7. Zusammenfassung und Ausblick

Aufgrund der zu erwartenden weiter steigenden Komplexität zukünftiger Automotive SoCs werden die Herausforderungen für die Spezifikation, den Entwurf und die Verifikation weiter steigen. Um dennoch zukünftig effizient und wirtschaftlich zu bleiben, müssen neue Methoden gefunden werden. Ferner muss die Automatisierung auch im Bereich der Entwicklung vorangetrieben werden.

Im Zuge der Arbeit wurde dazu eine modellbasierte Entwicklungsmethode und als Teil dessen eine Methode zur abstrakten Modellierung von Automotive Systems-on-Chips vorgestellt. Das übergeordnete Ziel der Arbeit war dabei, die Steigerung der Effizienz in der SoC-Entwicklung zu erreichen. Die modellbasierte Entwicklungsmethode dieser Arbeit setzt sich aus mehreren Teilmethoden wie folgt zusammen:

Die Entwicklung einer Modellierungsmethode für die modellbasierte Systemkonzeptentwicklung und die damit verbundene Implementierung einer Arbeitsweise nach dem Top-down-Ansatz zielt auf die Minimierung der Defizite bei der Entwicklung des Systemkonzepts ab. Darüber hinaus behandelt die Arbeit die Formalisierung und Modellierung der Spezifikation über den gesamten SoC-Entwicklungs-Flow hinweg, um so die Eindeutigkeit der spezifizierten Informationen zu erhöhen. Dabei beinhaltet die Modellierungsmethode einen kombinierten Ansatz aus Systemanforderungen in natürlicher Sprache und formalisierter Modellierung des Systems zur Spezifikation und beschäftigt sich darüber hinaus mit der Integration der Methode in den aktuellen SoC-Entwicklungs-Flow. Durch die Steigerung der Konsistenz, der Fehlerfreiheit und der Eindeutigkeit der Spezifikation kann indirekt eine Aufwandsreduzierung erzielt werden, welche auf der Senkung von benötigten Nacharbeiten und Fehlerbehebungen beruht.

Darauf aufbauend wurde ein Verfeinerungsprozess für modellbasierte Spezifikationen als Teil des Übergangs zwischen Konzeptphase und Entwurfsphase vorgestellt. Dabei wird das in der Konzeptphase auf System-Ebene entwickelte Systemkonzept durch implementierungsnahe Elemente der Spezifikation, wie z. B. der Verhaltensbeschreibung der einzelnen Hard- und Software Module erweitert.

Zusätzlich beschäftigt sich die Arbeit mit Ansätzen der modellgetriebenen Automatisierung des Systementwurfs, um den Entwicklungsaufwand unmittelbar zu reduzieren. Dabei wurde die Generierung von Virtuellen Prototypen behandelt. Die Verwendung von Virtuellen Prototypen ermöglicht eine frühere Entwicklung der On-Chip-Software und reduziert die Fehlerhäufigkeit in späten Phasen der Entwicklung. Mit dem Ziel, den manuellen Aufwand bei der Entwicklung von Virtuellen Prototypen zu reduzieren, baut die Arbeit auf eine bestehende Lösung aus [15] auf, welche sich in erster Linie auf die Generierung der signalverarbeitenden Anteile des SoCs auf Grundlage von MATLAB-Simulink-Modellen konzentriert. Dazu wurde durch Anwendung der in der vorliegenden Arbeit gezeigten modellgetriebenen Entwicklungsmethode die bestehende Lösung um Lösungen für die modellbasierte Generierung der kontrollflussorientierten Anteile des SoCs sowie der Architektur erweitert. Durch die Kombination der Lösungen kann die nahezu vollständige Generierung eines Virtuellen Prototyps ermöglicht werden.

Darauf aufbauend wurde die Generierung der On-Chip-Software als Teil des Systementwurfs in der hier vorliegenden Arbeit ermöglicht. Durch diesen Schritt konnte der Aufwand für den Systementwurf selbst gesenkt werden und so die Effizienz der SoC-Entwicklung gesteigert werden. Ein wichtiger Nebeneffekt bei der Generierung von Code auf Basis der modellierten Spezifikation ist die zusätzliche Senkung der Fehlerwahrscheinlichkeit sowie die Steigerung der Konsistenz zwischen Spezifikation und implementiertem Entwurf.

Neben dem Entwurf eines Systems wird ein stetig wachsender Anteil des Entwicklungsaufwandes für die Verifikation der immer komplexer werdenden Systeme benötigt. Daher wurde in dieser Arbeit zusätzlich die Automatisierung der Verifikationserstellung behandelt. Dazu wurden die benötigten Informationen für die Generierung aus Architektur-Diagrammen des Systemmodells extrahiert und anschließend auf dessen Basis die Generierung von SystemVerilog-Assertions für die Implementierung von „Connectivity Checks“ ermöglicht. Neben der enormen Wichtigkeit einer vollständigen und eindeutigen Spezifikation, welche in dieser Arbeit angegangen wurde, konnte durch die Automatisierung ein erster Schritt in Richtung Reduzierung des Verifikationsaufwandes ermöglicht werden.

Die Evaluierung der Methode und deren Einfluss auf die Effizienz in der SoC-Entwicklung wurde anhand einer Interviewevaluierung durchgeführt. Dabei wurden zehn Interview-Teilnehmer/-innen aus dem Bereich der SoC-Entwicklung, welche bei der Anwendung der Methode beteiligt waren, befragt, um so eine Aussage über den Einfluss der Methode auf die Effizienz der SoC-Entwicklung treffen zu können.

Im Rahmen der Evaluierung der Methode wurde zudem der generierte Code des Softwareentwurfs und des Virtuellen Prototyps mittels Tests und Simulation auf Fehlerfreiheit und Korrektheit getestet. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass der generierte Code dem manuell implementierten Code gleichwertig ist.

Zusätzlich zu der in dieser Arbeit vorgestellten modellbasierten Entwicklungsmethode beinhaltet die Arbeit ein „Proof-of-Concept“ der vorgestellten Lösungen für die modellbasierte Automatisierung des SoC-Entwurfs sowie der Verifikationserstellung. Dadurch konnte eine erste Aussage über das Potenzial geboten werden, welches durch eine Modellierung und Formalisierung der Spezifikation erreicht werden kann. Die Formalisierung aller Teile der Spezifikation sowie die Schaffung einer Spezifikation, bestehend aus verschiedenen vollverlinkten Beschreibungen in verschiedenen Formaten, bedarf zukünftiger Arbeiten. Darüber hinaus bietet die Modellierung des Systems und damit die Beschreibung in einer maschinenlesbaren Sprache weiteres Potenzial für die automatisierte Interaktion zwischen Spezifikation und weiterführenden EDA-Tools.

Wie in Abschnitt 6.​1 durch das Evaluierungsinterview deutlich wurde, ist die in dieser Arbeit noch nicht vollumfänglich erfüllte Simulierbarkeit der Spezifikation entscheidend für eine erfolgreiche Kommunikation mit dem Kunden und könnte daher in einer weiterführenden Arbeit realisiert werden.

Das in Abschnitt 4.​1 vorgestellte Automotive-SoC-Profil wurde auf Basis von Erfahrungswerten, „Stakeholder“-Befragungen und der Arbeit an dem Pilotprojekt entwickelt und wird auch zukünftig weiterführende Arbeiten benötigen, um es an die jeweiligen Bedürfnisse der SoC-Entwicklung anzupassen.

Darüber hinaus besteht ein großes Potenzial in der Weiterentwicklung der hier vorgestellten Lösungen zur modellbasierten Automatisierung in der SoC-Entwicklung. Als weiterer Schritt der Automatisierung – und damit Grundlage für eine weiterführende Arbeit – könnte beispielsweise die Generierung von VHDL-Code auf Basis des SysML-Systemmodells ermöglicht werden. Die VHDL ist eine Hardwarebeschreibungssprache, die in nahezu allen SoC-Entwicklungen eingesetzt wird. Die Generierung der Hardware-Architektur in VHDL auf Basis einer SysML-Architektur-Beschreibung birgt neben der enormen Reduzierung des Entwurfsaufwandes große Potenziale im Bereich der Konsistenz zwischen Spezifikation und Implementierung sowie der Reduzierung von Implementierungsfehlern. Zwar gewinnt die Software in heutigen SoC-Entwicklungen weiter an Bedeutung, jedoch wird auch heute noch ein Großteil der Funktionen aufgrund der Forderungen nach Echtzeitverhalten mittels Hardware realisiert. Ließe sich eine modellgetriebenen VHDL-Generierung für den Hardware-Entwurf im Bereich der SoC-Entwicklung realisieren, wäre damit die Basis dafür geschaffen, gesamte Subsysteme eines Automotive SoCs auf Basis der modellierten Spezifikation vollautomatisch zu generieren.

Auch die Automatisierung der Verifikationserstellung ist ein entscheidendes und zukünftig wichtiges Themenfeld. Neben einer Steigerung der Spezifikationsqualität birgt die Automatisierung der Verifikationserstellung ein erhebliches Potenzial, um den Aufwand zu senken und so die Effizienz zu erhöhen.