DE102018221251A1 - Device for simulating a control device - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (10) zum Simulieren eines Steuergerätes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- eine in einen Befehlssatz der Vorrichtung (10) übersetzte Basissoftware (11) des Steuergerätes,- eine in einem Direktzugriffsspeicher der Vorrichtung (10) angelegte Speicherstruktur (12) eines Hardwaremodules des Steuergerätes und- einen dem Hardwaremodul funktional nachgebildeten Treiber (13).Device (10) for simulating a control device, characterized by the following features: - basic software (11) of the control device translated into a command set of the device (10), - a memory structure (12) of a hardware module of the device, which is created in a direct access memory of the device (10) Control unit and a driver (13) functionally simulated to the hardware module.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere einen Mikrocomputer, zum Simulieren eines Steuergerätes.The present invention relates to a device, in particular a microcomputer, for simulating a control device.

Stand der TechnikState of the art

Fahrzeugelektronische Steuergeräte (electronic control unit, electronic control module, ECU, ECM) nach dem Stand der Technik werden nur selten von Automobilherstellern selbst, sondern zumeist in deren Auftrag von Automobilzulieferern entwickelt und hergestellt.State-of-the-art vehicle electronic control units (electronic control unit, electronic control module, ECU, ECM) are only rarely developed and manufactured by automobile manufacturers themselves, but mostly on their behalf by automotive suppliers.

Um die Interoperabilität gattungsmäßiger Steuergeräte in den verschiedenen Varianten verschiedener Fahrzeugmodelle sicherzustellen, schreibt der Automobilhersteller mitunter eine bestimmte Softwareausstattung vor, auf welche die Entwicklung auszurichten ist. Ziel dieser einheitlichen Softwareausstattung ist eine reibungslose Vernetzung und Integration aller Steuergeräte im Kraftfahrzeug zu einem Gesamtsystem.In order to ensure the interoperability of generic control devices in the different variants of different vehicle models, the automobile manufacturer sometimes prescribes a certain software configuration on which the development should be geared. The goal of this uniform software configuration is the smooth networking and integration of all control units in the motor vehicle to form an overall system.

Diese Grund-Softwareausstattung wird branchenintern als „Standard-Core“ des betreffenden Herstellers bezeichnet.This basic software configuration is referred to within the industry as the "standard core" of the manufacturer concerned.

DE102008040721A1 offenbart ein Emulationssystem für einen nicht mehr lieferbaren Mikrocontroller mit einem lieferbaren Mikrocontroller und einer darauf ablauffähigen Emulations-Software und mit einem Interpreter, wobei die Emulations-Software eine Softwareschicht zwischen der Hardware des lieferbaren Mikrocontrollers und einer Betriebs-Software des nicht mehr lieferbaren Mikrocontrollers bildet und so angepasst ist, dass sich die Hardware des lieferbaren Mikrocontrollers zusammen mit der zusätzlichen Emulations-Software wie die Hardware des nicht mehr lieferbaren Mikrocontrollers verhält, und der Interpreter angepasst ist, um Adress-, Code- und Dateninformationen der Betriebs-Software des nicht mehr lieferbaren Mikrocontrollers auf funktionsgleiche Adress-, Code- und Dateninformationen des lieferbaren Mikrocontrollers abbilden. DE102008040721A1 discloses an emulation system for a no longer available microcontroller with a deliverable microcontroller and an emulation software executable thereon and with an interpreter, the emulation software forming a software layer between the hardware of the available microcontroller and an operating software of the no longer available microcontroller and is adapted so that the hardware of the deliverable microcontroller together with the additional emulation software behaves like the hardware of the no longer available microcontroller, and the interpreter is adapted to address, code and data information of the operating software of the no longer available Map microcontrollers to functionally identical address, code and data information of the available microcontroller.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung, insbesondere einen Mikrocomputer, zum Simulieren eines Steuergerätes, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.The invention provides a device, in particular a microcomputer, for simulating a control device, a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium according to the independent claims.

Der erfindungsgemäße Ansatz trägt dem häufig geäußerten Wunsch Rechnung, den typischerweise in ANSI C programmierten (unveränderten) Code eines Steuergerätes statt für einen Microcontroller für einen x86-PC zu übersetzen und zu Absicherungs- und Weiterentwicklungszwecken in einer Simulationsumgebung auszuführen. Das Verhalten während Initialisierung, Betrieb und Abschalten soll hierbei identisch zum Verhalten im realen Steuergerät sein. Ferner sind Simulationsumgebungen unterschiedlicher Hersteller zu unterstützen. Weiterhin sollte es möglich sein, einfach Code zu ändern und die Änderung zu testen. Wünschenswert ist schließlich die Möglichkeit, neue Funktionen einzufügen und die Änderungen zu testen. In diesem Zuge sind Anpassungen des Steuergeräte-Codes, damit dieser auf dem PC ausgeführt werden kann, tunlichst zu vermeiden.The approach according to the invention takes into account the frequently expressed desire to translate the (unchanged) code of a control unit typically programmed in ANSI C instead of for a microcontroller for an x86 PC and to execute it in a simulation environment for security and further development purposes. The behavior during initialization, operation and shutdown should be identical to the behavior in the real control unit. Simulation environments from different manufacturers must also be supported. It should also be possible to simply change code and test the change. Finally, it is desirable to be able to add new functions and test the changes. In this context, adjustments to the control unit code so that it can be executed on the PC should be avoided as far as possible.

Ein Vorzug der hier vorgestellten Lösung liegt dementsprechend darin, dass die ursprüngliche Software (SW), abgesehen von etwaigem Assemblercode, beibehalten werden kann. Es kann zudem beispielsweise simuliert werden, wie sich die SW verhält, falls die Simulationsumgebung auf einen neuen Rechner umgestellt wird, der eine aktualisierte Version eines bestimmten Hardwaremoduls aufweist. Alle für die Simulation relevanten Bits des Hardwaremoduls sind hierbei typischerweise in der betreffenden Controller-Spezifikation beschrieben; nicht beschriebene Bits dürfen durch den MCAL ohnehin nicht verwendet werden.Accordingly, one advantage of the solution presented here is that the original software (SW), apart from any assembly code, can be retained. It can also be simulated, for example, how the software behaves if the simulation environment is converted to a new computer that has an updated version of a specific hardware module. All bits of the hardware module relevant for the simulation are typically described in the relevant controller specification; Bits that are not described may not be used by the MCAL anyway.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist somit nur das Hardwareverhalten der relevanten Module nachzubilden. Insbesondere eine Interpretation von Assembler-Instruktionen ist grundsätzlich nicht erforderlich, da der sie ausführende Hauptprozessor (central processing unit, CPU) des Steuergerätes nicht simuliert wird.In the context of a preferred embodiment of the invention, only the hardware behavior of the relevant modules has to be simulated. In particular, an interpretation of assembler instructions is fundamentally not necessary, since the main processor (central processing unit, CPU) of the control unit that executes them is not simulated.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass einzelne Hardwaremodule des zu simulierenden Steuergerätes durch Treiber nachgebildet werden, die jeweils eine virtuelle Mikrocontrollerabstraktionsschicht (microcontroller abstraction layer, MCAL) darstellen. Abhängigkeiten zu SW-Versionen des originalen MCAL werden auf diesem Wege vermieden. Änderungen am virtuellen MCAL sind in aller Regel nur beim Wechsel des Controllers erforderlich.The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the basic idea specified in the independent claim. It can be provided that individual hardware modules of the control device to be simulated are simulated by drivers, each of which represents a virtual microcontroller abstraction layer (MCAL). Dependencies on software versions of the original MCAL are avoided in this way. Changes to the virtual MCAL are usually only necessary when changing the controller.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Treiber dazu eingerichtet ist, Funktionsfehler des Steuergerätes zu simulieren. Auf diese Weise können durch den virtuellen MCAL Fehler induziert werden, die in der Realität nicht vorkommen bzw. nicht gezielt stimuliert werden können. Die Simulation kann auch zur MCAL- Treiber-Entwicklung selbst verwendet werden. According to a further aspect, it can be provided that the respective driver is set up to simulate functional errors of the control device. In this way, errors can be induced by the virtual MCAL that do not occur in reality or cannot be stimulated in a targeted manner. The simulation can also be used for MCAL driver development itself.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass der Treiber dazu eingerichtet ist, Zugriffe auf ungenutzte Adressen der im Direktzugriffsspeicher (random-access memory, RAM) der Vorrichtung angelegten Speicherstruktur des Hardwaremodules zu erkennen. Greift die SW auf neue (bisher nicht benutzte) Bits zu, so vermag eine entsprechende Ausgestaltung der Erfindung diesen Umstand somit zu erkennen, sodass die fehlende Funktionalität implementiert werden kann.According to a further aspect, it can be provided that the driver is set up to recognize accesses to unused addresses of the memory structure of the hardware module created in the random access memory (RAM) of the device. If the SW accesses new (previously unused) bits, a corresponding embodiment of the invention can thus recognize this fact, so that the missing functionality can be implemented.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 schematisch eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
  • 1 schematically a device according to a first embodiment of the invention.
  • 2nd schematically a device according to a second embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 illustriert die grundlegenden Softwarekomponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) zur Simulation eines Steuergerätes, die vorliegend auf einem PC mit x86-Mikroprozessor basiert. Zugriffe der Basissoftware (11) des Steuergerätes auf dessen Hardware - im vorliegenden Beispiel anhand eines gattungsmäßigen Zeitgebermodules (generic timer module, GTM) veranschaulicht - würden beim realen Steuergerät über eine Speicherstruktur (12) erfolgen, die auf die Adresse des jeweiligen Modules abgebildet wird. Ein entsprechender Schreibzugriff (15) könnte in der Programmiersprache C etwa mittels der Anweisung „GTM.Register2=0xCAFE;“, ein Lesezugriff (16) hingegen mittels der Anweisung „Var1 = GTM.Register3&0xFF;“ erfolgen. 1 illustrates the basic software components of a device according to the invention ( 10th ) to simulate a control unit, which in the present case is based on a PC with an x86 microprocessor. Access of the basic software ( 11 ) of the control device on its hardware - illustrated in the present example using a generic timer module (GTM) - would be in the real control device via a memory structure ( 12 ), which is mapped to the address of the respective module. A corresponding write access ( 15 ) in the programming language C, for example, with the instruction "GTM.Register2 = 0xCAFE;", a read access ( 16 ) on the other hand using the instruction "Var1 = GTM.Register3 &0xFF;".

Wie die Abbildung belegt, werden entsprechende Funktionen der Basissoftware (11), um letztere mittels der Vorrichtung (10) simulieren zu können, im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren nicht ersetzt. In der Simulation wird vielmehr eine übereinstimmende Speicherstruktur (12) angelegt, die sich nunmehr aber im RAM des PCs befindet. Diese Speicherstruktur (12) wird durch einen dem Zeitgebermodul funktional nachgebildeten Treiber (13) derart befüllt, dass der für den PC übersetzten Basissoftware (11) beispielsweise signalisiert wird, ein Analog-Digital-Umsetzer (analog-digital converter, ADC) des Zeitgebermodules habe eine beauftragte Wandlung abgeschlossen.As the illustration shows, corresponding functions of the basic software ( 11 ) to the latter by means of the device ( 10th ) to be able to simulate, in contrast to conventional methods not replaced. Rather, in the simulation a matching memory structure ( 12 ), which is now in the RAM of the PC. This storage structure ( 12 ) is activated by a driver functionally simulated by the timer module ( 13 ) filled in such a way that the basic software translated for the PC ( 11 ) is signaled, for example, that an analog-digital converter (analog-digital converter, ADC) of the timer module has completed a commissioned conversion.

2 beleuchtet die Funktionalität des besagten Treibers (13), der in Anlehnung an die gemäß AUTOSAR definierte MCAL des realen Steuergerätes als „virtuelle“ Mikrocontrollerabstraktionsschicht (20) betrachtet werden mag. Deren Aufgaben umfassen - ähnlich herkömmlichen Ansätzen - die Umwandlung interner Werte in Auflösung und Format vorgegebener Schnittstellenvariable und deren Bereitstellung an eine Simulationsumgebung oder ein Streckenmodell (21). Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben um die oben beschriebene funktionale Nachbildung des originalen Hardwaremodules erweitert. 2nd illuminates the functionality of said driver ( 13 ), which is based on the MCAL of the real control device defined according to AUTOSAR as a "virtual" microcontroller abstraction layer ( 20th ) may be considered. Their tasks include - similar to conventional approaches - the conversion of internal values in resolution and format of specified interface variables and their provision to a simulation environment or a route model ( 21st ). According to the invention, these tasks are expanded by the functional simulation of the original hardware module described above.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (10)

Vorrichtung (10) zum Simulieren eines Steuergerätes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - eine in einen Befehlssatz der Vorrichtung (10) übersetzte Basissoftware (11) des Steuergerätes, - eine in einem Direktzugriffsspeicher der Vorrichtung (10) angelegte Speicherstruktur (12) eines Hardwaremodules des Steuergerätes und - einen dem Hardwaremodul funktional nachgebildeten Treiber (13).Device (10) for simulating a control device, characterized by the following features: - basic software (11) of the control device translated into a command set of the device (10), - a memory structure (12) of a hardware module of the device that is created in a direct access memory of the device (10) Control device and - a driver (13) functionally simulated to the hardware module. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Speicherstruktur (12) umfasst Hardwareregister (14) des Hardwaremodules und - die Basissoftware (11) implementiert Schreibzugriffe (15) und Lesezugriffe (16) auf die Hardwareregister (14).Device (10) after Claim 1 , characterized by the following features: - the memory structure (12) comprises hardware registers (14) of the hardware module and - the basic software (11) implements write accesses (15) and read accesses (16) to the hardware registers (14). Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Basissoftware (11) weist eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (17), Treibersoftware (18) und Hardwarezugriffsfunktionen (19) auf und - die Hardwarezugriffsfunktionen (19) umfassen die Schreibzugriffe (15) und Lesezugriffe (16).Device (10) after Claim 2 , characterized by the following features: - the basic software (11) has an application programming interface (17), driver software (18) and hardware access functions (19) and - the hardware access functions (19) comprise the write accesses (15) and read accesses (16). Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Treiber (13) ist eine Mikrocontrollerabstraktionsschicht (20) und - die Mikrocontrollerabstraktionsschicht (20) ist dazu eingerichtet, für die Hardwarezugriffsfunktionen (19) relevante Werte der Hardwareregister (14) einer Simulationsumgebung oder einem Streckenmodell (21) als Schnittstellenvariablen (22) bereitzustellen.Device (10) after Claim 3 , characterized by the following features: - the driver (13) is a microcontroller abstraction layer (20) and - the microcontroller abstraction layer (20) is set up for the hardware access functions (19) relevant values of the hardware registers (14) of a simulation environment or a route model (21) to provide as interface variables (22). Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Vorrichtung (10) umfasst einen Mikroprozessor und - der Befehlssatz entspricht einer x86-Architektur.Device (10) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized by the following features: - the device (10) comprises a microprocessor and - the instruction set corresponds to an x86 architecture. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Hardwaremodul umfasst einen Analog-Digital-Umsetzer.Device (10) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized by the following feature: - the hardware module comprises an analog-to-digital converter. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Hardwaremodul ist ein Zeitgebermodul.Device (10) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized by the following feature: - the hardware module is a timer module. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Treiber (13) ist dazu eingerichtet, Funktionsfehler des Steuergerätes zu simulieren.Device (10) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized by the following feature: - the driver (13) is set up to simulate functional errors of the control unit. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Treiber (13) ist dazu eingerichtet, Zugriffe (15, 16) auf ungenutzte Adressen der Speicherstruktur (12) zu erkennen.Device (10) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized by the following feature: - the driver (13) is set up to recognize accesses (15, 16) to unused addresses of the memory structure (12). Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Treiber (13) ist dazu eingerichtet, einen Flash-Speicher des Steuergerätes zu simulieren.Device (10) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized by the following feature: - the driver (13) is set up to simulate a flash memory of the control device.
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