Softwaretool zur Unterstützung von Elektronik-Unternehmen

Mikroelektronik gilt als Schlüsseltechnologie für zahlreiche zukünftige Entwicklungen, vom selbstfahrenden Auto bis zum intelligenten Kühlschrank. In der Produktion spielen kleine und mittlere Unternehmen aus Deutschland eine wichtige Rolle – und werden nun durch das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz unterstützt. Im Projekt AUTOASSERT arbeiten das DFKI und COSEDA Technologies an Methoden zur frühzeitigen Verifikation von heterogenen Systemen, um Kosten und Zeit zu sparen und deutsche KMUs konkurrenzfähiger zu machen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 830.000 Euro gefördert.

Sie sind die „Innovationstreiber der Digitalisierung“ in Deutschland: Um die kleinen und mittleren Unternehmen der Elektronikindustrie zu unterstützen, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Projekte, die der Entwicklung von Mikroelektronik aus Deutschland zu Gute kommen. Denn die analogen und digitalen Systeme sind die Schlüsseltechnologie für viele der heutigen und zukünftigen Entwicklungen in Bereichen wie dem Internet der Dinge, dem autonomen Fahren oder der Medizintechnik.

Zu den geförderten Projekten gehört auch AUTOASSERT, in dem der DFKI-Forschungsbereich Cyber-Physical Systems gemeinsam mit dem Start-up COSEDA Technologies an Möglichkeiten arbeitet, die Verifikation von Elektroniksystemen schneller und kostengünstiger zu gestalten. Seit dem 01. April 2020 erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Dr. Rolf Drechsler zusammen mit ihrem Projektpartner Methoden zur Assertion-basierten Verifikation, die sowohl digitale als auch analoge Systeme frühzeitig überprüfen können.

Projekt knüpft an ausgezeichnete Vorarbeit an

In der Assertion-basierten Verifikation werden bereits vor der eigentlichen Implementierung in der Hardware Aussagen über mögliche Zustände des Systems getroffen, wodurch Fehler, die nicht den erwarteten Zuständen entsprechen, erkannt werden. Hierdurch können Hersteller Zeit und Kosten sparen und somit konkurrenzfähiger werden – ein Vorteil, der gerade kleinen und mittleren Unternehmen entgegenkommt. Die Herausforderung ist dabei allerdings, bei der Überprüfung der Software auch Einflüsse der analog-digitalen Hardware zu berücksichtigen. Beim bisherigen Vorgehen können diese Einflüsse erst überprüft werden, wenn die Hardware tatsächlich verfügbar ist.

Ein Lösungsansatz hierfür ist die Erstellung und Simulation von analog-digitalen virtuellen Prototypen inklusive der betrachteten Anwendungssoftware, an der Forschende des DFKI bereits erfolgreich im Projekt CONVERS arbeiteten – ebenfalls in Kooperation mit COSEDA Technologies. Die CPS-Mitarbeiter Dr. Daniel Große und Muhammad Hassan erhielten für ihre Forschung den Best Paper Award der „Design and Verification Conference Europe“ (DVCon) 2018 in München. Während es in CONVERS darum ging, die Simulationsszenarien mit Constraints, das heißt mit Vorgaben für den möglichen Inhalt von Variablen zu erzeugen, steht in AUTOASSERT die automatisierte Überprüfung der Simulationsergebnisse im Vordergrund.

So lässt sich beispielsweise das digital-analoge System eines elektrischen Autofensterhebers testen, bevor die Autotür gebaut wird. In der Simulation wird überprüft, ob das Fenster stoppt, sobald durch eine Hand ein physischer Widerstand aufgebaut wird. Die Assertion gibt das Stoppen des Fensters als erwarteten Zustand vor – das Einklemmen der Finger wäre entsprechend als Fehler erkennbar.

Frühzeitige Verifikation spart Schritte im Produktionsprozess

Das Projektziel ist es, die neue Verifikationssoftware prototypisch in die Entwicklungsumgebung COSIDE zu integrieren, die COSEDA Technologies seinen Kunden anbietet. Mit den neuen Methoden und dem Kernstück des Projekts, einer Assertion-Bibliothek für heterogene Systeme, soll die Möglichkeit entstehen, diese analog-digitalen Elektroniksysteme bereits lange bevor die richtige Hardware verfügbar ist automatisiert zu verifizieren. Denn viele Technologien werden an unterschiedlichen Stellen produziert und designt. Eine frühzeitige Verifikation, die auch Aspekte des physischen Designs durch Simulationen berücksichtigen kann, spart so zahlreiche Schritte im Produktionsprozess.

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