314
5 Bewertung und Validierung
erforderlichen Validierungen eines Entwurfs zu senken, könnten wir versuchen, die
Validierung erst zum Ende des Entwurfsvorgangs durchzuführen. Leider funktioniert
dieser Ansatz meist auch nicht, da die Unterschiede zwischen den Abstraktionsebenen der Spezifikations- und der Implementierungsbeschreibung groß sind. Daher
sind Validierungen im Entwurfsablauf immer wieder erforderlich.
Es wäre vorteilhaft, eine einzelne Validierungstechnik für alle Validierungsprobleme anwenden zu können. In der Praxis löst leider keine der verfügbaren Techniken
alle auftretenden Probleme, daher kommt eine Kombination von Techniken zum Einsatz. Simulationen sind eine sehr weitverbreitete Technik für die Validierung von
Entwürfen. Eine Simulation besteht aus der Ausführung eines Entwurfsmodells auf
einer geeigneten Hardware, üblicherweise auf digitalen Standard-Computern. Bei
diesem Ansatz muss das zu validierende Modell ausführbar sein. Alle in Kapitel
2 vorgestellten ausführbaren Sprachen können zur Durchführung von Simulationen
verwendet werden, und zwar auf verschiedenen Abstraktionsebenen (wie auf Seite 127 beschrieben). Die Abstraktionsebene, auf der simuliert wird, ist stets ein
Kompromiss zwischen der Simulationsgeschwindigkeit und der Simulationsgenauigkeit. Je schneller die Simulation, desto weniger genau ist sie.
Bisher haben wir den Begriff „Verhalten“ im Sinne des funktionalen Verhaltens des Systems (also seiner Ein/Ausgabefunktionalität) verwendet. Es gibt auch
Simulationen von anderen, nicht-funktionalen Aspekten von Entwürfen, etwa des
thermischen Verhaltens oder der elektromagnetischen Verträglichkeit (engl. ElectroMagnetic Compatibility (EMC)) mit anderen elektronischen Geräten.
Durch die Integration der Physik müssen Simulationsmodelle möglicherweise
eine große Anzahl physikalischer Effekte beinhalten. Dadurch ist es unmöglich, alle
zugehörigen Ansätze zur Simulation cyber-physikalischer Systeme in diesem Buch
zu behandeln. Ein Überblick über Ansätze und Themen der Simulation digitaler
Systeme ist bei Law [326] zu finden. Es gibt sehr viel weiterführende Literatur zur
Simulation von Systemen, insbesondere von heterogenen, cyber-physikalischen Systemen (siehe beispielsweise [363, 126, 442]). Einige Simulatoren sind auf bestimmte
Anwendungsgebiete spezialisiert, andere sind breiter einsetzbar.
Für die Validierung cyber-physikalischer Systeme haben Simulationen einige
schwerwiegende Einschränkungen:
• Simulationen sind typischerweise viel langsamer als das endgültige System. Wenn
man also versucht, den Simulator mit der tatsächlichen Umgebung des eingebetteten Systems zu verbinden, würden viele verletzte Zeitbedingungen auftreten.
• Simulationen in der realen Umgebung können sogar gefährlich sein - wer würde schon ein Flugzeug mit instabiler, ungetesteter Steuerungssoftware fliegen
wollen?
• Viele Anwendungen verwenden sehr große Datenmengen und es ist in der Regel
unmöglich, in akzeptabler Zeit eine ausreichende Abdeckung dieser Daten durch
Simulation zu erzielen. Multimediaanwendungen sind typische Vertreter für diesen Effekt. So benötigt etwa die Simulation der Kompression eines Videostroms
sehr viel Zeit.
• Die meisten praktisch eingesetzten Systeme sind heutzutage zu komplex, um alle
möglichen Fälle (Eingaben) simulieren zu können. Daher können Simulationen
5 Bewertung und Validierung
erforderlichen Validierungen eines Entwurfs zu senken, könnten wir versuchen, die
Validierung erst zum Ende des Entwurfsvorgangs durchzuführen. Leider funktioniert
dieser Ansatz meist auch nicht, da die Unterschiede zwischen den Abstraktionsebenen der Spezifikations- und der Implementierungsbeschreibung groß sind. Daher
sind Validierungen im Entwurfsablauf immer wieder erforderlich.
Es wäre vorteilhaft, eine einzelne Validierungstechnik für alle Validierungsprobleme anwenden zu können. In der Praxis löst leider keine der verfügbaren Techniken
alle auftretenden Probleme, daher kommt eine Kombination von Techniken zum Einsatz. Simulationen sind eine sehr weitverbreitete Technik für die Validierung von
Entwürfen. Eine Simulation besteht aus der Ausführung eines Entwurfsmodells auf
einer geeigneten Hardware, üblicherweise auf digitalen Standard-Computern. Bei
diesem Ansatz muss das zu validierende Modell ausführbar sein. Alle in Kapitel
2 vorgestellten ausführbaren Sprachen können zur Durchführung von Simulationen
verwendet werden, und zwar auf verschiedenen Abstraktionsebenen (wie auf Seite 127 beschrieben). Die Abstraktionsebene, auf der simuliert wird, ist stets ein
Kompromiss zwischen der Simulationsgeschwindigkeit und der Simulationsgenauigkeit. Je schneller die Simulation, desto weniger genau ist sie.
Bisher haben wir den Begriff „Verhalten“ im Sinne des funktionalen Verhaltens des Systems (also seiner Ein/Ausgabefunktionalität) verwendet. Es gibt auch
Simulationen von anderen, nicht-funktionalen Aspekten von Entwürfen, etwa des
thermischen Verhaltens oder der elektromagnetischen Verträglichkeit (engl. ElectroMagnetic Compatibility (EMC)) mit anderen elektronischen Geräten.
Durch die Integration der Physik müssen Simulationsmodelle möglicherweise
eine große Anzahl physikalischer Effekte beinhalten. Dadurch ist es unmöglich, alle
zugehörigen Ansätze zur Simulation cyber-physikalischer Systeme in diesem Buch
zu behandeln. Ein Überblick über Ansätze und Themen der Simulation digitaler
Systeme ist bei Law [326] zu finden. Es gibt sehr viel weiterführende Literatur zur
Simulation von Systemen, insbesondere von heterogenen, cyber-physikalischen Systemen (siehe beispielsweise [363, 126, 442]). Einige Simulatoren sind auf bestimmte
Anwendungsgebiete spezialisiert, andere sind breiter einsetzbar.
Für die Validierung cyber-physikalischer Systeme haben Simulationen einige
schwerwiegende Einschränkungen:
• Simulationen sind typischerweise viel langsamer als das endgültige System. Wenn
man also versucht, den Simulator mit der tatsächlichen Umgebung des eingebetteten Systems zu verbinden, würden viele verletzte Zeitbedingungen auftreten.
• Simulationen in der realen Umgebung können sogar gefährlich sein - wer würde schon ein Flugzeug mit instabiler, ungetesteter Steuerungssoftware fliegen
wollen?
• Viele Anwendungen verwenden sehr große Datenmengen und es ist in der Regel
unmöglich, in akzeptabler Zeit eine ausreichende Abdeckung dieser Daten durch
Simulation zu erzielen. Multimediaanwendungen sind typische Vertreter für diesen Effekt. So benötigt etwa die Simulation der Kompression eines Videostroms
sehr viel Zeit.
• Die meisten praktisch eingesetzten Systeme sind heutzutage zu komplex, um alle
möglichen Fälle (Eingaben) simulieren zu können. Daher können Simulationen