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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Darstellen einer Konfiguration einer Hardware.
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Stand der Technik
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In einem Steuergerät zum Kontrollieren einer technischen Einrichtung, bspw. eines Kraftfahrzeugs, kann mindestens ein Mikrocontroller (µC) eingebettet und somit angeordnet sein. Ein derartiger eingebetteter Mikrocontroller kann ein hohes Maß an Konfigurationsmöglichkeiten, d. h. bspw. mehr als 1000 Konfigurationsparameter, aufweisen, die zunächst teilweise projektspezifisch durch Systemsoftware eingestellt werden müssen. Erst nach dieser Einstellung sind eine Funktionssoftware des Steuergeräts und somit auch das Steuergerät funktionsfähig.
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Üblicherweise ist zudem nachzuweisen, dass eine Konfiguration des mindestens einen Mikrocontrollers fehlerfrei ist, was jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden und fehlerträchtig sein kann. Falls der Mikrocontroller als reale Hardware vorliegt, sind dessen einzelne Konfigurationsparameter, z. B. mit einem Debugger, auszulesen und mit hierfür vorgesehenen Soll-Werten zu vergleichen.
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Außerdem kann zum Entwickeln und/oder Testen eines Mikrocontrollers ein virtueller Prototyp eingesetzt werden, bei dem es sich um ein Simulationsmodell des bereitzustellenden Ziel-Mikrocontrollers handelt, der zur Ziel-Hardware funktional identisch ist. Dabei kann auf und/oder mit dem Simulationsmodell des Mikrocontrollers dieselbe Software wie auf dem realen, physischen Mikrocontroller ausgeführt werden. Das Simulationsmodell für den Mikrocontroller mit der zugehörigen Software können auf einem herkömmlichen Rechner, bspw. einem Desktop-Computer, ausgeführt werden. Diese Maßnahme erlaubt u. a., den Mikrocontroller zu beobachten und dabei bspw. Informations- oder Fehlermeldungen, die sich während einer Umkonfiguration des Softwaremodells des Mikrocontrollers ergeben können, auszugeben. Zu diesem Zweck kann Software, die hierzu bereitgestellt wird, verwendet werden. Hierzu kann bspw. auch freie Software eingesetzt werden.
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Typischerweise wird Konfigurationssoftware der Hardware in mehreren, teilweise werkzeug- bzw. toolgestützten Schritten erstellt, bis schließlich das endgültige, kompilierte Produkt als Teil eines gesamten Binärfiles der Hardware, in der Regel des Steuergeräts, vorliegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Datenverarbeitungseinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Mit dem vorgestellten Verfahren sowie mit der vorgestellten Datenverarbeitungseinrichtung ist eine Konfiguration von Hardware, die mindestens eine Komponente und somit auch üblicherweise mehrere untereinander verbundene und Daten austauschende Komponenten aufweisen kann, darstellbar. Diese mindestens eine Komponente der Hardware ist in der Regel als Recheneinheit, bspw. als Mikrocontroller, ausgebildet. Die mindestens eine Recheneinheit kann in Ausgestaltung in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs eingebettet sein.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Hardware sowie eine Konfigurationssoftware der mindestens einen Recheneinheit und somit der Hardware auf einem virtuellen System ausgeführt und demnach modelliert werden können. Dies bedeutet, dass mit der Datenverarbeitungseinheit als Wirts-Rechner das virtuelle System, auf dem dann ein Simulationsmodell der Hardware und die Konfigurationssoftware in einer virtuellen Umgebung ausgeführt werden, bereitgestellt wird. Während einer Ausführung kann die Konfigurationssoftware zu einem beliebigen Zeitpunkt angehalten werden. Eine bei der Ausführung bis zu diesem Zeitpunkt entstandene, aktuelle Konfiguration der als Simulationsmodell simulierten und/oder modellierten Hardware wird gesammelt und ausgegeben.
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Ein Anhalten der Konfigurationssoftware ist in Ausgestaltung zu einem unter mehreren Zeitpunkte möglich und auch sinnvoll. Derartige Zeitpunkte können direkt nach dem Einschalten, nach einem jeweiligen Abschluss der Initialisierung eines Peripherals bzw. Peripheriegeräts, nach einer Initialisierung der Datenverarbeitungseinrichtung oder auch zu späteren Zeitpunkten gewählt werden, da dynamische Umkonfigurationen der Konfigurationssoftware auftreten können.
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Die aktuelle Konfiguration der simulierten und/oder modellierten Hardware kann bspw. in Textform ausgegeben werden. Somit kann eine Ist-Konfiguration mit einer Soll-Konfiguration automatisiert verglichen werden. In der Regel umfassen die aktuell ausgegebene Konfiguration bzw. die Ist-Konfiguration sowie eine vorgegebene Konfiguration bzw. die Soll-Konfiguration jeweils eine Anzahl von Konfigurationsparametern. Somit ist es möglich, ausgegebene und/oder dargestellte Ist-Werte der Konfigurationsparameter der aktuellen Konfiguration mit Soll-Werten der Konfigurationsparameter der vorgegebenen Konfiguration zu vergleichen. Die in Textform bzw. als Text ausgegebene aktuelle Konfiguration der Hardware wird bspw. zu Dokumentationszwecken gespeichert.
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Alternativ oder ergänzend ist die aktuelle Konfiguration der simulierten und/oder modellierten Hardware in grafischer Form bzw. als Grafik mit grafischen Elementen auszugeben und/oder darzustellen. Mit einer derartigen Grafik sind ebenfalls Ist-Werte von Konfigurationsparametern darstellbar. Mit der Grafik können sowohl inaktive als auch aktive Komponenten der Hardware kenntlich gemacht werden. Dies betrifft auch Details der Komponenten, Schalterstellungen und/oder Signalpfade zwischen Komponenten, die mit der Darstellung visualisiert werden.
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In der Regel kann eine Darstellung der aktuellen Konfiguration der Hardware sowohl Text als auch grafische Elemente umfassen.
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Die reine Darstellung der Konfiguration kann zudem durch Informationen, bspw. zu Fehlkonfigurationen und/oder widersprüchlichen Konfigurationen einzelner Komponenten, aus einem virtuellem Modell der Hardware und/oder einem virtuellen System für die Hardware zum Bereitstellen des Simulationsmodells für die Hardware ergänzt werden.
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Sowohl eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) als auch ein Mikrocontroller als mindestens eine Komponente einer Hardware, bspw. für ein Steuergerät, weisen eine Vielzahl an Konfigurationsmöglichkeiten auf, die durch Konfigurationsparameter dieser Komponenten darstellbar sind, wobei durch eine hohe Flexibilität dieser Komponenten, üblicherweise Bausteine der Hardware, deren Einsatzbereich zu erweitern ist. Die Vielzahl an Konfigurationsparametern für diese Komponenten sind durch eine Systemsoftware projektspezifisch einzustellen, bevor eine Funktionssoftware und somit das Steuergerät, das die mindestens eine Komponente umfasst, funktionsfähig ist. Hierzu werden bei einem Startvorgang eines virtuellen Modells und/oder einer Simulation der Hardware auf dem virtuellen System in Konfigurationsregister aktuelle Werte von Konfigurationsparametern geschrieben.
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Mit dem Verfahren ist die Konfiguration der Hardware durch Text und/oder Grafik fehlerfrei darstellbar, deren Richtigkeit nunmehr unter geringem Aufwand nachweisbar ist. Da die Darstellung auf einer softwaregestützten Simulation bzw. einem softwaregestützten Modell der Hardware beruht, ist im Vergleich zu realer, physischer Hardware nicht erforderlich, die einzelnen Konfigurationsparameter bspw. mit einem Debugger, d. h. einem Diagnoseprogramm zum Entdecken von Fehlern in der Hardware, auszulesen. Mit der Darstellung der Konfiguration können aktuelle Ist-Werte der Konfigurationsparameter mit hierzu vorgegebenen Soll-Werten verglichen werden.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die endgültige und demnach finale Konfigurationssoftware, in diesem Fall dasselbe Binärfile, wie auf der realen Hardware, auf dem virtuellen System ausgeführt, angehalten und die entstandene aktuelle Konfiguration der simulierten und/oder modellierten Hardware gesammelt ausgegeben. Somit kann u. a. eine Auswirkung der Konfigurationssoftware auf die Hardware verifiziert werden. Hierbei ist vorgesehen, dass die Konfigurationssoftware in einem teilweise manuellen, teilweise automatisierten Prozess, in vielen Schritten, in der Regel durch Programmierung, bereitgestellt wird, wobei projektspezifische Eingabe-Informationen dieses Prozesses weit verteilt sein können.
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Bei einer Umsetzung des Verfahrens kann ein Werkzeug zur Erstellung des virtuellen Modells der Hardware verwendet werden, mit dem eine Verwendung eines Texteditors zur Erstellung einer SystemC-Beschreibung sowie darüber hinaus ein Einsatz von grafischen Editoren vorgesehen ist. Hiermit können einzelne Komponenten Module der simulierten und/oder modellierten Hardware und deren Konfiguration in mindestens einem Blockdiagramm instanziiert und verbunden werden.
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Dieses mindestens eine Blockdiagramm wird in einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Erstellung einer virtuellen Plattform verwendet. Außerdem werden Statusinformationen aus dem Modell und/oder der Simulation der Hardware, die nach einer Ausführung der Konfigurationssoftware bereitgestellt wird bzw. werden zum grafischen Darstellen der Konfiguration der modellierten und/oder simulierten Hardware verwendet.
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Mit dem Verfahren sind üblicherweise auch Konfigurationen von einzelnen Komponenten der simulierten und/oder modellierten Hardware darstellbar. Dies betrifft beispielsweise die Konfiguration von Pins bzw. Anschlusssteckern als Schnittstellen der Hardware, üblicherweise Pins von mindestens einem Mikrocontroller. Hier ist in der Regel eine Konfiguration einer Flussrichtung von eingehenden oder ausgehenden Signalen (Input oder Output) beispielsweise in Form von Pfeilen grafisch darstellbar.
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Zudem können Konfigurationen weiterer Betriebsparameter der als Pins ausgebildeten Komponenten dargestellt werden. Dies betrifft u. a. eine Strombegrenzung (drive strength), einen Wert eines eingehenden oder ausgehenden Wechselstromwiderstands sowie dessen Kontrolle (input, output impedance control), eine Freigabe einer geöffneten Senke oder Quelle eines Ausgangs eines Feldeffekttransistors (open drain/source output enable), eine Änderung, bspw. Anstiegsrate oder Flankensteilheit, einer Spannung eines JTAG(joint test action group)-Pins sowie eine Kontrolle dieser Änderung (slew rate control of JTAG pin), eine Kontrolle eines schwachen, niederohmigen Innenwiderstands (internal weak pull control), eine Kontrolle von analogen Pfadschaltern (control of analog path switches), eine Konfiguration eines Verhaltens einer Sicherheits-Betriebsart (safe mode behavior configuration) und/oder eine Höhe von Eingabewerten einer Transistor-Transistor-Logik oder eines komplementären Metall-Oxid-Halbleiters (complementary metal oxide semiconductor) (TTL or CMOS input levels).
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Mit der bereitgestellten aktuellen Konfiguration können interne Schalterstellungen und Signalpfade der Hardware dargestellt werden. Auf diese Weise wird u. a. dargestellt, welche Komponente bzw. welches Modul der Hardware mit welcher mindestens einen weiteren Komponente, bspw. welchem mindestens einen weiteren Pin, aktuell verbunden ist.
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Weiterhin können mit der dargestellten aktuellen Konfiguration sowohl aktive als auch inaktive Komponenten, z. B. Peripheriemodule oder ganze Prozessorkerne, optisch kenntlich gemacht und/oder markiert werden. Hierbei können aktive Komponenten optisch hervorgehoben und im Unterschied hierzu inaktive Komponenten üblicherweise ausgegraut werden. Diesbezüglich können auch fehlerhaft konfigurierte Komponenten in der Darstellung optisch hervorgehoben werden.
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Außerdem ist eine Darstellung von Modusinformationen, die z. B. darüber Auskunft geben, welches Kommunikationsprotokoll eingestellt worden ist und/oder eingestellt ist, möglich. Weitere mit der aktuellen Konfiguration darstellbare Betriebsparameter sind beispielsweise Takt-Einstellungen (Takt-Settings), Rücksetz(Reset)-Zuständen und weitere Zustände von Komponenten der Hardware.
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Die grafische Darstellung der aktuellen Konfiguration kann u. a. ein interaktives Blockdiagramm mit grafische Anmerkungen bzw. Annotationen auf unterschiedlichen Ebenen der simulierten und/oder modellierten Hardware umfassen. Diese Darstellung betrifft sowohl Anmerkungen in der höchsten Ebenen (Top-Level) als auch Anmerkungen zu hierarchisch niedriger angeordneten Ebenen, die in der Regel innerhalb untergeordneter Komponenten, bspw. innerhalb von Sub-Modulen, angeordnet sind.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der Datenverarbeitungseinrichtung bei Durchführung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der Datenverarbeitungseinrichtung bei Durchführung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens sowie ein Beispiel einer zu simulierenden Hardware.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
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Die in 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform der Datenverarbeitungseinrichtung 2 ist hier als ein sogenannter Host-Computer bzw. Wirts-Computer ausgebildet, wobei auf dieser Datenverarbeitungseinrichtung 2 ein für diese Datenverarbeitungseinrichtung 2 vorgesehenes Betriebssystem 4 (Host OS) läuft, mit dem auf der Datenverarbeitungseinrichtung ein virtuelles System bereitgestellt wird.
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1 zeigt weiterhin ein Simulationsmodell 6 einer zu simulierenden und/oder modellierenden Hardware, die hier als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 28 (ASIC) zusammen mit einem Prozessor 7 ausgebildet ist, der als Komponenten einen ersten Prozessorkern 8, einen zweiten Prozessorkern 10, einen dritten Prozessorkern 12, einen Zeitgeber 14, eine Schnittstelle 18 zur Eingabe und Ausgabe von Signalen, einen Speicher 22 und eine serielle periphere Schnittstelle 24 (SPI) aufweist.
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Zudem zeigt 1 eine Software 30, die auf der Hardware installiert und ausgeführt wird. Diese Software 30 umfasst eine Anwendungsschicht 32 (application layer), eine Laufzeitumgebung 34 (runtime environment), ein Betriebssystem 36 (OS), eine Abstraktion 38 der hier als Steuergerät (ECU, electronic control unit) ausgebildeten Hardware, eine Abstraktion 40 eines Mikrocontrollers der Hardware sowie komplexe Gerätetreiber 42 (complex drivers).
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Mit und/oder auf dem Betriebssystem 4 der Datenverarbeitungseinrichtung 2 werden das Simulationsmodell 6 der Hardware sowie die darauf auszuführende Software 30 ausgeführt. Dabei erzeugt die Datenverarbeitungseinrichtung 2 ein virtuelles System mit einer virtuellen Umgebung der zu simulierenden und/oder zu modellierenden Hardware.
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Mit dem Simulationsmodell 6 der Hardware wird die gesamte Software 30, die auch von der realen Hardware angewendet und/oder ausgeführt, in der simulierten Umgebung identisch ausgeführt. Dabei umfasst die gesamte Software 30 alle Schichten und Module der Software 30 der realen Hardware. Hinsichtlich einer identischen Ausführung wird dasselbe Binärfile, üblicherweise im elf- oder hex-Format, das z. B. für einen Zielprozessor, der hier die drei Prozessorkerne 8, 10, 12 umfasst, als mindestens eine Komponente der Hardware kompiliert wurde, verwendet. In diesem Fall ist eine sogenannte Cross-Compilierung eines Steuergeräte-C-Source-Codes der hier zu simulierenden, als Steuergerät ausgebildeten Hardware nicht erforderlich.
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In Ausgestaltung des Verfahrens wird die Hardware, bspw. Hardware für ein Steuergerät, oder zumindest ein Teil der Hardware, d. h. zumindest eine Komponente der Hardware, etwa ein Mikrocontroller, simuliert. Somit wird das ausführbare Simulationsmodell 6 des zumindest einen Teils der Hardware, das auch als virtueller Prototyp bezeichnet werden kann, erzeugt. Ein derartiges Simulationsmodell 6 der Hardware wird in einer hierfür vorgesehenen Programmiersprache implementiert und auf der Datenverarbeitungseinrichtung 2, hier einem Desktop-Computer, unter dem Betriebssystem 4 ausgeführt.
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Das Steuergerät und somit die Hardware ist üblicherweise zum Kontrollieren mindestens eines Moduls, bspw. eines Antriebsstrangs, einer technischen Einrichtung, bspw. eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet. Im Rahmen der Simulation und/oder Modellierung der Hardware mit dem Simulationsmodell 6, kann das mindestens eine Modul über einen Simulator für das virtuelle System und somit für die virtuelle Umgebung ebenfalls simuliert werden. Hierzu wird das Simulationsmodell 6 der Hardware mit dem Simulator des mindestens einen Moduls gekoppelt. Weiterhin können bei der Simulation und/oder Modellierung auch Umgebungsparameter der virtuellen Umgebung der Hardware, die den Betrieb der Hardware auch in der Realität beeinflussen, simuliert werden. Auf diese Weise wird durch das Simulationsmodell 6 ein Verhalten der Hardware virtuell nachgebildet.
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Insgesamt ist die simulierte und/oder modellierte Hardware besser zu beobachten als die reale Hardware. So können Zustand-Informationen der simulierten und/oder modellierten Hardware üblicherweise auch in textueller Form ausgegeben werden, wodurch bspw. Bus-Transaktionen als Übertragungen von Signalen zwischen einzelnen Komponenten der Hardware über eine als Netzwerk 18 ausgebildete Komponente der Hardware beobachtet werden können. Dies betrifft u. a. eine Darstellung von Fehlermeldungen und/oder Warnungen, die sich auch bei einer Ausführung des Simulationsmodells 6 der Hardware ergeben können.
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Das in 2 schematisch dargestellte Beispiel einer Hardware 50 umfasst mehrere Komponenten 52, 54, von denen in 2 lediglich eine erste Komponente 52 sowie eine n-te Komponente 54 konkret dargestellt sind. 2 zeigt ebenfalls in schematischer Darstellung die zweite Ausführungsform der Datenverarbeitungseinrichtung 56 zur Bereitstellung eines virtuellen Systems, auf dem bei einer Durchführung der zweiten Ausführungsform des Verfahrens ein Simulationsmodell 58 der Hardware 50 ausgeführt wird. Bei Durchführung der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird weiterhin eine Darstellung 60 einer Konfiguration der Hardware 50 ausgegeben.
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Bei beiden anhand der 1 und 2 vorgestellten Ausführungsformen des Verfahrens zum Darstellen einer Konfiguration der Hardware, bspw. einer Recheneinheit, wird die Konfigurationssoftware der Hardware 50 auf einem virtuellen System, das für die Hardware 50 auf der Datenverarbeitungseinrichtung 2, 56 bereitgestellt und/oder erzeugt wird, ausgeführt und angehalten. Eine sich dabei ergebende, aktuelle Konfiguration der Hardware 50 wird gesammelt ausgegeben und dargestellt.
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Dabei wird die aktuelle Konfiguration durch die Darstellung 60 in Textform und/oder als Grafik dargestellt.
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Weiterhin wird die Konfigurationssoftware der Hardware 50 auf dem virtuellen System als Simulationsmodell 6, 58 simuliert und/oder modelliert.
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Das Verfahren wird hier für eine Hardware 50 durchgeführt, die mindestens eine Komponente 52, 54 aufweist, die als Recheneinheit, bspw. als Mikrocontroller, ausgebildet ist.
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Die dargestellte aktuelle Konfiguration umfasst Konfigurationsparameter der Hardware 50. Die Konfigurationsparameter für Einstellungen der Hardware 50 stellen eine Einstellung von der mindestens einer Komponente 52, 54 der Hardware 50, eine Wechselwirkung zwischen mindestens zwei Komponenten 52, 54 der Hardware 50, bspw. über Schnittstellen und/oder ein Netzwerk, und/oder eine Einstellung von mindestens einem Betriebsparameter der Hardware dar. Hierbei können Ist-Werte von Konfigurationsparametern der dargestellten aktuellen Konfiguration mit vorgegebenen Soll-Werten verglichen werden.
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Die hier gezeigten Ausführungsformen der Datenverarbeitungseinrichtung 2, 56 zum Darstellen einer Konfiguration einer Hardware 50 sind jeweils dazu ausgebildet, eine Konfigurationssoftware der Hardware 50 auf einem virtuellen System auszuführen und anzuhalten. Jede Datenverarbeitungseinrichtung 2, 56 ist weiterhin dazu ausgebildet, eine sich dabei ergebende, aktuelle Konfiguration der Hardware 50 gesammelt auszugeben und darzustellen.
