Embedded Systems, Cyber Physical Systems & Internet of Things

Projektübersicht

Hier finden Sie eine Reihe von uns durchgeführter Projekte aus den Bereichen Embedded Systems, Cyber Physical Systems (CPS) & Internet of Things (IoT). Weitere Informationen können über das „+“-Symbol ausgeklappt werden.

 

Projektstart: 01.07.2019

 

Projektende: 30.06.2022

 

Projektträger: Horizon 2020 (H2020) -     ECSEL 

 

Projektverantwortung vor Ort:

Prof. Dr. Bernhard Bauer

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg:

Noël Hagemann

Julia Rauscher

 

Zusammenfassung

Cyber Physical Systems (CPS) sind eine neue Generation von Systemen, die intensive Konnektivität, embedded Computing und lokale Intelligenz vereinen, um eine Verbindung zwischen physischer und digitaler Welt zu erschaffen und ermöglichen die Zusammenarbeit zwischen diesen Systemen. Die Bedeutung von CPS nimmt mit der massiven Digitalisierung zu, eröffnet neue Marktchancen und stellt Europa vor neue Herausforderungen, um die starke europäische Position in dieser Grundlagentechnologie zu erhalten, zu stärken und auszubauen. Das Hauptziel von CPS4EU ist die Stärkung der CPS-Wertschöpfungskette durch die Schaffung europäischer KMUs und die Bereitstellung von CPS-Technologien, die wiederum die Führung der großen europäischen Konzerne in den wichtigsten Wirtschaftssektoren unterstützen sollen und auf diese Weise innovative Produkte anregen werden.

Projektstart: 01.04.2018

 

Projektende: 31.03.2020

 

Projektträger: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

 

Projektverantwortung vor OrtProf. Dr. Bernhard Bauer

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität AugsburgReinhard Pröll

 

 

Zusammenfassung

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist eine automatisierte Bewertung vorhandener Tests (“Test the Test”, T3) mit Hilfe von Fault Injection sowie durch Mutationen des Prüflings (System under Test) softwareseitig, als auch hardwareseitig, die Qualität der Tests zu verbessern. Dazu sollen bestehende Ansätze für Software- und Hardwaretests um eine Qualitätsanalyse von Testfällen ergänzt werden, um den immer größer werdenden Sicherheitsanforderungen eingebetteter Systeme zu genügen und die Tests semi-automatisch an die Testergebnisse anzupassen.

 

Neben den klassischen Ansätzen zur Ermittlung der Testqualität wird im Rahmen von T3 eine bessere Möglichkeit zur Bewertung von Tests angestrebt. Dies soll einerseits über sog. “Front-Loading” von Testaktivitäten, d.h. Tests in frühen Phasen der Entwicklung (Designzeit) und deren Bewertung geschehen. Andererseits soll durch geeignete Adaption und Kombination klassischer Code-Metriken eine (semi-)automatische Verbesserung der Testqualität erreicht werden. Diese Bewertung soll über verschiedene Integrationsstufen hinweg in ähnlicher Art und Weise ermöglicht werden. Hierzu sollen die Ergebnisse dieser Entwicklungen anschließend in spezifische bestehende Software- und Hardware-Testwerkzeuge der Projektpartner integriert werden. Evaluiert werden die Ergebnisse durch Fallstudien.

Projektstart: 01.10.2016

 

Projektende: 30.09.2019

 

Projektträger: BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung)

 

Projektverantwortung vor Ort: Bernhard Bauer

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg:

Christoph Etzel
Christian Saad

Julian Kienberger

 

 

Zusammenfassung

Entwicklungsprozesse, Werkzeuge und Plattformen für sicherheitskritische Multicore-Systeme.

 

 

Offizielle Webseite von ARAMiS II

Projektstart: 01.07.2017

 

Projektende: 30.06.2019

 

Projektträger: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

 

Projektverantwortung vor Ort:

Philipp Lohmüller

Thomas Driessen

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg: Prof. Dr. Bernhard Bauer

 

 

Zusammenfassung

Software Funktionen werden heutzutage nicht isoliert voneinander betrieben, sondern i.d.R. bestehen zwischen diesen eine Vielzahl an Abhängigkeiten. Für die Hersteller einzelner Funktionen, wie auch für den Funktionsintegrator ist daher sehr schwierig bis unmöglich, alle Wechselwirkungen zwischen den inhärenten Zuständen vollständig zu überblicken. So entstehen Komplexitätseffekte, wie Emergenz, Common Mode Effekte, unerwünschte Aktivierungen von Betriebszuständen, Hidden Links und Dis-Funktionalitäten. Das Ziel des beantragten Projekts ist deshalb die Definition und Implementierung einer hierarchisch organisierten, rechnerbasierten Entwicklungsplattform für SW-intensive Systeme, die das Contract-Based-Design-Paradigma konsequent formal umsetzt. Demgemäß soll die Plattform hierarchisch, wie auch modular strukturiert sein, um sowohl einem top-down (Neuentwicklung), wie einem bottom-up Entwicklungsprozess (existierende Komponenten/Teilsysteme) folgen zu können und dazu alle notwendigen Entwurfs- und Prüfmodule enthalten, die zur Durchführung der Entwicklungsschritte über alle Prozessebenen im Sinne des CBD-Paradigmas erforderlich sind. Evaluation erfolgt über eine Fallstudie.

Projektstart: 01.01.2016

 

Projektträger: Universität Augsburg

 

Projektverantwortung vor Ort:

Christian Saad 

Julian Kienberger

Christoph Etzel

 

Zusammenfassung

Für automobile Steuergerätesoftware stellt AUTOSAR ("Automotive Open Systems ARchitecture") den De-Facto-Standard einer einheitlicher Softwarearchitektur mit einheitlichen Beschreibungs- und Konfigurationsformaten dar. Allerdings mangelt es derzeit noch an Tools, die direkt auf AUTOSAR-Modellen arbeiten und keine proprietären (und oftmals stark vereinfachte) Zwischenmodelle verwenden.

Das an unserer Professur in Zusammenarbeit mit der Continental Automotive GmbH entwickelte Tool "Auto Analyze" führt auf der feingranularsten AUTOSAR-Ebene eine Datenfluss-Analyse durch, visualisiert die Abhängigkeiten zwischen den funktionalen Blöcken, spürt potentielle Datenkonsistenz-Konflikte auf und unterstützt bei deren Auflösung z.B. mit dem Setzen, Modifizieren oder Entfernen von Timing Constraints. So wird das Modell für eine Ausführung auf Single- und Multicore-Plattformen validiert.

Da für die Ausführung auf Multi-Core-Plattformen in den allermeisten Fällen keine Neuentwicklung der Software, sondern eine Migration der bestehender (Single-Core-)Applikation stattfindet, unterstützt das Tool zudem auch bei der dafür notwendigen Partitionierung der Software (Zerlegung in disjunkte Teile) sowie dem anschließenden Mapping (Zuweisung der Teile an Kerne/Ausführungseinheiten) mithilfe einer vorher durchgeführten Regionen-Analyse und daraus abgeleiteten initialen Lösungen.

 

 

Beschreibung

 

© Universität Augsburg

Projektstart: 01.01.2009

 

Projektträger: Universität Augsburg

 

Projektverantwortung vor Ort: Christian Saad

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg: Prof. Dr. Bernhard Bauer

 

 

Zusammenfassung

Ziel des "Model Analysis Framework" Projekts ist es, ein Kernframework (auf Basis des  Eclipse Modeling Frameworks) sowie eine darauf aufbauende Eclipse-basierte Entwicklungsumgebung zur Verfügung zu stellen, die die Implementierung dynamischer Modellanalysen ermöglicht.

 

Als Ausgangspunkt dient hierbei das aus dem Compilerbau stammende Datenflußanalyse-Verfahren. Dieses wird adaptiert um dynamische Verhaltungsstrukturen in Metamodellen zu beschrieben, welche dann im Anschluß für beliebige Modelle automatisiert ausgewertet werden können. Hierzu sollen Datenflußmengen als semantische Attribute an Metamodellelementen annotiert und deren Berechnungsvorschriften über OCL spezifiziert werden können.

 

Anwendungsfälle finden sich unter anderem in der Berechnung von Durchlaufzeiten in Geschäftsprozessen, der Generierung von Testfällen oder der Analyse von Modellmetriken.

Projektstart: 01.01.2016

 

Projektträger: Universität Augsburg

 

Projektverantwortung vor Ort: Thomas Driessen

 

 

Zusammenfassung

Im Bereich des Software Engineering ist es allgemein bekannt, dass die Kosten zur Behebung eines Fehlers immer höher werden je später er gefunden wird. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn es sich bei dem zu entwickelndem System um ein eingebettetes oder sicherheitskritisches System handelt, bei dem nicht nur die Software sondern auch die dazugehörige Dokumentation oder Hardware von Änderungen betroffen ist.

 

In diesem Kontext versucht das Model-Driven Development (MDD) mehrere Aspekte der Implementierung der Software eines Systems bereits in frühere Phasen der Entwicklung vorzuverlagern, z.B. in die Software- oder System-Design-Phase. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns deswegen darauf, die Timing- und Interkomponenten-Kommunikationsaspekte von der Implementierungsphase in die System-Design-Phase vorzuziehen.

 

Unser Ansatz verwendet die "Architecture Analysis and Design Language" (AADL), welche speziell für Spezifikation, Analyse, automatisierte Integration und Codegenerierung von Echtzeit, performancekritischen und verteilten Computer-Systemen entworfen wurde. Die AADL bietet unter anderem standardisierte Semantiken für das Timing und die Interkomponenten-Kommunikation von Software-Kopmonenten in einem System. In unserem Ansatz nutzen wir diese Semantiken um ein Mapping zwischen der AADL und der "Real-Time Specification for Java" (RTSJ) zu definieren. Die RTSJ ist eine Erweiterung vom Standard-Java für harte und weiche Echtzeit-Applikationen. Mittels einer Implementierung dieses Mappings generieren wir anschließend AADL-Semantik-konformen RTSJ-Code, welcher das im AADL-Modell definierte Verhalten bezüglich Timing und Interkomponenten-Kommunikation aufweist. Somit ist ein System-Designer in der Lage einerseits Kommunikations und Timing-bezogene Analysen bereits in der Design-Phase durchzuführen und andererseits kann er sicher sein, dass die anschließende Implementierung seine Designentscheidungen wiederspiegelt. Gleichzeitig werden Programmierer von der monotonen und sich wiederholenden Aufgabe befreit, Kommunikations- und Timing-Code zu schreiben.

 

Die Anwendung unseres Ansatzes wird mittels der Implementierung eines Autopiloten für Quadrocopter gezeigt. Zu diesem Zweck wird die Software des Quadrocopters komplett in AADL modelliert und anschließend durch unsere Implementierung generiert. Diese Fallstudie weißt drei Vorteile gegenüber einer Implementierung ohne Codegenerierung auf:

  • Eine schnellere Entwicklung, da die Programmierer sich auf die Applikationslogik konzentrieren können, anstatt immer wieder den gleichen Code für Timing und Kommunikation zu schreiben.
  • Ein weniger fehleranfälliger Übergang vom Design zur Implementierung
  • Die Möglichkeit einer früheren Entdeckung von Timing oder Kommunikations bezogenen Fehlern im System

 

Unsere weiteren Forschungen in diesem Gebiet beschäftigen sich mit der Integration von Sicherheitsaspekten in unseren bestehenden Ansatz, wie z.B. Fehler-Propagierung, indem wir die Mechanismen des "Asynchronous Transfer of Control" (ATC) von RTSJ ausnutzen.

Für weitere Informationen kann folgende Webseite besucht werden:  MBE for Autonomous Vehicles with Real-Time Java and AADL

Projektstart: 01.01.2015

 

Projektende: 31.12.2016

 

Projektträger: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

 

Projektverantwortung vor OrtProf. Dr. Bernhard Bauer

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg:

Reinhard Pröll

Christian Saad

 

 

Zusammenfassung

In ReTeC (Reduction of Test Complexity) wird eine neuartige Methodik inklusive Werkzeugen entwickelt, wodurch die Konzepte der Modellgetriebenen Softwareentwicklung (MDSD) und des Modellbasierten Testens (MBT) stärker gekoppelt werden. Die Projektpartner erarbeiten hierbei einen ganzheitlichen, modellbasierten und objektorientierten Ansatz für die Entwicklung und den Test eingebetteter Systeme. Im Fokus stehen dabei die Verbesserung der automatisierten Weiter- und Wiederverwendung von Entwicklungsartefakten und die Reduktion der Testkomplexität. Auf Basis bereits etablierter Entwicklungstools wird eine integrierte und durchgängige Lösung erstellt, die von Model-, Software-, bis Hardware-in-the-Loop den kompletten Testzyklus eines eingebetteten Systems abdeckt.

Projektstart: 01.09.2014

 

Projektende: 31.08.2016

 

Projektträger: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) 

 

Projektverantwortung vor OrtProf. Dr. Bernhard Bauer

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg:

Philipp Lohmüller

Adrian Rumpold

 

 

Zusammenfassung

Sicherheitskritische Produkte müssen bezüglich des elektronischen bzw. programmierbaren Systems gemäß den geltenden generischen und produktspezifischen Sicherheitsnormen entwickelt werden. Der in diesen Normen enthaltene Sicherheitsintegritätslevel (SIL) fordert für Produkte definierte Metriken bezüglich Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit der implementierten Sicherheitsfunktionen. Ziel ist, der steigenden Nachfrage nach sicherheitskritischen Systemen gerecht zu werden und deren Entwicklungsaufwand zu verringern. Modellgetriebene Softwareentwicklung hat sich als zentrale Technik zur schnellen und effizienten Systementwicklung etabliert. Aus Modellen werden bereits jetzt mit unter 100% des Codes generiert, jedoch erfolgen Analysen zur Bestimmung des SILs überwiegend manuell und unabhängig zu Modellen. Dies ist sehr zeitaufwändig, fehleranfällig, schwer zu verfolgen und erlaubt keine Wiederverwendung. Hauptziel dieses Projekts ist ein ganzheitlicher Ansatz für die Konzeption, Spezifikation, Analyse, Umsetzung und Erprobung einer Toolchain samt Methodik, die die Produktentwicklung als auch dessen sicherheitsrelevanter Zertifizierung aus einem zentralen Modell entscheidend unterstützt.

Projektstart: 01.01.2014

 

Projektträger: Universität Augsburg

 

Projektverantwortung vor Ort: Philipp Lohmüller

 

 

Zusammenfassung

Sicherheitskritische Systeme finden heutzutage Anwendung in diversen Domänen, darunter z.B. auch im Automotive Bereich. Aufgrund der zahlreichen Features welche heutzutage in den Endprodukten verbaut sind, kann es jedoch vorkommen, dass sicherheitskritische Concerns wie z.B. Safety, Security oder Timing verletzt werden. Es ist Ziel dieses Projektes, einen optimalen Trade-Off zu gewährleisten, um einen maximalen Grad an Safety zu ermöglichen. Des Weiteren ändern sich heutzutage oft die Requirements, was dazu führt, dass auch sicherheitskritische Komponenten betroffen sind und nicht einfach ausgetauscht werden können, da diese von diversen anderen Komponenten abhängig sind. Deshalb wird in diesem Projekt eine Change Impact Analyse vorgestellt, welche all solche Komponenten ermittelt. Außerdem können heutzutage sicherheitskritische Produkte wie z.B. ein Automobil über ein Baukastensystem konfiguriert werden. So gibt es für einen heutigen Kompaktwagen beispielsweise mehre Millionen Möglichkeiten. In diesem Zusammenhang reden werden von (Software) Produktlinien. Jedoch weist nicht jede Produktlinie die identischen Sicherheitsmerkmale auf. Deshalb werden in diesem Projekt Komponenten mit ähnlichen Sicherheitsfeatures ermittelt, um die Komplexität und den Aufwand zu reduzieren.

Projektstart: 01.01.2016

 

Projektträger: Universität Augsburg

 

Projektverantwortung vor Ort:

Reinhard Pröll

Noël Hagemann

 

 

Zusammenfassung

Im Rahmen des Autonomous Driving Lab werden innovative Konzepte im Bereich des autonomen Fahren im Straßenverkehr erforscht und anhand realitätsnaher Fahrzeugmodelle im Maßstab 1:8 erprobt.

Hierbei werden aktuelle Herausforderungen der Fahrzeugindustrie, als auch der Forschung adressiert und mittels ganzheitlichen und dennoch flexiblen Lösungsansätzen bewältigt.

Projektstart: 14.12.2012

 

Projektende: 14.12.2014

 

Laufzeit: 2 Jahre

 

Projektträger: FuE-Programm "Informations- und Kommunikationstechnik" (IuK Bayern)

 

Projektverantwortung vor OrtProf. Dr. Bernhard Bauer

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg:

Julian Kienberger

Christoph Etzel

 

Zusammenfassung

WEMUCS steht für "Methoden und Werkzeuge zur iterativen Entwicklung und Optimierung von Software für eingebettete Multicore-Systeme" und ist ein durch das Forschungs- und Entwicklungs-Programm “Informations- und Kommunikationstechnik Bayern” (IuK Bayern) gefördertes Projekt. Verbundpartner sind die Unternehmen Gliwa, Infineon, Lantiq, Lauterbach, sepp.med, Siemens, Timing-Architects und TWT. Assoziierter Partner ist Continental. Zudem sind noch die Forschungseinrichtungen Fraunhofer ESK, die Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Lehrstuhl für Programmiersysteme) und wir, die Professur Softwaremethodik für verteilte Systeme, an den vier großen Arbeitspaketen beteiligt.

Projektstart: 01.10.2012

 

Projektende: 30.09.2014

 

Laufzeit: 2 Jahre

 

Projektträger: FuE-Programm "Informations- und Kommunikationstechnik"des Freistaates Bayern

 

Projektverantwortung vor Ort: Bernhard Bauer

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg:

Benjamin Honke
Thomas Driessen

Philipp Lohmüller

 

 

Zusammenfassung

Das V-Modell ist ein Entwicklungsstandard, der in der Regel für Softwareprojekte als Vorgehensmodell genutzt wird. In der Luft- und Raumfahrt findet dieser Standard eine hohe Akzeptanz und wird dementsprechend in den meisten Fällen als Grundlage für die Projektentwicklung eingesetzt. Dabei werden die einzelnen Prozessdisziplinen von Anforderungsanalyse über SW Design und Entwicklung bis zum Testen in einzelnen Phasen organisiert. Durch die Erweiterung zum V-Modell XT sind die Abläufe standardisiert und anpassbar auf unterschiedliche Projektsituation. Das V-Modell ist definitiv die Grundlage, muss jedoch aufgrund fehlender Erfassung der Komplexität und den dazugehörigen domainspezifischen Prozessen, Standards, Methoden und Tools auf das zu entwickelnde System/Produkt mit einem Prozessrahmen (process framework) und Datenmodell (data model) erweitert werden. Diesen Prozessrahmen und das dazugehörige Datenmodell gibt es in den heutigen Ansätzen nicht und soll in diesem Projekt als erweiterte Lösung basierend auf der Methode „Layered V-Model“ vorgestellt werden.

Projektstart: 01.07.2012

 

Projektträger: Universität Augsburg

 

Projektverantwortung vor Ort:

Andrea Fendt

Reinhard Pröll

 

 

Zusammenfassung

Heutzutage werden Innovationen im Automobil überwiegend in Software realisiert, weswegen sich in modernen Fahrzeugen mittlerweile teilweise über 100 Steuergeräte befinden, die über verschiedene Kommunikationskanäle miteinander interagieren müssen. Um die Entwicklung solcher automobiler Software entlang des V-Modells zu erlernen, soll das Automotive Software Engineering Lab Studierenden den Zugang zu branchen-spezifischen Werkzeugen und realer Hardware ermöglichen. In abgeschlossenen Übungseinheiten werden Standards, Protokolle und Modelle erklärt und gleichzeitig praxisnah angewendet. Das Automotive Lab ermöglicht die Simulation eines Fahrzeugs und seiner Umgebung und zeigt, wie mehrere Steuergeräte im Zusammenspiel über ein FlexRay-Bussystem ausgewählte Funktionen innerhalb des Fahrzeugs bereitstellen. Durch eine kommerzielle Auto-Simulationssoftware könne Softwareteile durch eine eigene Software ersetzt werden und somit im realen Umfeld verifiziert werden.

Projektstart: 01.07.2012

Projektende: 30.09.2019

 

Projektträger: Universität Augsburg

 

Projektverantwortung vor Ort:

Thomas Driessen

Adrian Rumpold

 

 

Zusammenfassung

Das System eines Luftfahrzeugs zeichnet sich insbesondere durch seine starke Dezentralität, hohe Sicherheitsanforderungen und verpflichtende Qualifizierung aus. Um die Besonderheiten der Softwareentwicklung im Bereich Avionik praxisnah näher zu bringen und um Grundkenntnisse in dieser Domäne zu vermitteln, wurde das Avionik Lab ins Leben gerufen. Das Avonik Lab findet in enger Kooperation mit unseren Industriepartnern statt. Es besteht aus einem Simulator (X-Plane), verschiedenen Embedded Rechnern (Beaglebone Black, Raspberry Pi 2), mehreren Arbeitsplatzrechnern, die mit domänen-spezifische Werkzeugen zur Entwicklung und zum Testen ausgestattet sind und einem Quadrocopter von Erlebrain, auf welchem die Software letztendlich laufen soll. In unserem Praktikum, in welchem die Funktionen eines Autopiloten zu implementieren/erweitern sind, werden Avionik-spezifische Inhalte, wie Standards, Vorgehensmodelle, Qualifizierung oder Programmiersprachen in einer realen Test-Umgebung vermittelt. Durch direkten Kontakt mit unseren Partnern aus der Industrie sollen den Studenten auch praktische Einblicke in die Avionik Industrie aus vergangenen, aktuellen und zukünftigen Projekten gegeben werden und somit einen leichten Einstieg in die Branche ermöglichen.

Projektstart: 01.06.2009

 

Projektende: 31.05.2012

 

Projektträger: BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung)

 

Projektverantwortung vor Ort: Prof. Dr. Bernhard Bauer

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen der Universität Augsburg:

Dipl.-Inf. (FH) Dipl.-Math. Stefan Fenn
Dipl.-Inf. Christian Saad

 

Beteiligte WissenschaftlerInnen / Kooperationen:

Verde Consortium

Infineon Technologies

 

 

Zusammenfassung

The growing complexity of software intensive, real-time embedded systems combined with constant quality and time-tomarket constraints creates new challenges for engineering practices. These systems are developed according to a traditional application of the verification-and-validation cycle, where V&V activities start only when implementation and integration is completed. Many major issues, often related to the architecture and introduced early in the process, are not found until integration and validation. At this point, they are more difficult and more expensive to fix. While preserving the V&V cycle, VERDE is promoting a more iterative and incremental approach to software development that will be driven by the early V&V activities. The two principal goals are to: 1. Develop a solution for iterative, incremental development and validation of RTES that integrates testing and analysis tools; 2. Foster the industrialisation of this solution through a close collaboration between technology providers and end users from different domains, specifically software radio, aerospace, railway and automotive. This ITEA 2 project will be an opportunity for a close collaboration between mature technology providers and end users from different sectors of the Industry, with the overall objective of investigating new directions for the next generation of engineering tools.

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