DE102004050293B3 - Simulating operation of network involves describing subscriber time behavior using configurable time parameters derived from time parameters of subscriber functional model run time points - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.The The invention relates to a method having the features of the preamble of claim 1.
Ein
solches Verfahren ist aus der
Entscheidend für den bestimmungsgemäßen Betrieb eines Netzwerks mit mehreren über einen Datenbus verbundenen Teilnehmern ist nicht nur die korrekte Funktion jedes einzelnen Teilnehmers im isolierten Betrieb, sondern auch das Zusammenwirken der Teilnehmer im vernetzten Betrieb. Durch Wechselwirkungen der Teilnehmer untereinander können im vernetzten Betrieb beispielsweise Verklemmungszustände und unerwünschte Synchronisationseffekte ausgelöst werden, deren Auftreten durch den isolierten Betrieb der einzelnen Teilnehmer nicht überprüfbar ist.critical for the intended operation a network with several over A subscriber connected to a data bus is not just the correct one Function of each individual participant in isolated operation, but also the interaction of the participants in networked operation. Through interactions the participants can each other in networked operation, for example, jamming conditions and undesirable Synchronization effects triggered whose occurrence is due to the isolated operation of the individual Participant is not verifiable.
Die Anzahl möglicher Betriebszustände eines Netzwerks nimmt im Wesentlichen exponentiell mit der Anzahl der Teilnehmer zu. In modernen Kraftfahrzeugen sind beispielsweise mehrere Dutzend Steuergeräte durch einen oder mehrere Datenbusse miteinander verbunden und kommunizieren untereinander durch das Versenden von Nachrichten. Jedes dieser Steuergeräte kann für sich betrachtet eine Vielzahl von Betriebszuständen annehmen. Aufgrund der Vielzahl sich hieraus ergebender möglicher Betriebszustände ist eine Überprüfung des bestimmungsgemäßen Betriebs eines solchen Netzwerks mit konventionellen analytischen Methoden schwer durchführbar.The Number of possible operating conditions a network increases substantially exponentially with the number the participant too. For example, in modern vehicles several dozen controllers connected by one or more data buses and communicate with each other by sending messages. Each of these ECUs can for considered a variety of operating states. Due to the Variety of resulting possible operating conditions is a review of the intended operation of such a network with conventional analytical methods difficult to carry out.
Da ein physikalischer Testbetrieb eines Netzwerks erst in einem Entwicklungsstadium durchführbar ist, in welchem zumindest Prototypen aller Teilnehmer zur Verfügung stehen, wird der Betrieb der einzelnen Teilnehmer und deren Zusammenwirken gemäß dem Stand der Technik bevorzugt vorab informationstechnisch simuliert.There a physical test operation of a network only at a development stage feasible is, in which at least prototypes of all participants are available, becomes the operation of the individual participants and their interaction according to the state the technology prefers to simulate information technology in advance.
Hierzu
wird in der Regel für
jeden Teilnehmer ein Teilnehmermodell erstellt, welches das funktionale
und das zeitliche Verhalten des Teilnehmers möglichst exakt simuliert. Unter
dem funktionalen Verhalten ist dabei die Gesamtheit der von dem
Teilnehmer ausgeführten
Funktionen zu verstehen. Funktionen sind dabei beispielsweise das
Versenden/Empfangen einer Nachricht oder die Berechnung eines Wertes.
Unter dem zeitlichen Verhalten des Teilnehmers ist die Gesamtheit
der Ausführungszeiten
der genannten Funktionen zu verstehen, z.B. Nachricht
Zum Zweck der Simulation werden die erstellten Teilnehmermodelle in von einer Recheneinheit ausführbare Programme umgesetzt und auf einer oder mehreren vernetzten Recheneinheiten ausgeführt. Während der Simulation oder im Anschluss an die Simulation kann anhand von aufgezeichneten und/oder ausgegebenen Simulationsdaten der simulierte Betrieb des Netzwerks und der Teilnehmer analysiert und ggf. eine Fehlersuche vorgenommen werden.To the Purpose of the simulation will be the created participant models in executable by a computing unit Implemented programs and on one or more networked computing units executed. While the simulation or following the simulation can be based on recorded and / or output simulation data of the simulated Operation of the network and participants analyzed and possibly one Troubleshooting be made.
Für das Zusammenwirken einer Vielzahl von über einen Datenbus verbundenen Teilnehmern eines Netzwerks ist insbesondere deren zeitliches Verhalten entscheidend. Dementsprechend ist es im Entwicklungsprozess erforderlich, eine in der beschriebenen Art und Weise vorbereitete und durchgeführte Simulation mit verschiedenen Konfigurationen der Teilnehmermodelle, insbesondere des in den Teilnehmermodellen abgebildeten zeitlichen Verhaltens, durchzuführen.For the interaction a variety of over In particular, a subscriber of a network connected to a data bus is their temporal behavior is crucial. Accordingly, it is required in the development process, one in the manner described and prepared and performed simulation with different Configurations of the participant models, in particular of the participant models illustrated temporal behavior.
Hierzu ist es erforderlich, jedes von den Änderungen betroffene Teilnehmermodell neu zu konfigurieren und neu in ein von einer Recheneinheit ausführbares Programm umzusetzen. Der große Nachteil eines Simulationsverfahrens gemäß dem Stand der Technik besteht somit darin, dass selbst geringe Änderungen des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer die Wiederholung wesentlicher Teile der Simulationsvorbereitungen, insbesondere die neuerliche Umsetzung des veränderten Teilnehmermodells in ein ausführbares Programm, bedingen.For this It is necessary for each participant model affected by the changes reconfigure and re-enter into a program executable by a computational unit implement. The great Disadvantage of a simulation method according to the prior art Thus, even minor changes in temporal behavior the participant repeats essential parts of the simulation preparations, in particular the renewed implementation of the changed participant model into one executable Program, condition.
Zudem müssen die Teilnehmermodelle dem Personenkreis, der mit der Vorbereitung und Durchführung der Simulationen befasst ist, in solcher Form zur Verfügung gestellt werden, dass eine Konfiguration des zeitlichen Verhaltens möglich ist. In der Regel muss hierzu Quellcode der Teilnehmermodelle weitergegeben werden, was beispielsweise in industriellen Kooperationen aus Sicht des weitergebenden Kooperationspartners nachteilig sein kann.moreover have to the participant models to the group of people involved in the preparation and implementation the simulations is provided in such form be that a configuration of temporal behavior is possible. Usually, the source code of the participant models has to be passed on what, for example, in industrial cooperations from view the forwarding cooperation partner can be disadvantageous.
Zum besseren Verständnis weiterer Nachteile des Stands der Technik ist eine nähere Betrachtung der verschiedenen Formen typischerweise verwendeter Teilnehmermodelle notwendig.To the better understanding Further disadvantages of the prior art is a closer look the various forms of typically used subscriber models necessary.
Die erstellten Teilnehmermodelle können je nach Modellierungsgenauigkeit und Implementierungsart sehr unterschiedlich beschaffen sein. Ein-/Ausgangsmodelle beschreiben lediglich die Inhalte und Zeitpunkte empfangener oder versendeter Nachrichten, Hardware-Modelle beschreiben zudem zumindest teilweise den gerätetechnischen Aufbau der Teilnehmer und erlauben so eine exaktere, aber auch rechenaufwändigere Simulation des funktionalen und zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer. Hardware-Modelle stehen jedoch in der Regel erst in einem sehr späten Entwicklungsstadium zur Verfügung.The created participant models can vary depending on the modeling accuracy and implementation be very different. Input / output models describe only the contents and times of received or sent messages, hardware models also describe at least partially the device-technical structure of the participants and thus allow a more accurate, but also computationally-intensive simulation of the functional and temporal behavior of the participants. However, hardware models are usually available only at a very late stage of development.
Des Weiteren unterscheiden sich Teilnehmermodelle typischerweise hinsichtlich der verwendeten Modellierungswerkzeuge und der in Folge dessen verwendbaren Simulationswerkzeuge. Die sich hieraus ergebende Heterogenität der Teilnehmermodelle, auf welche das Verhalten der Teilnehmer abgebildet wird, deren gemeinsamer Betrieb in einem Netzwerk simuliert werden soll, ist aus unterschiedlichen Gründen in der Praxis schwer vermeidbar. Zum einen werden unterschiedliche Teilnehmer eines Netzwerks häufig von unterschiedlichen Entwicklern bereitgestellt, welche nicht über dieselben Modellierungswerkzeuge verfügen bzw. nicht in der Anwendung derselben Werkzeuge geübt sind, z.B. Lieferung von Steuergeräten durch Zulieferbetriebe im Automobilbereich. Zum anderen lassen sich im Hinblick auf Entwicklungsaufwand und/oder Aussagekraft des erstellten Teilnehmermodells nicht alle Teilnehmer durch dieselben Modellierungs-/Simulationswerkzeuge optimal abbilden.Of Further, subscriber models typically differ in terms of the modeling tools used and consequently usable Simulation tools. The resulting heterogeneity of the participant models, on which the behavior of the participants is mapped, their common Operation in a network to be simulated is different establish difficult to avoid in practice. For one thing, different ones Participant of a network frequently provided by different developers who do not have the same Have modeling tools or not practicing the same tools, e.g. Delivery of control units by suppliers in the automotive sector. On the other hand can be in terms of development effort and / or informative value of the created Participants model not all participants through the same modeling / simulation tools optimally map.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur verteilten Simulation heterogener Teilnehmermodelle bekannt. Beispielsweise gewinnt der IEEE Standard HLA (High Level Architecture) in Industrie und Forschung immer mehr an Bedeutung. Große Simulationsmodelle, die HLA-lauffähig sind, können software- und hardwareplattformunabhängig aufgebaut und verteilt ausgeführt werden. Eine solche Software-Architektur unterstützt Interoperabilität und Wiederverwertbarkeit von Komponenten bei der verteilten Simulation und stellt gleichzeitig Mechanismen zur Verwaltung des Ablaufs der Simulation vor. Insbesondere ist in dem Artikel Dahmann, Judith S.: "High Level Architecture for Simulation," dis-rt, pp. 9–14, 1st International Workshop on Distributed Interactive Simulation and Real-Time Applications (DIS-RT'97), 1997 ein Standard zur Bildung von Simulations-Modellen angegeben, bei welchem durch ein Zeitmanagement die Synchronisation einer Simulation unterstützt wird. HLA bietet jedoch keine Lösung für wesentliche Merkmale solcher verteilter Netzwerke, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht. Beispielsweise unterstützt HLA nicht die zyklische Ausführung mehrerer Funktionen eines Teilnehmers mit unterschiedlicher Zykluszeit.Out In the prior art, methods for distributed simulation of heterogeneous Participant models known. For example, the IEEE standard wins HLA (High Level Architecture) in industry and research more and more in importance. Size Simulation models that are HLA-capable can be set up independently of software and hardware platforms and distributed become. Such a software architecture supports interoperability and reusability components in the distributed simulation and puts at the same time Mechanisms to manage the course of the simulation. Especially is in the article Dahmann, Judith S .: "High Level Architecture for Simulation," dis-rt, pp. 9-14, 1st International Workshop on Distributed Interactive Simulation and Real-Time Applications (DIS-RT'97), 1997 a standard for the formation of simulation models, in which by a Time Management the synchronization of a simulation is supported. HLA, however, offers no solution for essential Features of such distributed networks to which the present invention relates Invention relates. For example, HLA does not support the cyclic execution multiple functions of a subscriber with different cycle time.
Zwar kann durch eine Ausführung des jeweiligen Teilnehmermodells mit einer Zykluszeit, welche das kleinste gemeinsame Vielfache der Zykluszeiten der von dem Teilnehmer auszuführenden Einzelfunktionen darstellt, und eine Zeitrasterfilterung das gewünschte funktionale und zeitliche Verhalten des Teilnehmers dargestellt werden. Jedoch geht dies einerseits mit unnötigem Rechenaufwand durch unnötige Abfragen des Zeitrasterfilters einher. Andererseits sind auch hier bei geringen Änderungen des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer wesentliche Teile der Simulationsvorbereitungen zu wiederholen, wodurch die simulative Analyse einer Vielzahl von Konfigurationen des zeitlichen Verhaltens wesentlich erschwert wird.Though can through an execution of the respective subscriber model with a cycle time, which is the smallest common multiple of the cycle times of the participant be executed Represents individual functions, and time-lapse filtering represents the desired functional and temporal behavior of the participant. however On the one hand this is unnecessary Computing effort through unnecessary Queries the time grid filter associated. On the other hand, here too with minor changes the temporal behavior of the participants essential parts of the simulation preparations repeat, resulting in the simulative analysis of a variety of configurations the temporal behavior is much more difficult.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur effizienten Simulation des Betriebs eines Netzwerks mit mehreren über einen Datenbus verbundenen Teilnehmern zu schaffen, bei welchem Änderungen des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer mit geringem Aufwand berücksichtigt werden können.Of the The present invention is based on the object, a method for efficiently simulating the operation of a network with multiple over one Data bus connected participants to create in which changes the time behavior of the participants with little effort can be.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, in welchem das Verhalten der Teilnehmer aufgeteilt wird in separate Modelle für das funktionale Verhalten der Teilnehmer sowie für das zeitliche Verhalten der Teilnehmer und in welchem die funktionalen Modelle zu aus dem zeitlichen Verhalten der Teilnehmer abgeleiteten Ausführungszeitpunkten ausgeführt werden.The The object is achieved by a procedure in which the behavior of the participants is divided will be in separate models for the functional behavior of the participants as well as the temporal behavior of the participants Participant and in which the functional models to from temporal Behavior of participants derived execution times are executed.
Im Einzelnen wird dabei das funktionale Verhalten mindestens eines Teilnehmers durch mindestens ein funktionales Teilnehmerfunktionsmodell beschrieben, welches zu einem vorgebbaren Ausführungszeitpunkt durch eine Recheneinheit ausführbar ist.in the The functional behavior of at least one of them becomes individual Participant through at least one functional participant function model described, which at a predetermined execution time by a Computing unit is executable.
Das zeitliche Verhalten des mindestens einen Teilnehmers des Netzwerks wird durch eine Vielzahl konfigurierbarer Zeitparameter beschrieben. Die Gesamtheit dieser Zeitparameter kann als Modell des zeitlichen Verhaltens aller durch Teilnehmerfunktionsmodelle beschriebenen Teilnehmer des Netzwerks betrachtet werden. Aus den Zeitparametern werden Ausführungszeitpunkte für die Teilnehmerfunktionsmodelle bestimmt, diese werden jeweils einer ausführenden Recheneinheit vorgegeben, woraufhin die funktionalen Teilnehmerfunktionsmodelle zu den vorgegebenen Ausführungszeitpunkten von der jeweiligen Recheneinheit ausgeführt werden.The temporal behavior of the at least one participant of the network is described by a variety of configurable time parameters. The totality of these time parameters can be modeled as temporal Behaviors of all described by subscriber function models Participants of the network are considered. Be out of the time parameters Execution times for the Participant function models determines, these become one each executive Calculated unit, whereupon the functional participant function models to the given execution times be executed by the respective arithmetic unit.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das zeitliche Verhalten der Teilnehmer vom funktionalen Verhalten entkoppelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, funktionale Teilnehmerfunktionsmodelle zu generieren, die von Änderungen des zeitlichen Verhaltens nicht betroffen sind. Die Teilnehmerfunktionsmodelle können somit als ausführbare Programme zur Verfügung gestellt werden, welche bei einer Veränderung des zeitlichen Verhaltens lediglich zu unterschiedlichen Ausführungszeitpunkten aufgerufen werden. Die Teilnehmerfunktionsmodelle selbst müssen im Rahmen einer simulativen Analyse einer Vielzahl von Konfigurationen des zeitlichen Verhaltens hingegen nicht verändert werden.The peculiarity of the method according to the invention is that the temporal behavior of the participants is decoupled from the functional behavior. In this way, it is possible to generate functional subscriber function models that are used by Changes in temporal behavior are not affected. The subscriber function models can thus be made available as executable programs, which are only called at different execution times when the time behavior changes. The participant function models themselves, however, need not be changed as part of a simulative analysis of a variety of temporal behavior configurations.
Für die Durchführbarkeit eines erfindungsgemäßen Verfahrens müssen die Teilnehmerfunktionsmodelle lediglich so erstellt und als ausführbare Programme vorbereitet werden, dass diese zu vorgebbaren Ausführungszeitpunkten durch eine Recheneinheit ausführbar sind.For the feasibility a method according to the invention have to the participant function models just created and as executable programs be prepared that this at predeterminable execution times executable by a computing unit are.
Die Festlegung der Ausführungszeitpunkte der Teilnehmerfunktionsmodelle ist gleichbedeutend mit der zeitlichen Planung der Simulation. Die zeitliche Planung erfolgt auf der Basis von Zeitparametern, welche den Teilnehmern des Netzwerks bzw. den von den Teilnehmern auszuführenden Funktionen zugeordnet sind. Die Ausführungszeitpunkte sind den Teilnehmerfunktionsmodellen zugeordnet. Im Rahmen einer simulativen Analyse einer Vielzahl von Konfigurationen des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer wird diese Planung nacheinander auf der Basis unterschiedlicher Sätze von Zeitparametern, welche die unterschiedlichen zu analysierenden Konfigurationen des zeitlichen Verhaltens beschreiben, ausgeführt. Ergebnis jedes dieser Planungsvorgänge ist eine Menge von Ausführungszeitpunkten.The Determining the execution times of the Participant function models is synonymous with the temporal Planning the simulation. The scheduling is done on the basis of time parameters which the participants of the network or the to be carried out by the participants Functions are assigned. The execution times are the participant function models assigned. As part of a simulative analysis of a variety of Configurations of the time behavior of the participants will be this Planning successively based on different sets of Time parameters showing the different configurations to be analyzed describe the temporal behavior, executed. Result of each of these Planning operations is a lot of execution times.
Die zeitliche Steuerung der Simulation erfolgt durch die Vorgabe der Ausführungszeitpunkte an die jeweils ausführende Recheneinheit. Die Vorgabe eines Ausführungszeitpunkts kann erfolgen durch einen Aufruf an eine ausführende Recheneinheit zum jeweiligen Ausführungszeitpunkt oder durch die Übergabe eines oder mehrerer Ausführungszeitpunkte an eine Recheneinheit, welche das jeweilige Teilnehmerfunktionsmodell daraufhin selbsttätig zum entsprechenden Ausführungszeitpunkt ausführt. Die zeitliche Planung kann mit der zeitlichen Steuerung gekoppelt sein oder separat ablaufen. Planung und Steuerung können auf derselben oder unterschiedlichen Recheneinheiten ablaufen. Die zeitliche Planung und die zeitliche Steuerung der Simulation können durch eine oder mehrere ausschließlich zu diesem Zweck vorgesehene Recheneinheiten erfolgen oder durch eine oder mehrere Recheneinheiten, welche auch zur Ausführung von einem oder mehreren Teilnehmerfunktionsmodellen dienen.The Timing of the simulation is done by specifying the Execution times each executing Processing unit. The specification of an execution time can be done by a call to an executor Arithmetic unit at the respective execution time or by the transfer one or more execution times to a computing unit, which the respective subscriber function model then automatically at the appropriate time of execution performs. Timing can be coupled with scheduling be or run separately. Planning and control can be on expire the same or different arithmetic units. The temporal Planning and timing of the simulation can by one or more exclusively For this purpose, provided arithmetic units or by one or more arithmetic units, which also for the execution of serve one or more participant function models.
Sowohl die zeitliche Planung als auch die zeitliche Steuerung kann schritthaltend im Verlauf der Simulation erfolgen, beispielsweise indem stets ein Zeitpunkt unmittelbar oder mit zeitlichem Abstand nach der Beendigung der Ausführung des zuvor ausgeführten Teilnehmerfunktionsmodells als nächster Ausführungszeitpunkt gewählt und der jeweils ausführenden Recheneinheit vorgegeben wird. Ebenso kann die Wahl und/oder Vorgabe der Ausführungszeitpunkte für einen bestimmten Zeitraum oder die gesamte Simulation im Voraus erfolgen.Either Timing and timing can keep pace in the course of the simulation, for example by always one time immediately or at intervals after termination of the execution of the previously executed Subscriber function model as the next execution time chosen and each executing Arithmetic unit is specified. Likewise, the choice and / or specification the execution times for one certain period or the entire simulation done in advance.
Bezüglich der Umsetzung des funktionalen Verhaltens der Teilnehmer in Teilnehmerfunktionsmodelle sind unterschiedliche Ansätze denkbar. Zum einen können unterschiedliche von einem Teilnehmer erfüllte Funktionen in verschiedene Teilnehmerfunktionsmodelle abgebildet werden, deren Ausführung jeweils durch eine Vorgabe des Ausführungszeitpunkts zeitlich gesteuert wird. Wenn jedes Teilnehmerfunktionsmodell nur eine einzige Funktion beschreibt, muss diese Vorgabe nicht näher hinsichtlich der auszuführenden Funktion spezifiziert werden. Zum anderen können verschiedene von einem Teilnehmer erfüllte Funktionen in ein einziges Teilnehmerfunktionsmodell abgebildet werden. Eine der zeitlichen Steuerung des Teilnehmerfunktionsmodells dienende Vorgabe eines Ausführungszeitpunkts muss dann neben dem eigentlichen Ausführungszeitpunkt die Information beinhalten, welche Funktion auszuführen ist.Regarding the Implementation of the functional behavior of participants in participant function models are different approaches conceivable. For one thing different functions fulfilled by one participant into different ones Participant function models are mapped, their execution respectively by a specification of the execution time in time is controlled. If each participant function model is only a single Function does not have to specify this specification in more detail with respect to the Function are specified. On the other hand, different from one Participants fulfilled Functions mapped into a single subscriber function model become. One of the temporal controls of the participant function model serving time of execution must then in addition to the actual execution time, the information include which function to perform.
Zyklisch geplante Ausführungszeitpunkte können den jeweils ausführenden Recheneinheiten in entsprechend vereinfachter Weise vorgegeben werden.cyclical Scheduled execution times can be each exporting Arithmetic units are given in a correspondingly simplified manner.
Die Ausführung wiederholt auszuführender Teilnehmerfunktionsmodelle kann stets durch dieselbe oder durch unterschiedliche Recheneinheiten erfolgen.The execution Repeat Participant Function Models can always be by the same or by different arithmetic units respectively.
Eine prinzipiell zu einem erfindungsgemäßen Verfahren vergleichbare Vorgehensweise ist von Echtzeitbetriebssystemen bekannt. Der Einsatz von Echtzeitbetriebssystemen unterscheidet sich von einem erfindungsgemäßen Verfahren aber vor allem darin, dass Zeitparameter des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer beim Einsatz von Echtzeitbetriebssystemen zwingend exakt auf die Ausführungszeitpunkte der Teilnehmerfunktionsmodelle abgebildet werden. Eine Abweichung, insbesondere Verkürzung, des durch die Ausführungszeitpunkte bestimmten zeitlichen Ablaufs der Simulation vom durch die Zeitparameter bestimmten zeitlichen Ablauf des simulierten Betriebs ist somit nicht möglich. Die Simulation unter Einsatz von Echtzeitbetriebssystemen dauert somit wesentlich länger als zur Überprüfung der Funktion notwendig. Insbesondere wenn eine Vielzahl von Konfigurationen des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer simulativ analysiert werden soll, stellt dies einen großen Nachteil dar. Ein erfindungsgemäßes Verfahren hingegen eröffnet die Möglichkeit einer zeitlichen Abweichung zwischen Simulation und simuliertem Betrieb. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der durch die Ausführungszeitpunkte bestimmte zeitliche Ablauf der Simulation demnach so geplant und gesteuert, dass er vom durch die Zeitparameter bestimmten zeitlichen Ablauf des simulierten Betriebs abweicht.A procedure which can be compared in principle to a method according to the invention is known from real-time operating systems. The use of real-time operating systems differs from a method according to the invention, but above all in the fact that time parameters of the time behavior of the participants when using real-time operating systems are necessarily mapped exactly to the execution times of the subscriber function models. A deviation, in particular shortening, of the timing of the simulation determined by the execution times from the time sequence of the simulated operation determined by the time parameters is thus not possible. The simulation using real-time operating systems thus takes much longer than necessary to check the function. In particular, if a multiplicity of configurations of the time behavior of the participants is to be simulatively analyzed, this represents a major disadvantage. A method according to the invention, on the other hand, opens up the possibility of a temporal deviation between simulation and simulated operation. According to a preferred embodiment of the invention, the timing of the simulation determined by the execution times is accordingly planned and controlled such that it deviates from the time sequence of the simulated operation determined by the time parameters.
Insbesondere eine Verkürzung der Simulationsdauer gegenüber der Dauer des simulierten Betriebs erscheint hier praxisrelevant. Hierzu können zum einen Zeiträume des simulierten Betriebs, in welchen keiner der Teilnehmer eine Funktion ausführt, in der Simulation verkürzt oder schlichtweg übersprungen werden. Gegebenenfalls wird eine in der Simulation abgebildete Betriebszeit bei einer solchen Verkürzung oder Auslassung entsprechend aktualisiert. Die Anwendbarkeit dieser bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens setzt jedoch in der Regel voraus, dass das funktionale Verhalten aller Teilnehmer durch Teilnehmerfunktions modelle beschrieben wird und keine physikalischen Teilnehmer an die Simulationsumgebung angebunden sind.Especially a shortening the simulation duration The duration of the simulated operation appears relevant to practice here. For this purpose can a periods of the simulated operation, in which none of the participants a Performs function, shortened in the simulation or simply skipped become. If necessary, an operating time mapped in the simulation becomes at such a shortening or omission updated accordingly. The applicability of this preferred embodiment a method according to the invention However, it usually assumes that the functional behavior of all participants is described by subscriber function models and no physical participants connected to the simulation environment are.
Eine einfache Variante zur zeitlich verkürzten Planung des zeitlich Ablaufs der Simulation besteht darin, aus den Zeitparametern des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer zunächst lediglich eine Reihenfolge der Ausführung der Funktionen aller Teilnehmer zu ermitteln. Die Ermittlung dieser Reihenfolge kann für einen bestimmten Zeitraum im Voraus oder schritthaltend im Verlauf der Simulation, ggf. unter Berücksichtigung bereits erfolgter Simulationsschritte, erfolgen. Die Ermittlung der Reihenfolge kann besonders einfach ablaufen, wenn für die Ausführung aller Funktionen des Betriebs eine verschwindende Ausführungsdauer angenommen wird. In der Simulation werden die den jeweiligen Funktionen entsprechenden Teilnehmerfunktionsmodelle dann nacheinander gemäß dieser Reihenfolge ausgeführt. Die Wahl der Ausführungszeitpunkte der Teilnehmerfunktionsmodelle kann dann ebenfalls entweder schritthaltend im Verlauf der Simulation erfolgen, indem ein Zeitpunkt nach der Beendigung der Ausführung des zuvor ausgeführten Teilnehmerfunktionsmodells gewählt wird, oder die Wahl der Ausführungszeitpunkte erfolgt für einen bestimmten Zeitraum oder die gesamte Simulation im Voraus. In eine Festlegung im Voraus muss jedoch eine Abschätzung der voraussichtlichen Simulations-Ausführungsdauer der auszuführenden Teilnehmerfunktionsmodelle einfließen. Diese Abschätzung kann z.B. anhand einer WCET (Worst Case Execution Time), anhand von Erfahrungswerten oder Zufallszeiten erfolgen. Eine zeitoptimaler Ablauf der Simulation ergibt sich unter Annahme einer rein sequenziellen Abarbeitung dann, wenn alle Ausführungszeitpunkte direkt am Ende der Ausführungszeit des zuvor ausgeführten Teilnehmerfunktionsmodells gewählt werden.A simple variant for temporally shortened planning of the time The simulation process consists of the time parameters of the temporal behavior of participants initially only one order the execution to determine the functions of all participants. The determination of this Order can be for a certain period of time in advance or keeping pace in the course the simulation, if necessary under consideration already completed simulation steps done. The investigation The order can be particularly simple when running for the execution of all Functions of the operation is assumed a vanishing execution time. In the simulation, the corresponding to the respective functions Subscriber function models then executed sequentially according to this order. The vote the execution times the subscriber function models can then also either keeping pace in the course of the simulation by a time after the Termination of the execution of the previously executed Participant function model selected or the choice of execution dates for one specific period or the entire simulation in advance. In a However, in advance, an estimate of the expected Simulation execution time the one to be performed Incorporate participant function models. This estimate can e.g. based on a WCET (Worst Case Execution Time), based on experience or random times. A time-optimized sequence of the simulation results assuming a purely sequential execution then if all execution times right at the end of the execution time of the previously executed Participant function model selected become.
Optional kann der durch die Ausführungszeitpunkte bestimmte zeitliche Ablauf der Simulation alternativ so geplant und gesteuert werden, dass er mit dem durch die Zeitparameter bestimmten zeitlichen Ablauf des simulierten Betriebs übereinstimmt. Diese spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn mindestens ein physikalischer Teilnehmer über einen Datenbus mit der Simulationsumgebung, insbesondere mit einer zur Ausführung eines Teilnehmerfunktionsmodells dienenden Recheneinheit, verbunden wird. Die zeitliche Steuerung des mindestens einen physikalischen Teilnehmers erfolgt dann im Gegensatz zur zeitlichen Steuerung der Ausführung der Teilnehmerfunktionsmodelle nicht durch das erfindungsgemäße Verfahren. Durch die Simulation in Echtzeit kann jedoch ein synchroner zeitlicher Ablauf im Sinne einer Hardware-in-the-Loop-Simulation erreicht werden. Optional kann in einem solchen Fall auch die zeitliche Steuerung von Teilnehmerfunktionsmodellen durch einen physikalischen Teilnehmer übernommen oder zumindest von dessen zeitlichem Verhalten abhängig gemacht werden.optional can by the execution times Alternatively, the timing of the simulation is planned as an alternative and be controlled by the one determined by the time parameters Timing of the simulated operation matches. This special embodiment a method according to the invention is particularly preferable if at least one physical Participants over a data bus with the simulation environment, in particular with a for execution a subscriber function model serving arithmetic unit connected becomes. The timing of the at least one physical Participant is then in contrast to the timing of the execution the subscriber function models not by the inventive method. Due to the simulation in real time, however, a synchronous time sequence can occur be achieved in terms of a hardware-in-the-loop simulation. optional In such a case, it is also possible to control the timing of subscriber function models taken over by a physical participant or at least of dependent on its temporal behavior be made.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das funktionale und zeitliche Verhalten der Teilnehmer so modelliert, dass die auf einen Teilnehmer bezogenen Zeitparameter die Taktzykluszeit eines Betriebssystems des Teilnehmers und/oder die Nachrichtenzykluszeit einer oder mehrerer periodisch durch den Teilnehmer zu versendender oder zu empfangender Nachrichten und/oder die Aufgabenzykluszeit einer oder mehrerer durch den Teilnehmer zu erfüllenden Aufgaben umfassen.According to one particularly preferred embodiment The invention relates to the functional and temporal behavior of the participants modeled in such a way that the time parameters related to a participant are the Clock cycle time of an operating system of the subscriber and / or the Message cycle time of one or more periodically by the subscriber messages to be sent or received and / or the task cycle time include one or more tasks to be performed by the participant.
Eine solche Beschreibungsform des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer ist hinsichtlich des in der Simulation entstehenden Berechnungsaufwands in der Regel als sehr effizient anzusehen und beinhaltet in der Regel einen ausreichenden Detaillierungsgrad zur zuverlässigen Analyse von Synchronisationseffekten. Durch die Berücksichtigung der Taktzykluszeit des Betriebssystems kann unter anderem die fälschliche Annahme einer kontinuierlichen Abarbeitung durch den jeweiligen Teilnehmer, welche zu Fehleinschätzungen bezüglich Synchronisationseffekten führen kann, vermieden werden. Durch die Berücksichtigung- von Aufgaben- und/oder Nachrichtenzykluszeiten wird unnötiger Rechenaufwand für zum jeweiligen Ausführungszeitpunkt nicht auszuführende Funktionen eines Teilnehmers vermieden.A Such description of the temporal behavior of the participants is in terms of the amount of computation arising in the simulation in usually considered as very efficient and usually involves a sufficient level of detail for reliable analysis of synchronization effects. By considering the clock cycle time The operating system may include, but is not limited to, the erroneous assumption of a continuous Processing by the respective participant, which leads to misjudgments in terms of Synchronization effects lead can be avoided. By taking account of tasks and / or message cycle times becomes unnecessary computational effort for each Execution time not to be carried out Functions of a participant avoided.
Die Teilnehmer des simulierten Netzwerks kommunizieren untereinander durch das Versenden von Nachrichten. In der Simulation müssen demnach ebenfalls Nachrichtendaten unter den Teilnehmerfunktionsmodellen und ggf. angebundenen physikalischen Teilnehmern ausgetauscht werden. Je nach Simulationsumgebung kann dieser Austausch unterschiedlich erfolgen. Werden Teilnehmerfunktionsmodelle auf unterschiedlichen Recheneinheiten ausgeführt, können sie ebenfalls durch das Versenden von Nachrichten miteinander kommunizieren. Teilnehmerfunktionsmodelle, welche auf eine gemeinsame Speichereinheit zugreifen können, beispielsweise auf derselben Recheneinheit ausgeführte Teilnehmerfunktionsmodelle, können Nachrichtendaten übergeben, indem sie diese in der gemeinsamen Speichereinheit ablegen bzw. auslesen. Über einen Datenbus angebundene physikalische Teilnehmer kommunizieren in jedem Fall durch das Empfangen und Versenden von Nachrichten.The participants of the simulated network communicate with each other by sending messages. In the simulation, therefore, message data must also be exchanged among the subscriber function models and possibly connected physical subscribers. Depending on the simulation environment, this exchange may be done differently. If subscriber function models are executed on different arithmetic units, they can also communicate with one another by sending messages. Subscriber function models which can access a shared memory unit, for example subscriber function models executed on the same arithmetic unit, can transmit message data by storing or reading them in the common memory unit. Connected via a data bus physical participants communicate in each case by receiving and sending messages.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besitzen die zwischen den Teilnehmerfunktionsmodellen und, sofern vorhanden, den physikalischen Teilnehmern ausgetauschten Nachrichtendaten ein von der Beschreibungsform der beteiligten Teilnehmerfunktionsmodelle unabhängiges generisches Nachrichtendatenformat. Auf diese Weise können heterogene Teilnehmerfunktionsmodelle und ggf. physikalische Teilnehmer in einfacher Weise in eine gemeinsame Simulationsumgebung eingebunden werden.According to one Development of the invention have the between the participants function models and, if present, the physical subscribers Message data from the description of the participating subscriber function models independent generic message data format. In this way, heterogeneous Participant function models and, if necessary, physical participants in be easily integrated into a common simulation environment.
Im einfachsten Fall wird ein Teilnehmerfunktionsmodell so ausgeführt, dass zu übergebende Nachrichtendaten das generische Nachrichtendatenformat besitzen bzw. dass entgegenzunehmende Nachrichtendaten; welche das generische Nachrichtendatenformat besitzen, verarbeitet werden können. In dem Fall, dass das Nachrichtendatenformat zu übergebender Nachrichtendaten von dem generischen Nachrichtendatenformat abweicht, werden die Nachrichtendaten gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung durch ein Verfahren zur Datenanpassung in das generische Nachrichtendatenformat umgewandelt. Vorzugsweise wird ein solches Verfahren zur Datenanpassung direkt dem Teilnehmerfunktionsmodell zugeordnet und erfüllt somit die Rolle eines Adapters zur Anbindung des Teilnehmerfunktionsmodells an die Simulation. Physikalische Teilnehmern müssen in hierzu analoger Weise entweder zur Kommunikation in dem generischen Nachrichtendatenformat geeignet sein oder ihnen wird ein Verfahren zur Datenanpassung zugeordnet.in the In the simplest case, a subscriber function model is executed in such a way that message data to be transferred have the generic message data format or message data to be received; which have the generic message data format processed can be. In in the case that the message data format is message data to be transferred is different from the generic message data format, the message data becomes according to a further development of the invention by a method for data adaptation converted to the generic message data format. Preferably Such a method of data adaptation will be directly related to the subscriber function model assigned and fulfilled thus the role of an adapter for connecting the subscriber function model to the simulation. Physical participants must do this in an analogous way either for communication in the generic message data format be suitable or assigned a data adaptation procedure.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren erlaubt eine sehr effiziente und aussagekräftige Simulation des Betriebs eines Netzwerks mit mehreren über einen Datenbus verbundenen Teilnehmern. Änderungen des zeitlichen Verhaltens der Teilnehmer können mit geringem Aufwand berücksichtigt werden. Ein ähnlich aussagekräftiges Simulationsergebnis könnte unter Umständen in einem Simulationsverfahren erzielt werden, das auf Hardware-Modellen der Teilnehmer basiert. In der Regel stehen Hardware-Modelle der Teilnehmer jedoch erst in einem sehr späten Entwicklungsstadium zur Verfügung. Eine Besonderheit eines erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit darin, dass aussagekräftige Ergebnisse erzielt werden können auf der Basis von Teilnehmermodellen, insbesondere Teilnehmerfunktionsmodellen, welche keine Information zum gerätetechnischen Aufbau der Teilnehmer enthalten.One inventive method allows a very efficient and meaningful simulation of the operation a network with several over a data bus connected participants. Changes in temporal behavior the participant can with considered at a low cost become. A similar meaningful Simulation result could in certain circumstances achieved in a simulation process based on hardware models the participant is based. In general, hardware models are the Participants, however, only at a very late stage of development to Available. A special feature of a method according to the invention thus exists in that meaningful Results can be achieved on the basis of subscriber models, in particular subscriber function models, which No information about the device design the participant included.
Die Simulationsumgebung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann sehr einfach gehalten werden, indem die Ausführung aller Teilnehmerfunktionsmodelle durch eine einzige Recheneinheit erfolgt. Als Alternative ist die Ausführung der Teilnehmerfunktionsmodelle durch vernetzte Recheneinheiten denkbar und liegt ebenfalls im Bereich der Erfindung.The Simulation environment to run a inventive method can be kept very simple by the execution of all participant function models done by a single arithmetic unit. As an alternative, the Execution of the Participant function models conceivable by networked computing units and is also within the scope of the invention.
Besonders einfach kann die Simulationsumgebung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gehalten werden, wenn nicht nur die Ausführung aller Teilnehmerfunktionsmodelle durch eine einzige Recheneinheit erfolgt, sondern auch der zeitliche Ablauf der Simulation entsprechend den Ausführungszeitpunkten durch die Recheneinheit gesteuert wird, auf welcher die Teilnehmerfunktionsmodelle ausgeführt werden.Especially simply the simulation environment for carrying out a method according to the invention held, if not only the execution of all participant function models done by a single arithmetic unit, but also the temporal Sequence of the simulation according to the execution times by the Arithmetic unit is controlled on which the subscriber function models accomplished become.
Die Verbindung der zu einem Netzwerk zusammengeschlossenen Teilnehmer kann entweder durch einen einzigen oder durch mehrere Datenbusse realisiert sein. Dabei sind serielle, parallele und redundante sowie funktions-/nachrichten- und teilnehmerspezifische Verbindungsvarianten denkbar.The Connection of participants connected to a network can be either through a single or through multiple data buses be realized. These are serial, parallel and redundant as well Function / message and subscriber specific connection variants conceivable.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren eignet sich zudem zur gezielten oder zufallsbasierten Fehlerinjektion, sowohl bezogen auf die Teilnehmer selbst als auch auf die im Netzwerk enthaltenen Datenbusse.One inventive method is also suitable for targeted or random-based error injection, both in terms of the participants themselves and those in the network contained data buses.
Als Einsatzgebiet eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere die Simulation des Betriebs eines Netzwerks mit mehreren über einen oder mehrere Datenbusse verbundenen Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.When Field of application of a method according to the invention is in particular simulating the operation of a network with several over one or more data buses connected control units of a motor vehicle provided.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen jeweils schematischBased the attached Drawings, the invention is explained in more detail below. Show each schematically
Zur Analyse des Zusammenwirkens der Steuergeräte eines Kraftfahrzeugs wird deren vernetzter Betrieb informationstechnisch simuliert.to Analysis of the interaction of the control units of a motor vehicle is their networked operation simulates information technology.
Im
Entwicklungsprozess muss zunächst
ein Modell
Die
erstellten Modelle
Je
nach ihrer Beschaffenheit können
die Modelle
Die
Vorbereitung der im Entwicklungsprozess erstellten Modelle
Als
Datenbasis für
den Modell-Builder
Aus
dieser Beschreibungsdatei
Zudem
werden vom Modell-Builder
Vor
der Durchführung
der CoSimulation werden die vom Modell-Builder
Alternativ
zur beschriebenen Vorgehensweise ist auch eine eher parallele Arbeitsweise
von Modell-Builder
Die
Durchführung
der CoSimulation wird über
einen zentralen Koordinator
Die
Darstellung in
Das
Laufzeitsystem zur Durchführung
der CoSimulation besteht aus einer CoSimulation-Engine
Die
CoSimulation-Engine
Die
CoSimulation-Engine
Die
CoSimulation-Engine
Da
die CoSimulation-Engine
Die
einheitliche Verarbeitung innerhalb der CoSimulation-Engine
Die
Anbindung heterogener Teilnehmerfunktionsmodelle
Bevorzugt
wird die gesamte Kommunikation zwischen den Teilnehmerfunktionsmodellen
Damit
Modelle
Die
CoSimulation-Engine
Innerhalb
der CoSimulation-Engine
Gemäß der hier
beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in der Simulation nur der Beginn jedes dieser Zeiträume verarbeitet.
Im
Signalfluss gemäß
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