Qualitätssteigerung der Automotive-Software durch formale Spezifikation funktionaler Eigenschaften auf der Abstraktionsebene des Modellentwurfs

Softwarebasierte Funktionalitäten gewinnen zunehmend an Bedeutung für moderne Automobile – ein Großteil der Innovationen wird von Elektronik und Software getrieben. Zahlreiche Sicherheitsund Komfortfunktionen werden durch Software ermöglicht. Automobile eingebettete Systeme bilden ein hochkomplexes heterogenes Netzwerk, bestehend aus bis zu 70 Steuergeräten. Die Beherrschung der Komplexität dieser Netzwerke stellt zurzeit eine der größten Herausforderungen für Softwareingenieure im Automobilbereich dar. Während testbasierte Methoden zur Qualitätssicherung für solche vernetzten Systeme an ihre Grenzen stoßen, eröffnen formale Methoden durch Behandlung von Systemspezifikationen auf höherer Abstraktionsebene eine Perspektive der Qualitätssicherung in frühen Entwicklungsphasen, in denen die Netzwerkarchitektur entworfen wird. 1 Einführung: Problemstellung und Motivation Wenn von komplexen Softwaresystemen die Rede ist, denkt man zunächst an Datenbanken, Computer-Betriebssysteme, Telekommunikationsnetze und wohl auch an das LKWMauterfassungssystem Toll Collect. In letzter Zeit stellt allerdings die Beherrschung komplexer eingebetteter Softwaresysteme auch die Automobilindustrie vor neue Herausforderungen. Der deutsche ADAC und der österreichische ARBÖ kommen in ihren aktuellen Pannenstatistiken übereinstimmend zu dem Ergebnis, dass ca. 11% aller Pannen durch Elektronik verursacht werden. Würden nur neuere Fahrzeuge berücksichtigt, fiele dieser Anteil deutlich höher aus. Vor fünfzehn Jahren spielte die Software-Entwicklung für die Automobilindustrie keine besondere Rolle – im Jahr 1990 belegte die Software in einem 7er BMW weniger als 100 KB. Das von Intel-Mitbegründer Gordon Moore aufgestellte Gesetz, nach dem sich die Transistoranzahl in Halbleiter-Chips alle 18-24 Monate verdoppelt, scheint jedoch auch auf die eingebettete Software in Automobil-Steuergeräten übertragbar zu sein – ihr Umfang in einem aktuellen 7er BMW beträgt mehr als das Hundertfache gegenüber dem 7er im Jahr 1990. Allein die sicherheitskritische Software belegt über 15 MB. Nehmen wir die Infotainment-Software hinzu, so erhalten wir über 100 MB Software pro Fahrzeug [Fri04]. Die Funktionalität wichtiger Sicherheitssysteme, wie Airbags, ABS (Antiblockiersystem)