EP3308276A1 - Method for the realistic assessment of function run times in pil simulation - Google Patents

Method for the realistic assessment of function run times in pil simulation

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EP3308276A1
EP3308276A1 EP16732488.8A EP16732488A EP3308276A1 EP 3308276 A1 EP3308276 A1 EP 3308276A1 EP 16732488 A EP16732488 A EP 16732488A EP 3308276 A1 EP3308276 A1 EP 3308276A1
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EP
European Patent Office
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function
control program
cache
development model
target processor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16732488.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Lünstroth
Sebastian Hillebrand
Karsten Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dspace GmbH
Dspace Digital Signal Processing and Control Engineering GmbH
Original Assignee
Dspace GmbH
Dspace Digital Signal Processing and Control Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dspace GmbH, Dspace Digital Signal Processing and Control Engineering GmbH filed Critical Dspace GmbH
Publication of EP3308276A1 publication Critical patent/EP3308276A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F11/30—Monitoring
    • G06F11/3003—Monitoring arrangements specially adapted to the computing system or computing system component being monitored
    • G06F11/3013—Monitoring arrangements specially adapted to the computing system or computing system component being monitored where the computing system is an embedded system, i.e. a combination of hardware and software dedicated to perform a certain function in mobile devices, printers, automotive or aircraft systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F11/30—Monitoring
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    • G06F11/3409—Recording or statistical evaluation of computer activity, e.g. of down time, of input/output operation ; Recording or statistical evaluation of user activity, e.g. usability assessment for performance assessment
    • G06F11/3419—Recording or statistical evaluation of computer activity, e.g. of down time, of input/output operation ; Recording or statistical evaluation of user activity, e.g. usability assessment for performance assessment by assessing time
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    • G06F11/3466—Performance evaluation by tracing or monitoring
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F2201/805—Real-time
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2201/00—Indexing scheme relating to error detection, to error correction, and to monitoring
    • G06F2201/885—Monitoring specific for caches
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the invention relates to the measurement and determination of runtimes of functions in a processor-in-the-loop (PIL) simulation.
  • PIL processor-in-the-loop
  • Control programs and the hardware, in particular of the processor used has become an integral part of development processes. It involves testing the combination of control program and hardware at various stages of development
  • control programs For the development of the control programs, z.
  • software code for control devices in the automotive industry model-based development tools are increasingly being used, such as for functional development or the construction or (simulative) testing (of parts) of a software architecture or an overall control program from software components for one or more control devices.
  • model-based development tools are increasingly being used, such as for functional development or the construction or (simulative) testing (of parts) of a software architecture or an overall control program from software components for one or more control devices. Examples of development environments for the
  • Abstraction layer as a specification at the level of textual software code such as C code.
  • this allows a better overview of the functionality of the control program, on the other hand, such models can be recycled better because they have a more general character due to the higher level of abstraction and are not yet defined in a concrete way of implementation and / or programming. Further advantages of using model-based development tools result from the fact that the functionality of the models is already at a high level
  • Abstraction level can be tested, i. the model can be run in so-called "model-in-the-loop" (MIL) tests and checked for errors in its functionality.
  • MIL model-in-the-loop
  • code for a control program can be automatically generated on the basis of a model by a code generator. For example, this is C code on one
  • ECU processor may expire or about VHDL code for an FPGA or ASIC.
  • the generated code can then be tested in a next test stage.
  • Software code testing is also referred to as software-in-the-loop (SIL).
  • SIL software-in-the-loop
  • the code can also be executed on an external target processor. In this case one speaks of one
  • processor-in-the-loop simulation which now also considers processor-specific properties and / or limitations, such as target compiler and processor clock rate.
  • instrumented program code As
  • the instrumented code is not fully optimized, but contains z.
  • Such information that the software developer obtains by recording data during test runs is referred to as "profiling or tracing information.” This profiling information can be transferred to a connected PC where it is available for analysis and evaluation purposes.
  • Processor needed time to execute a control program Specifically, an estimate for the 'worst case' scenario, ie the longest runtime, can be essential, in particular, for control units which control safety-relevant routines in real time, such as antilock braking system or airbag in a car, in order to obtain a guaranteed response or reaction time.
  • the execution times of control programs depend significantly on memory access times. Modern processors that require fast data processing are therefore equipped with so-called caches. Caches are latches in or near the processor core which allow the most recently processed data and instructions to be buffered from main memory (RAM / Flash / ROM), thus allowing for rapid reuse, eg, repeated execution of identical pieces of code in a loop.
  • a timer is started for each task and it is stopped each time the priority level is changed, and it is not run until the task resumes in the original priority level.
  • Simulations as they are the subject of the present application, run i.d.R. not in real time.
  • Task change does not occur. Furthermore, the simulated functionality of a model is often much smaller than the application on a later used control unit (since it is here i.d.R components / unit tests) and the entire program code thus u.U. fits in the cache.
  • "worst case” runtimes are determined by static analysis (without simulation), but these usually deliver excessive runtimes because they can not detect dependencies between different (external) input variables.
  • the object of the present invention is an improved method for estimating run times of individual functions of a control program executed on one
  • the object is achieved by a method for determining a transit time, which is required by a function of a control program for a control unit in a real-time system, executed on a target processor in a processor-in-the-loop (PIL).
  • PIL processor-in-the-loop
  • Simulation the method comprising:
  • Target processor according to the graphic development model, wherein the
  • Control program includes the function that the functionality of the selected
  • the method is characterized in that a first transit time measurement point associated with the beginning and a second transit time measurement point associated with the end of the function in the control program is inserted into the control program and immediately before the first runtime measurement point of the cache used for execution of the function of the target processor is set in a predetermined state. It further comprises the steps of: executing the control program on the target processor; wherein at the first and second transit time measurement points, runtime values are measured from which the transit time is determined.
  • control unit is a functional unit of a control unit, so that both an entire control unit or a single component of a control unit are included.
  • Control unit are represented in the graphic development model by means of function blocks in a block diagram and / or by function symbols (graphically or textually) in a list or tree view.
  • the graphical development model may be a development model for functional development. Or about one
  • a development model for building and / or testing a software architecture wherein software components, i. Software code for certain functionalities or
  • function blocks or symbols can represent complex functionality of an imaged control routine or be assigned in the form of program routines or software components.
  • the function blocks or function icons represent a subsystem of the mapped control unit. Such subsystems become
  • Control program realized. Function blocks or function symbols can also be represented or assigned subordinate functions within a functionality of the control unit, which are implemented as subfunctions in the executable control program.
  • the automatically generated (total) control program is created taking into account the properties of the respective target processor.
  • the invention is based on the finding that during the travel time determination of a function in the context of PIL simulations in the model-based development, cache effects occur, as occur in real-time systems, ie also in the later ECU application.
  • the invention is applicable to any forms of model-based ECU development models, whether configured as block diagrams, list or tree structures.
  • An advantage of the present invention is that the runtime of any function within a controller program can be determined for different, arbitrary cache states in the PIL simulation and thus at an early stage of the development effects that are to be expected in the later real-time system, can be considered. Thus, the simulation of cache effects already in the development stage of
  • Modeling can be integrated to simulate and measure their impact on the execution time on any functions within a ECU program code in a PIL simulation.
  • the user of the present invention thus does not have to manipulate executable program code by himself, but can already create the runtime measurement at the model level.
  • neither additional trace / debug hardware needs to be purchased and tethered, nor is the processor cache loaded by the necessary metering program code, which would otherwise corrupt the measurements or runtimes of the ECU program code to be measured, as compared to the run without measuring program code.
  • the function is one
  • Subfunction which is executed within a main function. While known systems can measure only the entire duration of a complete program run, it is possible with the present invention to determine a realistic runtime even for individual sub-functions. Especially for low-priority sub-functions, in later real-time systems reloading the cache after interruption can cause significant runtime changes. A specific analysis down to
  • the predetermined state maps a partially loaded cache.
  • a partially loaded cache is called if one function, ie all to execute the Function relevant instructions / data, some of which must be reloaded into the cache, which leads to a delay of the runtime.
  • the predetermined state maps an empty cache. This situation corresponds to the worst case scenario, which occurs when a function has to be completely loaded into the used cache.
  • memory space outside the cache is assigned to the values to be measured at the transit time measurement points. This ensures that the transit time measurement is not falsified by saving the values.
  • the partially loaded cache is statistically averaged over multiple
  • Simulation runs are mapped, whereby the cache is completely emptied only in a subset of the simulation runs before calling the function.
  • the partially loaded cache is mapped by inserting additional measurement code within the function to be measured.
  • additional cache load is obtained, which can lead to propagation delays depending on the capacity of the cache used.
  • a further aspect of the present invention is an apparatus for creating and executing a processor-in-the-loop (PIL) simulation for determining a propagation time, which is a function of a control program for a control unit in a
  • Real-time system is needed while running on a target processor in the PIL simulation, the device being means of creating or loading a graphical user interface
  • development model of the control unit in a development environment wherein the graphical development model depicts functionality of the control unit by means of function blocks and / or function symbols includes. Furthermore, the device has means for selecting at least one function block or symbol within the graphic development model, in particular means for selecting via a graphical
  • control program for executing on the target processor according to the graphical development model, the control program comprising the function that the
  • the device comprises transmission means for transmitting the generated
  • Control programs to the target processor means for executing the control program on the target processor, and is characterized in that the code generator is formed, a first transit time measurement point associated with the beginning and a second
  • Runtime measurement points in the execution of the control program measured values.
  • the user of the device can thus already pretend at the model level cache states for the execution of the control program and perform analyzes on realistic maturity or configure without having to manually manipulate generated control program code, which not only requires sufficient programming skills, but also the risk of incorrect interventions, as well a lack of reproducibility holds.
  • the device has means for evaluating the transit time measurements, in particular for graphical evaluation, wherein the means for evaluating the transit time measurement points are designed to annotate the function blocks or symbols in the original graphical development model with the evaluated transit time values of the corresponding functions.
  • the means for evaluating the transit time measurement points are designed to annotate the function blocks or symbols in the original graphical development model with the evaluated transit time values of the corresponding functions.
  • Control program code and the function block or icon in the graphical model can be formed, the representation of
  • FIG. 1 shows a model component of a control unit in a graphical manner
  • Figure 2 shows pseudocode as it could be generated by the code generator based on the graphical model, including inserted run time measurement function calls. Detailed description
  • FIG. 1 shows, by way of example, a graphic model of a control unit subsystem, which controls a specific functionality of a control unit, in a graphical model environment.
  • the input signals 1, which may originate from different sensors, are fed into the function block 2, a control logic, and the function block 3, a signal correction unit.
  • the control logic 2 processes the input signals 1 and forwards the processed signals as input signals to the function block 3, a signal correction unit. This process all input signals and gives them to the function block 4, one
  • Calculation unit continue.
  • the calculation unit 4 also receives input signals from the control logic 2. As the last unit in the illustrated subsystem of the
  • ECU model receives the function block 5, a calculation unit, the
  • the individual units can be selected via a graphical user interface and connected to one another with the aid of input means such as a mouse / touchpad or a keyboard.
  • the model developer can use a large number of predefined function blocks or define their own function blocks by defining input and output data as well as the functionality of a function block or an entire subsystem.
  • automatically executable program code which is optimized for the processors used in the later application, can then be generated from the defined graphical models.
  • Generated program code according to the exemplary model described above would consist of a main function for the control logic in which the subfunctions for the signal correction unit 3 as well as the calculation units 4 and 5 would be called.
  • model developer wishes to analyze the runtimes of individual model units, he can select them, for example, via a graphical user interface or a command line API.
  • code generation for the corresponding model, for later application of the generated and compiled program code on one
  • the program code is instrumentalized with transit time measurement points. These runtime measurement points are associated with the beginning and end of the corresponding call of the function associated with the selected one
  • FIG. 2 shows exemplary program code which maps the structure of the example model with transit time measurement points immediately before and after the function calls.
  • the measurement results are not stored in the cache used to execute the program code. This can be done either by freezing and thawing the cache by special processor instruction, or the measurement time calls are linked as a function to non-cached memory if the processor does not provide the freeze / thaw functionality.
  • a cache-neutral runtime of any model unit can be determined.
  • This "naked" runtime thus depicts a 'best case' scenario in which the function has already been completely loaded into the cache and the runtime only maps the computation time
  • a possible implementation could be via logging macros, which advantageously use preprocessor substitutions (preprocessor-defines) are implemented, which are automatically deleted when exporting the final program code to the controller, in particular by redefining as an empty instruction or by textual removal from the source code.
  • the user can set the function block or function icon in the model that before calling the corresponding
  • Subprograms of the cache should be emptied. This can e.g. by generating another macro in the code immediately before the function call which clears or invalidates the cache.
  • the runtime determined in this way reflects the worst case scenario in which the instructions and data belonging to a function must be completely reloaded for each (simulation) step.
  • the user can also specify a percentage cache load on the function block or function icon in the model. It can also be randomly applied during the simulation and thus clear / invalidate the cache before some (sub) function calls (e.g., cache is invalidated only every other pass). By averaging over several PIL simulation runs, the user receives such a
  • Such a gradual cache load could also be simulated by additional measurement code within a (sub) function, eg inserted at the beginning of a long loop. Furthermore, it is possible to differentiate between instruction and data cache in the above applications, ie to invalidate / load both or only one or none in order to obtain the most realistic estimate possible for the later runtime performance.
  • the present invention with its associated with the function to be measured transit time points makes it possible to illustrate not only the execution times as such but also the respective time at which a subfunction was calculated within the main function and which other subfunctions in a

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Abstract

The invention relates to a method and a device for determining a run time required for a function of a control program for a control device unit in a real-time system, executed on a target processor in a processor-in-the-loop (PIL) simulation, wherein the method comprises: creating or loading a graphical development model of the control device unit in a development environment, wherein the graphical development model functionality of the control device unit is depicted by means of function blocks or function symbols in the graphical development model; selecting at least one function block or function symbol within the graphical development model, in particular selecting a function block or function symbol via a graphical user interface; and automatically generating the control program for executing on the target processor in accordance with the graphical development model, wherein the control program comprises the function which depicts the functionality of the selected function block or function symbol. In addition, a first run time measurement point associated with the start, and a second run time measurement point associated with the end of the function in the control program is introduced into the control program, and directly before the first run time measurement point, the cache of the target processor used for an execution of the function is shifted into a predetermined state. During execution of the control program on the target processor, run time values are measured at the first and second runtime measurement points, from which the run time is determined.

Description

Verfahren zur realistischen Abschätzung von Funktionslaufzeiten in PIL Simulation  Method for the realistic estimation of functional run times in PIL simulation
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft die Messung und Bestimmung von Laufzeiten von Funktionen in einer Processor-in-the-loop (PIL) Simulation. The invention relates to the measurement and determination of runtimes of functions in a processor-in-the-loop (PIL) simulation.
Hintergrund background
Mit der Zunahme der Benutzung eingebetteter Systeme in zahlreichen Gebieten der Technik zur Ausführung von Überwachungs-, Steuerungs- oder Regelfunktionen und/oder zur Datenbzw. Signalverarbeitung, ist eine entsprechende Abstimmung zwischen verwendeten With the increase in the use of embedded systems in many fields of technology to perform monitoring, control or regulation functions and / or Datenbzw. Signal processing, a corresponding vote is used between
Steuerungsprogrammen und der Hardware, insbesondere des verwendeten Prozessors zum festen Bestandteil von Entwicklungsprozessen geworden. Dabei ist ein Testen der Kombination aus Steuerungsprogramm und Hardware in verschiedenen Entwicklungsstadien Control programs and the hardware, in particular of the processor used has become an integral part of development processes. It involves testing the combination of control program and hardware at various stages of development
wünschenswert, um etwaige Probleme bei der Ausführung von Überwachungs-, Steuerungsoder Regelfunktionen frühzeitig zu erkennen und eine Anpassung entweder der verwendeten Hardware oder eine Anpassung der Funktionen vornehmen zu können. desirable in order to detect any problems in the execution of monitoring, control or control functions early on and make an adjustment either of the hardware used or an adjustment of the functions.
Zur Entwicklung der Steuerungsprogramme, z. B. Software-Code für Steuergeräte in der Automobilindustrie, werden zunehmend modellbasierte Entwicklungswerkzeuge verwendet, etwa für die Funktionsentwicklung oder das Erstellen oder (simulative) Testen (von Teilen) einer Software-Architektur bzw. eines Gesamtsteuerungsprogramms aus Softwarekomponenten für eines oder mehrere Steuergeräte. Beispiele für Entwicklungsumgebungen für die For the development of the control programs, z. For example, software code for control devices in the automotive industry, model-based development tools are increasingly being used, such as for functional development or the construction or (simulative) testing (of parts) of a software architecture or an overall control program from software components for one or more control devices. Examples of development environments for the
Funktionsentwicklung sind unter anderem Ascet von Etas, Labview von National Instruments, Simulink von The Mathworks oder Targetlink von dSPACE. Beispiele für Functional development includes Ascet from Etas, Labview from National Instruments, Simulink from The Mathworks or Targetlink from dSPACE. examples for
Entwicklungsumgebungen zum Erstellen und/oder Testen einer Steuergeräte-Software- Architektur aus Softwarekomponenten, d.h. Code-Komponenten, zur Erzeugung eines ausführbaren Gesamtsteuerungsprogramms sind Autosar Builder von Dassault Systemes, DaVinci Developer von Vector, Isolar von Etas, Rational Rhapsody von IBM, SystemDesk oder VEOS von dSPACE, o.ä.. Modellbasierte Entwicklungswerkzeuge ermöglichen es, die Development environments for creating and / or testing a ECU software architecture from software components, i. Code components to create a total executable control program are Dassault Systemes 'Autosar Builder, Vector's DaVinci Developer, Etas' Isolar, Rational Rhapsody by IBM, SystemDesk or VESO by dSPACE, etc. Model-based development tools make it possible
Funktionalität des Steuerungsprogramms zunächst graphisch, in Form von Modellen, in der Regel mit Blockschaltbildern oder auch mit Hilfe von Listen- oder Baumstrukturen, zu spezifizieren. Die Spezifikation der Funktionalität erfolgt hierbei auf einer höheren Functionality of the control program first graphically, in the form of models, usually with block diagrams or with the help of list or tree structures to specify. The specification of the functionality is done at a higher level
Abstraktionsebene als eine Spezifikation auf der Ebene von textuellem Software-Code wie etwa C-Code. Dies ermöglicht einerseits eine bessere Übersichtlichkeit über die Funktionalität des Steuerungsprogramms, andererseits lassen sich solche Modelle besser wiederverwerten, da sie aufgrund des höheren Abstraktionsniveaus allgemeineren Charakter haben und noch nicht auf eine konkrete Weise der Implementierung und/oder der Programmierung festgelegt sind. Weitere Vorteile bei der Verwendung modellbasierter Entwicklungswerkzeuge ergeben sich zum einen dadurch, dass die Funktionalität der Modelle schon auf einer hohen Abstraction layer as a specification at the level of textual software code such as C code. On the one hand, this allows a better overview of the functionality of the control program, on the other hand, such models can be recycled better because they have a more general character due to the higher level of abstraction and are not yet defined in a concrete way of implementation and / or programming. Further advantages of using model-based development tools result from the fact that the functionality of the models is already at a high level
Abstraktionsebene getestet werden kann, d.h. das Modell kann in sogenannten "Model-in-the- loop" (MIL)-Tests ausgeführt und auf Fehler seiner Funktionalität überprüft werden. Zum anderen kann auf Basis eines Modells von einem Codegenerator automatisch Code für ein Steuerungsprogramm erzeugt werden. Dies ist beispielsweise C-Code, der auf einem Abstraction level can be tested, i. the model can be run in so-called "model-in-the-loop" (MIL) tests and checked for errors in its functionality. On the other hand, code for a control program can be automatically generated on the basis of a model by a code generator. For example, this is C code on one
Steuergeräte-Prozessor ablaufen kann oder etwa VHDL-Code für einen FPGA oder ASIC. Der erzeugte Code kann dann in einer nächsten Teststufe getestet werden. Das Testen des Software-Codes wird auch als "software-in-the-loop" (SIL) bezeichnet. Der Code wird dabei auf Fehler bezüglich seiner Funktionalität geprüft, indem nun auch Codierungs-spezifische  ECU processor may expire or about VHDL code for an FPGA or ASIC. The generated code can then be tested in a next test stage. Software code testing is also referred to as software-in-the-loop (SIL). The code is checked for errors with respect to its functionality, by now coding-specific
Eigenschaften und/oder Limitierungen Berücksichtigung finden, so zum Beispiel Verwendung von Festkomma statt Gleitkommazahlen. In einem weiteren Schritt kann der Code auch auf einem externen Zielprozessor ausgeführt werden. In diesem Fall spricht man von einer Consider properties and / or limitations, such as using fixed point instead of floating point numbers. In a further step, the code can also be executed on an external target processor. In this case one speaks of one
"Processor-in-the-Loop"-Simulation, bei der nun auch Prozessor-spezifische Eigenschaften und/oder Limitierungen Berücksichtigung finden, so zum Beispiel Ziel-Compiler und Prozessor- Taktrate. "Processor-in-the-loop" simulation, which now also considers processor-specific properties and / or limitations, such as target compiler and processor clock rate.
Zum Überprüfen der Funktionalität des Software-Codes ausgeführt auf dem Zielprozessor wird oft in einem ersten Schritt sogenannter "instrumentierter Programmcode" als  To check the functionality of the software code executed on the target processor is often called in a first step so-called "instrumented program code" as
Steuerungsprogramm mittels des Codegenerators erzeugt und ausgeführt. Der instrumentierte Code ist nicht vollständig optimiert, sondern enthält z. B. zusätzliche Logging-Makros mittels derer während der Testphase nachgehalten wird, welche Programmteile oder Funktionen wie häufig durchlaufen oder aufgerufen werden und welche Werte für z.B. Ausgangsvariablen berechnet wurden. Solche Informationen, die der Software-Entwickler durch das Aufzeichnen von Daten bei Testdurchläufen erhält, werden als "Profiling- oder Tracing-Informationen" bezeichnet. Diese Profiling-Informationen können auf einen angeschlossenen PC übertragen werden, wo sie für Analyse- und Auswertungszwecke bereitstehen. Control program generated and executed by means of the code generator. The instrumented code is not fully optimized, but contains z. B. Additional logging macros by means of which is tracked during the test phase, which program parts or functions as often traversed or called and which values for e.g. Output variables were calculated. Such information that the software developer obtains by recording data during test runs is referred to as "profiling or tracing information." This profiling information can be transferred to a connected PC where it is available for analysis and evaluation purposes.
Von besonderem Interesse ist die Abschätzung von Laufzeitinformationen, d.h. der vom  Of particular interest is the estimation of runtime information, i. from the
Prozessor benötigten Zeit ein Steuerungsprogramm auszuführen. Speziell eine Abschätzung für das ,worst case' Szenario, also die längste Laufzeit kann insbesondere für Steuergeräte, welche sicherheitsrelevante Routinen in Echtzeit steuern, wie z.B. Antiblockiersystem oder Airbag in einem Auto, essentiell sein, um eine garantierte Antwort- bzw. Reaktionszeit zu erhalten. Die Ausführungszeiten von Steuerungsprogrammen hängen dabei maßgeblich von Speicherzugriffszeiten ab. Moderne Prozessoren, die eine schnelle Datenverarbeitung benötigen, sind daher mit sogenannten Caches ausgestattet. Caches sind Zwischenspeicher im oder nahe dem Prozessor-Kern, die die zuletzt verarbeiteten Daten und Befehle aus dem Hauptspeicher (RAM/Flash/ROM) Zwischenspeichern und so die rasche Wiederverwendung ermöglichen, z.B. bei wiederholter Ausführung von identischen Codeteilen in einer Schleife. Da aufgrund von Chip-Herstellungskosten die Größe des Cache begrenzt ist, ist es die Regel, dass der Speicherplatz nicht ausreicht die Instruktionen aller Tasks, Funktionen und/oder alle Daten .nebeneinander' und somit permanent in den Cache zu laden. Um eine garantierte oder zumindest optimierte Antwortzeit der (zeit)kritischen Funktionen zu ermöglichen, werden Funktionen in Echtzeitsystemen weiterhin oftmals priorisiert und Funktionen mit niedriger Priorität können unterbrochen werden, wenn eine Funktion mit höherer Priorität vorranging berechnet werden soll. Dies wird auch als Taskwechsel bezeichnet. Processor needed time to execute a control program. Specifically, an estimate for the 'worst case' scenario, ie the longest runtime, can be essential, in particular, for control units which control safety-relevant routines in real time, such as antilock braking system or airbag in a car, in order to obtain a guaranteed response or reaction time. The execution times of control programs depend significantly on memory access times. Modern processors that require fast data processing are therefore equipped with so-called caches. Caches are latches in or near the processor core which allow the most recently processed data and instructions to be buffered from main memory (RAM / Flash / ROM), thus allowing for rapid reuse, eg, repeated execution of identical pieces of code in a loop. Since the size of the cache is limited due to chip manufacturing costs, it is the rule that the memory space is insufficient to load the instructions of all tasks, functions and / or all data "side by side" and thus permanently into the cache. To ensure a guaranteed or at least optimized response time of the (time) critical functions, functions in real-time systems continue to be often prioritized and low-priority functions can be interrupted if a function with higher priority is to be preceded. This is also called a task change.
In der DE 10034459 A1 wird ein Verfahren zur Laufzeitmessung einer Task unter In DE 10034459 A1, a method is provided for measuring the transit time of a task
Berücksichtigung auftretender Taskwechsel beschrieben. Dabei wird ein Zeitmesser für jede Task gestartet und dieser bei jedem Wechsel der Prioritätsebene angehalten und erst bei Wiederaufnahme der Task in der ursprünglichen Prioritätsebene weiterlaufen gelassen. Considering occurring task changes described. A timer is started for each task and it is stopped each time the priority level is changed, and it is not run until the task resumes in the original priority level.
Bei Taskwechseln und auch bei Funktionen/Daten oberhalb der Cache-Größe kann es nun sein, dass ggf. früher mal bereits in den Cache geladene Instruktionen und/oder Daten, welche zur Ausführung einer Funktion benötigt werden, nun nicht mehr verfügbar sind und erneut aus dem Speicher in den Cache geladen werden müssen. Ein erneutes Laden der benötigten Instruktionen und/oder Daten geht somit z.B. zu Lasten der Laufzeit einer unterbrochenen Task. Ein erneutes Laden kann ferner nötig werden, wenn das Speicherabbild im Cache nicht mehr aktuell ist, d.h. Inkonsistenzen mit dem Hauptspeicher aufweist. In solchen Fällen bezeichnet man den Cache als invalide. During task changes and also with functions / data above the cache size, it may now be the case that instructions or data already loaded into the cache earlier and which are required to execute a function are now no longer available and again off memory must be loaded into the cache. Reloading the required instructions and / or data thus takes place e.g. at the expense of the duration of an interrupted task. Reloading may also be necessary if the memory image in the cache is out of date, i. Has inconsistencies with the main memory. In such cases, the cache is called invalid.
Simulationen, wie sie Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind, laufen i.d.R. nicht in Echtzeit. Insbesondere bei Entwicklungsumgebungen für die Funktionsentwicklung gibt es sowohl in SIL als auch in PIL Simulationen gewöhnlich nicht mehrere Tasks, so dass  Simulations, as they are the subject of the present application, run i.d.R. not in real time. In particular, in development environments for function development, there are usually not multiple tasks in both SIL and PIL simulations
Taskwechsel nicht auftreten. Ferner ist die simulierte Funktionalität eines Modells oftmals viel kleiner als die Applikation auf einem später eingesetzten Steuergerät (da es sich hier i.d.R. um Komponenten/Unit-Tests handelt) und der gesamte Programmcode somit u.U. in den Cache passt. Task change does not occur. Furthermore, the simulated functionality of a model is often much smaller than the application on a later used control unit (since it is here i.d.R components / unit tests) and the entire program code thus u.U. fits in the cache.
Um eine realistische Abschätzung der späteren Laufzeit im Echtzeitsystem zu erhalten, ist es daher wünschenswert zum einen den„best case" zu ermitteln, also die Zeit die der Prozessor benötigt eine einzelne Funktionalität exklusiv auszuführen, die den Cache komplett für sich nutzen kann. Zum anderen möchte man die Ausführungszeit im„worst case" messen, die für die Ausführung einer Funktion benötigt wird, wenn der Cache belastet oder invalide ist und die die Funktionalität abbildenden Instruktionen und Daten zunächst in den Cache geladen und anschließend ausgeführt werden muss. In order to obtain a realistic estimate of the later runtime in the real-time system, it is therefore desirable on the one hand to determine the "best case", ie the time that the processor needs to perform a single function exclusively, which can completely use the cache for itself If you want to measure the execution time in the "worst case", the for the execution of a function is required if the cache is loaded or invalid and the instructions and data mapping the functionality must first be cached and then executed.
Ein Einfügen von Mess-Code innerhalb der Funktion würde den Cache der CPU verändern und so die Messung verfälschen. Zum genauen Messen von Funktionen wird deshalb bisher z.B. externe Trace/Debug-Hardware an ein PIL-Evaluationsboard angeschlossen, welche  Inserting measurement code within the function would change the cache of the CPU and thus falsify the measurement. For accurate measurement of functions, therefore, hitherto e.g. external trace / debug hardware connected to a PIL evaluation board, which
Messungen per Hardware-Schnittstelle während der PIL-Simulation durchführt. Perform measurements via hardware interface during the PIL simulation.
Alternativ werden„worst case" Laufzeiten durch statische Analyse (ohne Simulation) ermittelt. Diese liefern aber meist zu hohe Laufzeiten, weil sie Abhängigkeiten zwischen verschiedenen (externen) Eingangsgrößen nicht erkennen können. Alternatively, "worst case" runtimes are determined by static analysis (without simulation), but these usually deliver excessive runtimes because they can not detect dependencies between different (external) input variables.
Die Erfindung im Überblick The invention at a glance
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Abschätzung von Laufzeiten einzelner Funktionen eines Steuerungsprogramms ausgeführt auf einem The object of the present invention is an improved method for estimating run times of individual functions of a control program executed on one
Zielprozessor bereitzustellen. To provide the target processor.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Laufzeit, welche von einer Funktion eines Steuerungsprogramms für eine Steuergeräteeinheit in einem Echtzeitsystem benötigt wird, ausgeführt auf einem Zielprozessor in einer Processor-in-the-loop (PIL)  The object is achieved by a method for determining a transit time, which is required by a function of a control program for a control unit in a real-time system, executed on a target processor in a processor-in-the-loop (PIL).
Simulation, wobei das Verfahren umfasst: Simulation, the method comprising:
• Erstellen oder Laden eines graphischen Entwicklungsmodells der Steuergeräteeinheit in eine Entwicklungsumgebung, wobei das graphische Entwicklungsmodell Funktionalität der Steuergeräteeinheit mittels Funktionsblöcken oder Funktionssymbolen im  • Creating or loading a graphical development model of the ECU unit in a development environment, wherein the graphical development model functionality of the control unit by means of function blocks or function symbols in
graphischen Entwicklungsmodell abbildet;  graphical development model;
· Auswählen mindestens eines Funktionsblocks oder Funktionssymbols innerhalb des graphischen Entwicklungsmodells, insbesondere Auswählen eines Funktionsblocks oder Funktionssymbols über eine graphische Benutzeroberfläche;  Selecting at least one function block or function symbol within the graphical development model, in particular selecting a function block or function symbol via a graphical user interface;
• automatisches Generieren des Steuerungsprogramms zur Ausführung auf dem  • automatic generation of the control program for execution on the
Zielprozessor entsprechend dem graphischen Entwicklungsmodell, wobei das  Target processor according to the graphic development model, wherein the
Steuerungsprogramm die Funktion umfasst, welche die Funktionalität des ausgewählten Control program includes the function that the functionality of the selected
Funktionsblocks oder Funktionssymbols abbildet. Function block or function symbol maps.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Laufzeitmesspunkt assoziiert mit dem Anfang und ein zweiter Laufzeitmesspunkt assoziiert mit dem Ende der Funktion im Steuerungsprogramm, in das Steuerungsprogramm eingefügt wird und wobei unmittelbar vor dem ersten Laufzeitmesspunkt der für eine Ausführung der Funktion verwendete Cache des Zielprozessors in einen vorbestimmten Zustand versetzt wird. Ferner umfasst es die Schritte: • Ausführen des Steuerungsprogramms auf dem Zielprozessor; wobei an dem ersten und zweiten Laufzeitmesspunkten Laufzeitwerte gemessen werden, aus denen die Laufzeit bestimmt wird. The method is characterized in that a first transit time measurement point associated with the beginning and a second transit time measurement point associated with the end of the function in the control program is inserted into the control program and immediately before the first runtime measurement point of the cache used for execution of the function of the target processor is set in a predetermined state. It further comprises the steps of: executing the control program on the target processor; wherein at the first and second transit time measurement points, runtime values are measured from which the transit time is determined.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mit Steuergeräteeinheit eine funktionale Einheit eines Steuergeräts bezeichnet, so dass sowohl ein gesamtes Steuergerät oder auch eine einzelne Komponente eines Steuergeräts umfasst sind. Funktionalitäten der In the context of the present invention, the control unit is a functional unit of a control unit, so that both an entire control unit or a single component of a control unit are included. Functionalities of
Steuergeräteeinheit werden im graphischen Entwicklungsmodell mittels Funktionsblöcken in einem Blockdiagramm und/oder durch Funktionssymbole (graphisch oder textuell) in einer Listen- oder Baumstrukturansicht dargestellt. Das graphische Entwicklungsmodell kann beispielsweise ein Entwicklungsmodell zur Funktionsentwicklung sein. Oder etwa ein Control unit are represented in the graphic development model by means of function blocks in a block diagram and / or by function symbols (graphically or textually) in a list or tree view. For example, the graphical development model may be a development model for functional development. Or about one
Entwicklungsmodell zum Erstellen und/oder zum Testen einer Software-Architektur, wobei im Modell Softwarekomponenten, d.h. Softwarecode für bestimmte Funktionalitäten bzw. A development model for building and / or testing a software architecture, wherein software components, i. Software code for certain functionalities or
Funktionen, zu einem (Gesamt-)Steuerungsprogramm zusammengesetzt werden, für das ein Codegenerator den Rahmen- und Kommunikationscode bzw. die Laufzeitumgebung generiert. Dabei können Funktionsblöcke oder -symbole komplexe Funktionalität einer abgebildeten Steuerungsroutine darstellen bzw. in Form von Programmroutinen bzw. Softwarekomponenten zugewiesen bekommen. Im Allgemeinen stellen die Funktionsblöcke oder Funktionssymbole ein Subsystem der abgebildeten Steuergeräteeinheit dar. Solche Subsysteme werden Functions are combined into a (total) control program for which a code generator generates the frame and communication code or the runtime environment. In this case, function blocks or symbols can represent complex functionality of an imaged control routine or be assigned in the form of program routines or software components. In general, the function blocks or function icons represent a subsystem of the mapped control unit. Such subsystems become
beispielsweise als übergeordnete Funktionen im ausführbaren Programmcode des for example, as superordinate functions in the executable program code of the
Steuerungsprogramms realisiert. Funktionsblöcke oder Funktionssymbole können auch untergeordnete Funktionen innerhalb einer Funktionalität der Steuergeräteeinheit darstellen bzw. zugewiesen bekommen, welche als Unterfunktionen im ausführbaren Steuerungsprogram realisiert werden. Das automatisch generierte (Gesamt-)Steuerungsprogramm wird unter Berücksichtigung der Eigenschaften des jeweiligen Zielprozessors erstellt. Control program realized. Function blocks or function symbols can also be represented or assigned subordinate functions within a functionality of the control unit, which are implemented as subfunctions in the executable control program. The automatically generated (total) control program is created taking into account the properties of the respective target processor.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Laufzeitbestimmung einer Funktion im Rahmen von PIL-Simulationen in der modellbasierten Entwicklung Cache-Effekte, wie sie in Echtzeitsystemen, also auch in der späteren Steuergeräte-Applikation, auftreten, The invention is based on the finding that during the travel time determination of a function in the context of PIL simulations in the model-based development, cache effects occur, as occur in real-time systems, ie also in the later ECU application.
Berücksichtigung finden müssen, um eine realistische Abschätzung der benötigten Laufzeiten zu erhalten und gegebenenfalls den Prozessor für das Echtzeit-Steuerungssystem In order to obtain a realistic estimate of the required run times and possibly the processor for the real-time control system
entsprechend dimensionieren zu können oder frühzeitig Anpassung an den Regelungsroutinen vornehmen zu können. Die Erfindung ist auf jegliche Formen von Modellen zur modellbasierten Steuergeräteentwicklung anwendbar, egal ob diese in Form von Blockdiagrammen, Listen- oder Baumstrukturen ausgestaltet sind. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Laufzeit einer beliebigen Funktion innerhalb eines Steuergeräteprogramms für verschiedene, beliebige Cache-Zustände in der PIL Simulation ermittelt werden kann und damit bereits in einem frühen Stadium der Entwicklung Effekte, welche im späteren Echtzeitsystem zu erwarten sind, berücksichtigt werden können. Damit kann die Nachbildung von Cache-Effekten bereits in das Entwicklungsstadium derto be able to dimension accordingly or to be able to make an early adaptation to the control routines. The invention is applicable to any forms of model-based ECU development models, whether configured as block diagrams, list or tree structures. An advantage of the present invention is that the runtime of any function within a controller program can be determined for different, arbitrary cache states in the PIL simulation and thus at an early stage of the development effects that are to be expected in the later real-time system, can be considered. Thus, the simulation of cache effects already in the development stage of
Modellierung integriert werden, um deren Auswirkungen auf die Ausführungszeit auf beliebige Funktionen innerhalb eines Steuergeräteprogrammcodes im Rahmen einer PIL-Simulation simulieren und messen zu können. Der Anwender der vorliegenden Erfindung muss damit nicht eigenhändig lauffähigen Programmcode manipulieren, sondern kann die Laufzeitmessung bereits auf Modellebene anlegen. Es muss ferner weder zusätzliche Trace/Debug-Hardware gekauft und angebunden werden, noch wird der Prozessor-Cache durch den notwendigen Mess-Programmcode belastet, was sonst zur Verfälschung der Messungen bzw. der Laufzeiten des zu vermessenden Steuergeräteprogrammcodes führen würde, im Vergleich zum Lauf ohne Mess-Programmcode. Modeling can be integrated to simulate and measure their impact on the execution time on any functions within a ECU program code in a PIL simulation. The user of the present invention thus does not have to manipulate executable program code by himself, but can already create the runtime measurement at the model level. Further, neither additional trace / debug hardware needs to be purchased and tethered, nor is the processor cache loaded by the necessary metering program code, which would otherwise corrupt the measurements or runtimes of the ECU program code to be measured, as compared to the run without measuring program code.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Funktion eine In a preferred embodiment of the present invention, the function is one
Unterfunktion, welche innerhalb einer Hauptfunktion ausgeführt wird. Während bekannte Systeme lediglich die gesamte Laufzeit eines kompletten Programmdurchlaufes messen können, ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, auch für einzelne Unterfunktionen eine realistische Laufzeit zu ermitteln. Speziell für Unterfunktionen niedriger Priorität kann in späteren Echtzeitsystemen ein erneutes Laden in den Cache nach Unterbrechung signifikante Laufzeitveränderungen hervorrufen. Eine spezifische Analyse bis hinunter auf Subfunction, which is executed within a main function. While known systems can measure only the entire duration of a complete program run, it is possible with the present invention to determine a realistic runtime even for individual sub-functions. Especially for low-priority sub-functions, in later real-time systems reloading the cache after interruption can cause significant runtime changes. A specific analysis down to
Unterfunktionsebenen ist damit wünschenswert, um eine detaillierte Darstellung der Subfunction levels is thus desirable to provide a more detailed illustration of
Laufzeitabläufe und eventueller Laufzeitengpässe zu erhalten. To maintain runtime processes and any runtime bottlenecks.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass die Messwerte immer zu Beginn und Ende eines Funktions- bzw. Unterfunktionsaufrufes aufgezeichnet werden. So lässt sich neben den Ausführungszeiten als solche auch der jeweilige Zeitpunkt veranschaulichen, zu welchem eine Unterfunktion innerhalb der Hauptfunktion gerechnet wurde und auch welche Unterfunktionen in einer Unterfunktion aufgerufen wurden. Da es ferner zu jedem Rechenschritt eine Another advantage results from the fact that the measured values are always recorded at the beginning and end of a function or subfunction call. Thus, in addition to the execution times as such, it is also possible to illustrate the respective time at which a subfunction was calculated within the main function and also which subfunctions were called in a subfunction. Since there is also for each calculation step a
Ausführungszeit gibt, können daraus sowohl eine mittlere Ausführungszeit, als auch die minimale und maximale Laufzeit berechnet werden. Execution time, both an average execution time and the minimum and maximum runtime can be calculated therefrom.
In einer ersten Fortbildung einer der vorangegangenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bildet der vorbestimmte Zustand einen teilweise belasteten Cache ab. Von einem teilweise belasteten Cache spricht man, wenn eine Funktion, d.h. sämtliche zum Ausführen der Funktion relevanten Instruktionen/Daten, teilweise erneut in den Cache geladen werden müssen, was zu einer Verzögerung der Laufzeit führt. In a first embodiment of one of the preceding embodiments of the present invention, the predetermined state maps a partially loaded cache. A partially loaded cache is called if one function, ie all to execute the Function relevant instructions / data, some of which must be reloaded into the cache, which leads to a delay of the runtime.
In einer alternativen, zweiten Fortbildung einer der vorangegangenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bildet der vorbestimmte Zustand einen leeren Cache ab. Diese Situation entspricht dem ,worst case'- Szenario, welches dann auftritt, wenn eine Funktion komplett in den verwendeten Cache geladen werden muss.  In an alternative, second embodiment of any of the foregoing embodiments of the present invention, the predetermined state maps an empty cache. This situation corresponds to the worst case scenario, which occurs when a function has to be completely loaded into the used cache.
In einer weiteren Fortbildung einer der vorangegangenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird an den Laufzeitmesspunkten zu messenden Werten Speicherplatz außerhalb des Caches zugeordnet. Damit wird sichergestellt, dass die Laufzeitmessung durch das Abspeichern der Werte nicht verfälscht wird.  In a further development of one of the preceding embodiments of the present invention, memory space outside the cache is assigned to the values to be measured at the transit time measurement points. This ensures that the transit time measurement is not falsified by saving the values.
In einer weiteren Fortbildung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird der teilweise belastete Cache durch eine statistische Mittelung über mehrere  In a further embodiment of the preferred embodiment of the present invention, the partially loaded cache is statistically averaged over multiple
Simulationsläufe abgebildet, wobei der Cache nur in einer Teilmenge der Simulationsläufe vor Aufruf der Funktion vollständig geleert wird. Simulation runs are mapped, whereby the cache is completely emptied only in a subset of the simulation runs before calling the function.
In einer alternativen Fortbildung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der teilweise belastete Cache durch Einfügen zusätzlichen Messcodes innerhalb der zu messenden Funktion abgebildet. Je nach Umfang des verwendeten Messcodes in Bezug auf Cache Zugriffe wird damit eine zusätzliche Cachebelastung erwirkt, die abhängig von der Kapazität des verwendeten Caches zu Laufzeitverzögerungen führen kann. In an alternative embodiment of the preferred embodiment of the present invention, the partially loaded cache is mapped by inserting additional measurement code within the function to be measured. Depending on the size of the measurement code used in relation to cache accesses, an additional cache load is obtained, which can lead to propagation delays depending on the capacity of the cache used.
Einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet eine Vorrichtung zum Erstellen und Ausführen einer Processor-in-the-loop (PIL) Simulation zur Bestimmung einer Laufzeit, welche von einer Funktion eines Steuerungsprogramms für eine Steuergeräteeinheit in einem A further aspect of the present invention is an apparatus for creating and executing a processor-in-the-loop (PIL) simulation for determining a propagation time, which is a function of a control program for a control unit in a
Echtzeitsystem benötigt wird, während der Ausführung auf einem Zielprozessor in der PIL Simulation, wobei die Vorrichtung Mittel zum Erstellen oder Laden eines graphischen Real-time system is needed while running on a target processor in the PIL simulation, the device being means of creating or loading a graphical
Entwicklungsmodells der Steuergeräteeinheit in eine Entwicklungsumgebung, wobei das graphische Entwicklungsmodell Funktionalität der Steuergeräteeinheit mittels Funktionsblöcken und/oder Funktionssymbolen abbildet, umfasst. Ferner weist die Vorrichtung Mittel auf zum Auswählen mindestens eines Funktionsblocks oder -symbols innerhalb des graphischen Entwicklungsmodells, insbesondere Mittel zum Auswählen über eine graphische Development model of the control unit in a development environment, wherein the graphical development model depicts functionality of the control unit by means of function blocks and / or function symbols includes. Furthermore, the device has means for selecting at least one function block or symbol within the graphic development model, in particular means for selecting via a graphical
Benutzeroberfläche, sowie einen Codegenerator zur automatischen Generierung des  User interface, as well as a code generator for automatic generation of the
Steuerungsprogramms zur Ausführung auf dem Zielprozessor entsprechend dem graphischen Entwicklungsmodell, wobei das Steuerungsprogramm die Funktion umfasst, welche die A control program for executing on the target processor according to the graphical development model, the control program comprising the function that the
Funktionalität des ausgewählten Funktionsblocks oder -symbols abbildet. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung Übertragungsmittel zum Übertragen des generierten Functionality of the selected function block or icon maps. In addition, the device comprises transmission means for transmitting the generated
Steuerungsprograms auf den Zielprozessor, Mittel zum Ausführen des Steuerungsprogramms auf dem Zielprozessor, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Codegenerator ausgebildet ist, einen erster Laufzeitmesspunkt assoziiert mit dem Anfang und einen zweiten Control programs to the target processor, means for executing the control program on the target processor, and is characterized in that the code generator is formed, a first transit time measurement point associated with the beginning and a second
Laufzeitmesspunkt assoziiert mit dem Ende der Funktion in das Steuerungsprogramm einzufügen und den für eine Ausführung der Funktion verwendeten Cache des Zielprozessors unmittelbar vor dem ersten Laufzeitmesspunkt in einen vorbestimmten Zustand zu versetzten, wobei die Vorrichtung ferner Mittel zum Empfangen und Auswerten der an den Runtime measurement point associated with the end of the function to be inserted into the control program and to set the used for execution of the function cache of the target processor immediately before the first runtime measurement point in a predetermined state, wherein the device further comprises means for receiving and evaluating to the
Laufzeitmesspunkten bei der Ausführung des Steuerungsprogramms gemessenen Werte aufweist. Runtime measurement points in the execution of the control program measured values.
Der Benutzer der Vorrichtung kann somit bereits auf Modellebene Cachezustände für die Ausführung des Steuerungsprogramms vorgeben und Analysen bezüglich realistischer Laufzeiten durchführen bzw. konfigurieren ohne dabei generierten Steuerprogrammcode händisch manipulieren zu müssen, was nicht nur ausreichende Programmierkenntnisse erfordert, sondern auch das Risiko von fehlerhaften Eingriffen, sowie einer mangelnden Reproduzierbarkeit birgt.  The user of the device can thus already pretend at the model level cache states for the execution of the control program and perform analyzes on realistic maturity or configure without having to manually manipulate generated control program code, which not only requires sufficient programming skills, but also the risk of incorrect interventions, as well a lack of reproducibility holds.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel zur Auswertung der Laufzeitmessungen auf, insbesondere zur graphischen Auswertung, wobei die Mittel zur Auswertung der Laufzeitmesspunkte ausgebildet sind, die Funktionsblöcke oder -symbole im ursprünglichen graphischen Entwicklungsmodell mit den ausgewerteten Laufzeitwerten der entsprechenden Funktionen zu annotieren. Hierzu wird während der PIL Simulation eine Datei erzeugt, welche die Laufzeitwerte der entsprechenden Funktion im ausgeführten In a preferred embodiment, the device has means for evaluating the transit time measurements, in particular for graphical evaluation, wherein the means for evaluating the transit time measurement points are designed to annotate the function blocks or symbols in the original graphical development model with the evaluated transit time values of the corresponding functions. During the PIL simulation, a file is created for this, which displays the runtime values of the corresponding function in the executed
Programmcode zuordnet. Über ein weiteres Mapping zwischen Funktion im Assigns program code. About another mapping between function in
Steuerungsprogramm-Code und dem Funktionsblock oder -symbol im graphischen Modell, kann die graphische Benutzeroberfläche ausgebildet werden, die Darstellung der Control program code and the function block or icon in the graphical model, the graphical user interface can be formed, the representation of
Funktionsblöcke oder Funktionssymbole mit den Laufzeiten zu annotieren bzw. entsprechende Informationen im graphischen Modell zu hinterlegen. Annotate function blocks or function symbols with the runtimes or store corresponding information in the graphical model.
Beschreibung der Figuren Description of the figures
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Preferred embodiments of the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
Figur 1 zeigt eine Modellkomponente einer Steuergeräteeinheit in einer graphischen  FIG. 1 shows a model component of a control unit in a graphical manner
Modellumgebung mit verschiedenen Funktionsblöcken Model environment with different function blocks
Figur 2 zeigt Pseudocode wie er vom Codegenerator auf Basis des graphischen Modells generiert werden könnte, inklusive eingefügter Laufzeitmessfunktions-Aufrufe. Detaillierte Beschreibung Figure 2 shows pseudocode as it could be generated by the code generator based on the graphical model, including inserted run time measurement function calls. Detailed description
Die folgende Beschreibung dient der Veranschaulichung einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, hat darüber hinaus jedoch keinen einschränkenden Charakter. The following description is illustrative of an exemplary embodiment of the present invention, but moreover, is not restrictive in nature.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein graphisches Modell eines Steuergeräte-Subsystems, welche eine bestimmte Funktionalität eines Steuergeräts steuert, in einer graphischen Modellumgebung. Die Eingangssignale 1 , welche von verschiedenen Sensoren stammen können, werden in den Funktionsblock 2, eine Steuerungslogik, und den Funktionsblock 3, eine Signalkorrektureinheit, eingespeist. Die Steuerungslogik 2 verarbeitet die Eingangssignale 1 und gibt die verarbeiteten Signale als Eingangssignale an den Funktionsblock 3, eine Signalkorrektureinheit, weiter. Diese verarbeitet alle Eingangssignale und gibt diese an den Funktionsblock 4, eine FIG. 1 shows, by way of example, a graphic model of a control unit subsystem, which controls a specific functionality of a control unit, in a graphical model environment. The input signals 1, which may originate from different sensors, are fed into the function block 2, a control logic, and the function block 3, a signal correction unit. The control logic 2 processes the input signals 1 and forwards the processed signals as input signals to the function block 3, a signal correction unit. This process all input signals and gives them to the function block 4, one
Berechnungseinheit, weiter. Die Berechnungseinheit 4 erhält ebenfalls noch Eingangssignale von der Steuerungslogik 2. Als letzte Einheit in dem dargestellten Subsystem des Calculation unit, continue. The calculation unit 4 also receives input signals from the control logic 2. As the last unit in the illustrated subsystem of the
Steuergerätemodells, erhält der Funktionsblock 5, eine Berechnungseinheit, die ECU model, receives the function block 5, a calculation unit, the
Ausgangssignale der Berechnungseinheit 4 sowie zwei Ausgangssignale der Steuerungslogik 2 und berechnet darauf den Ausgabewert des Subsystems 6. Output signals of the calculation unit 4 and two output signals of the control logic 2 and calculates thereon the output value of the subsystem. 6
Zur Generierung eines solchen Modells können die einzelnen Einheiten über eine graphische Benutzeroberfläche ausgewählt und mit Hilfe von Eingabemitteln wie einer Mouse/Touchpad oder einem Keyboard miteinander verbunden werden. Der Modellentwickler kann sich dabei einer Vielzahl vordefinierter Funktionsblöcke bedienen oder eigene Funktionsblöcke definieren, indem er Eingangs- und Ausgangsdaten, sowie die Funktionalität eines Funktionsblockes oder eines ganzen Subsystems definiert. In modernen Modellentwicklungsumgebungen kann dann aus den definierten graphischen Modellen automatisch lauffähiger Programmcode, welcher für die bei der späteren Anwendung verwendeten Prozessoren optimiert ist, generiert werden. Generierter Programmcode gemäß dem oben beschriebenen beispielhaften Modell würde aus einer Hauptfunktion für die Steuerungslogik bestehen, in der die Unterfunktionen für die Signalkorrektureinheit 3 sowie die Berechnungseinheiten 4 und 5 aufgerufen würden.  To generate such a model, the individual units can be selected via a graphical user interface and connected to one another with the aid of input means such as a mouse / touchpad or a keyboard. The model developer can use a large number of predefined function blocks or define their own function blocks by defining input and output data as well as the functionality of a function block or an entire subsystem. In modern model development environments, automatically executable program code, which is optimized for the processors used in the later application, can then be generated from the defined graphical models. Generated program code according to the exemplary model described above would consist of a main function for the control logic in which the subfunctions for the signal correction unit 3 as well as the calculation units 4 and 5 would be called.
Wünscht der Modellentwickler eine Analyse der Laufzeiten einzelner Modelleinheiten, kann er diese zum Beispiel über eine graphische Benutzeroberfläche oder eine Kommandozeilen-API auswählen. Bei einer anschließenden Codegenerierung für das entsprechende Modell, zur späteren Anwendung des generierten und kompilierten Programmcodes auf einem If the model developer wishes to analyze the runtimes of individual model units, he can select them, for example, via a graphical user interface or a command line API. In a subsequent code generation for the corresponding model, for later application of the generated and compiled program code on one
vorgesehenen spezifischen Prozessor vorgegebener Kapazität, wird der Programmcode mit Laufzeitmesspunkten instrumentalisiert. Diese Laufzeitmesspunkte sind mit dem Anfang und Ende des entsprechenden Aufrufes der Funktion assoziiert, die mit dem ausgewählten provided specific program processor of predetermined capacity, the program code is instrumentalized with transit time measurement points. These runtime measurement points are associated with the beginning and end of the corresponding call of the function associated with the selected one
Funktionsblock dargestellt ist. Figur 2 zeigt beispielhaften Programmcode, welcher die Struktur des Beispielmodells mit Laufzeitmesspunkten unmittelbar vor und nach den Funktionsaufrufen abbildet. Function block is shown. FIG. 2 shows exemplary program code which maps the structure of the example model with transit time measurement points immediately before and after the function calls.
Um die Messung der Laufzeit nicht zu verfälschen, werden die Messergebnisse nicht im für die Ausführung des Programmcodes verwendeten Cache gespeichert. Dies kann entweder durch das Einfrieren und Auftauen des Cache per spezieller Prozessor-Instruktion erfolgen, oder die Messzeitaufrufe werden als Funktion in einen nicht im Cache liegenden Speicher gelinkt, wenn der Prozessor die Einfrier-/Auftauen Funktionalität nicht bietet. In order not to falsify the measurement of the runtime, the measurement results are not stored in the cache used to execute the program code. This can be done either by freezing and thawing the cache by special processor instruction, or the measurement time calls are linked as a function to non-cached memory if the processor does not provide the freeze / thaw functionality.
Somit lässt sich eine Cache-neutrale Laufzeit einer beliebigen Modelleinheit ermitteln. Diese „nackte" Laufzeit bildet somit ein 'best case' Szenario ab, in welchem die Funktion bereits vollständig in den Cache geladen wurde und die Laufzeit lediglich die Rechenzeit abbildet. Eine mögliche Implementierung könnte über logging-Makros erfolgen, die vorteilhafterweise über Präprozessor-Ersetzungen (preprocessor-defines) implementiert werden, welche beim Export des finalen Programmcodes auf das Steuergerät automatisch gelöscht werden, insbesondere durch ein Umdefinieren als leere Anweisung oder durch textuelles Entfernen aus dem Quellcode.  Thus, a cache-neutral runtime of any model unit can be determined. This "naked" runtime thus depicts a 'best case' scenario in which the function has already been completely loaded into the cache and the runtime only maps the computation time A possible implementation could be via logging macros, which advantageously use preprocessor substitutions (preprocessor-defines) are implemented, which are automatically deleted when exporting the final program code to the controller, in particular by redefining as an empty instruction or by textual removal from the source code.
Für die Messung der Laufzeit unter Cache-Belastung kann der Nutzer an dem Funktionsblock oder Funktionssymbol im Modell einstellen, dass vor dem Aufruf des entsprechenden  For measuring the runtime under cache load, the user can set the function block or function icon in the model that before calling the corresponding
Unterprograms der Cache geleert werden soll. Dies kann z.B. durch Generierung eines weiteren Makros in den Code unmittelbar vor dem Funktionsaufruf erfolgen, welches den Cache leert bzw. invalidiert. Subprograms of the cache should be emptied. This can e.g. by generating another macro in the code immediately before the function call which clears or invalidates the cache.
Die so ermittelte Laufzeit spiegelt das ,worst case'-Szenario wieder, in welchem die zu einer Funktion gehörenden Instruktionen und Daten jeweils pro (Simulations-) Schritt komplett neu geladen werden muss.  The runtime determined in this way reflects the worst case scenario in which the instructions and data belonging to a function must be completely reloaded for each (simulation) step.
Um eine graduelle Cache-Belastung von z.B. anderen höher-priorisierten Tasks mit zu simulieren, kann der Nutzer auch eine prozentuale Cache-Belastung an dem Funktionsblock oder Funktionssymbol im Modell vorgeben. Diese kann ferner randomisiert während der Simulation angewendet werden und den Cache somit vor einigen (Unter-)Funktionsaufrufen löschen/invalidieren (z.B. Cache wird nur bei jedem zweiten Durchlauf invalidiert). Durch Mittelung über mehrere PIL Simulationsdurchläufe erhält der Anwender so eine  To provide a gradual cache load of e.g. To simulate other higher-priority tasks, the user can also specify a percentage cache load on the function block or function icon in the model. It can also be randomly applied during the simulation and thus clear / invalidate the cache before some (sub) function calls (e.g., cache is invalidated only every other pass). By averaging over several PIL simulation runs, the user receives such a
durchschnittliche Laufzeit für die Ausführung einer bestimmten Funktion. Average runtime for the execution of a specific function.
Eine solche graduelle Cache-Belastung könnte auch durch zusätzlichen Mess-Code innerhalb einer (Unter-)Funktion simuliert werden, z.B. eingefügt am Anfang einer langen Schleife. Ferner ist es möglich bei den voranstehenden Anwendungen zwischen Instruktions- und Datencache zu unterscheiden, d.h. beide zu invalidieren/belasten oder je nur einen oder keinen, um eine möglichst realistische Abschätzung für die spätere Laufzeitperformance zu erhalten. Die vorliegende Erfindung mit ihren mit der zu messenden Funktion assoziierten Laufzeitmesspunkten ermöglicht es, neben den Ausführungszeiten als solchen auch den jeweiligen Zeitpunkt zu veranschaulichen, zu welchem eine Unterfunktion innerhalb der Hauptfunktion gerechnet wurde und auch welche weiteren Unterfunktionen in einer Such a gradual cache load could also be simulated by additional measurement code within a (sub) function, eg inserted at the beginning of a long loop. Furthermore, it is possible to differentiate between instruction and data cache in the above applications, ie to invalidate / load both or only one or none in order to obtain the most realistic estimate possible for the later runtime performance. The present invention with its associated with the function to be measured transit time points makes it possible to illustrate not only the execution times as such but also the respective time at which a subfunction was calculated within the main function and which other subfunctions in a
Unterfunktion aufgerufen wurden. Da es ferner zu jedem Rechenschritt eine Ausführungszeit gibt, können daraus sowohl eine mittlere Ausführungszeit, als auch die minimale und maximale Laufzeit berechnet werden. Subfunction were called. Since there is also an execution time for each calculation step, both an average execution time and the minimum and maximum runtime can be calculated therefrom.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Bestimmung einer Laufzeit, welche von einer Funktion eines Steuerungsprogramms für eine Steuergeräteeinheit in einem Echtzeitsystem benötigt wird, ausgeführt auf einem Zielprozessor in einer Processor-in-the-loop (PIL) Simulation, wobei das Verfahren umfasst: A method of determining a propagation time required by a controller program control program function in a real-time system executed on a target processor in a processor-in-the-loop (PIL) simulation, the method comprising:
Erstellen oder Laden eines graphischen Entwicklungsmodells der Steuergeräteeinheit in eine Entwicklungsumgebung, wobei das graphische Entwicklungsmodell Funktionalität der Steuergeräteeinheit mittels Funktionsblöcken oder Funktionssymbolen im graphischen Entwicklungsmodell abbildet;  Creating or loading a graphical development model of the ECU unit into a development environment, wherein the graphical development model maps functionality of the ECU unit by means of function blocks or function symbols in the graphical development model;
Auswählen mindestens eines Funktionsblocks oder Funktionssymbols innerhalb des graphischen Entwicklungsmodells, insbesondere Auswählen eines Funktionsblocks oder Funktionssymbols über eine graphische Benutzeroberfläche;  Selecting at least one function block or function symbol within the graphical development model, in particular selecting a function block or function icon via a graphical user interface;
automatisches Generieren des Steuerungsprogramms zur Ausführung auf dem Zielprozessor entsprechend dem graphischen Entwicklungsmodell, wobei das Steuerungsprogramm die Funktion umfasst, welche die Funktionalität des ausgewählten Funktionsblocks oder Funktionssymbols abbildet,  automatically generating the control program for execution on the target processor according to the graphical development model, the control program comprising the function that maps the functionality of the selected function block or function symbol,
dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Laufzeitmesspunkt assoziiert mit dem Anfang und ein zweiter Laufzeitmesspunkt assoziiert mit dem Ende der Funktion im Steuerungsprogramm, in das Steuerungsprogramm eingefügt wird und wobei unmittelbar vor dem ersten Laufzeitmesspunkt der für eine Ausführung der Funktion verwendete Cache des Zielprozessors in einen vorbestimmten Zustand versetzt wird;  characterized in that a first transit time measurement point associated with the beginning and a second transit time point associated with the end of the function in the control program is inserted in the control program and immediately before the first runtime measurement point the cache of the target processor used for execution of the function is in a predetermined state is offset;
Ausführen des Steuerungsprograms auf dem Zielprozessor; wobei an dem ersten und zweiten Laufzeitmesspunkten Laufzeitwerte gemessen werden, aus denen die Laufzeit bestimmt wird.  Executing the control program on the target processor; wherein at the first and second transit time measurement points, runtime values are measured from which the transit time is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Funktion eine Unterfunktion ist, welche innerhalb einer übergeordneten Funktion ausgeführt wird.  2. The method of claim 1, wherein the function is a subfunction that is performed within a parent function.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der vorbestimmte Zustand einen teilweise belasteten Cache abbildet.  3. The method of claim 1 or 2, wherein the predetermined state maps a partially loaded cache.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der teilweise belastete Cache durch eine statistische Mittelung über mehrere Läufe abgebildet wird, und der Cache nur in einer Teilmenge der Läufe vor Aufruf der Funktion geleert wird.  The method of claim 3, wherein the partially loaded cache is mapped by statistical averaging over multiple runs and the cache is emptied only in a subset of the runs prior to calling the function.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der teilweise belastete Cache durch Einfügen zusätzlichen Messcodes innerhalb der zu messenden Funktion abgebildet wird.  5. The method of claim 3, wherein the partially loaded cache is mapped by inserting additional measurement code within the function to be measured.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der vorbestimmte Zustand einen leeren Cache abbildet. The method of claim 1 or 2, wherein the predetermined state maps an empty cache.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an den Laufzeitmesspunkten zu messenden Werten Speicherplatz außerhalb des Caches zugewiesen ist. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein at the transit time measurement points to be measured memory space outside the cache is assigned.
8. Vorrichtung zum Erstellen und Ausführen einer Processor-in-the-loop (PIL) Simulation zur Bestimmung einer Laufzeit, welche von einer Funktion eines Steuerungsprogramms für eine Steuergeräteeinheit in einem Echtzeitsystem benötigt wird, während der Ausführung auf einem Zielprozessor in der PIL Simulation, wobei die Vorrichtung umfasst:  8. An apparatus for creating and executing a processor-in-the-loop (PIL) simulation for determining a delay required by a function of a control program for a controller unit in a real-time system while executing on a target processor in the PIL simulation, the device comprising:
Mittel zum Erstellen oder Laden eines graphischen Entwicklungsmodells der Steuergeräteeinheit in eine Entwicklungsumgebung, wobei das graphische Entwicklungsmodell Funktionalität der Steuergeräteeinheit mittels Funktionsblöcken oder Funktionssymbolen abbildet;  Means for creating or loading a graphical development model of the controller unit into a development environment, wherein the graphical development model maps functionality of the controller unit by means of function blocks or function symbols;
Mittel zum Auswählen mindestens eines Funktionsblocks oder Funktionssymbols innerhalb des graphischen Entwicklungsmodells, insbesondere Mittel zum Auswählen über eine graphische Benutzeroberfläche;  Means for selecting at least one function block or function symbol within the graphical development model, in particular means for selecting via a graphical user interface;
Codegenerator zur automatischen Generierung des Steuerungsprogramms zur Ausführung auf dem Zielprozessor entsprechend dem graphischen Entwicklungsmodell, wobei das Steuerungsprogramm die Funktion umfasst, welche die Funktionalität des ausgewählten Funktionsblocks oder Funktionssymbols abbildet,  A code generator for automatically generating the control program for execution on the target processor according to the graphical development model, the control program comprising the function that maps the functionality of the selected function block or function symbol,
Übertragungsmittel zum Übertragen des generierten Steuerungsprograms auf den Zielprozessor;  Transmitting means for transmitting the generated control program to the destination processor;
Mittel zum Ausführen des Steuerungsprogramms auf dem Zielprozessor;  Means for executing the control program on the target processor;
dadurch gekennzeichnet, dass der Codegenerator ausgebildet ist, einen ersten Laufzeitmesspunkt assoziiert mit dem Anfang und einen zweiten Laufzeitmesspunkt assoziiert mit dem Ende der Funktion in das Steuerungsprogramm einzufügen und den für eine Ausführung der Funktion verwendeten Cache des Zielprozessors unmittelbar vor dem ersten Laufzeitmesspunkt in einen vorbestimmten Zustand zu versetzten, wobei die Vorrichtung ferner Mittel zum Empfangen und Auswerten der an den Laufzeitmesspunkten bei der Ausführung des Steuerungsprogramms gemessenen Werte aufweist.  characterized in that the code generator is adapted to insert a first transit time measurement point associated with the beginning and a second transit time point associated with the end of the function into the control program and the cache of the target processor used for execution of the function immediately before the first runtime measurement point to a predetermined state The apparatus further comprises means for receiving and evaluating the values measured at the transit time measurement points in the execution of the control program.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 wobei die Mittel zum Auswerten der an den Laufzeitmesspunkten gemessenen Werte ausgebildet sind, die Funktionsblöcke oder Funktionssymbole im graphischen Entwicklungsmodell mit den ausgewerteten Laufzeitwerten der entsprechenden Funktionen zu annotieren.  9. Device according to claim 8, wherein the means for evaluating the measured values at the transit time measurement points are designed to annotate the function blocks or function symbols in the graphical development model with the evaluated transit time values of the corresponding functions.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 wobei sich der Zielprozessor auf einem Evaluationsboard befindet.  The apparatus of claim 9 wherein the target processor is on an evaluation board.
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