenz zukünftig noch weiter gesteigert werden. Die Entscheidung, Softwareentwicklungsprozesse ganzheitlich zu optimieren, trägt demnach maßgeblich dazu bei, gegenwärtige und zukünftige Herausforderungen in der Branche erfolgreich zu meistern. Die Investition in eine umfassende Testinfrastruktur und die Implementierung eines automatisierten Testprozesses zahlen sich langfristig aus und sichern die Wettbewerbsfähigkeit im Zeitalter der Elektromobilität.