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• Prof. Dr. Holger Schlingloff© Prof. Dr. Holger Schlingloff (privat)
  
• Prof. Dr. Holger Schlingloff© Prof. Dr. Holger Schlingloff (privat)
  

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Sie steuern Blutpumpen zur Unterstützung eines kranken Herzes, das Anti-Crash-System im Auto oder setzen die Waschmaschine in Gang, wenn Strom günstig ist. Eingebettete Systeme übernehmen immer mehr und immer komplexere Steuerungsaufgaben. Ihre Entwicklung wird damit aber auch immer aufwändiger und muss zunehmenden Ansprüchen an Komplexität und Leistung genügen. Eine durchgängige, fachbereichsübergreifende Methodik soll die Entwickler künftig dabei unterstützen. Prof. Dr. Holger Schlingloff vom Fraunhofer FIRST erklärt im Interview Ziele und Aufgabenstellung des Verbundprojekts SPES 2020.

Eins haben Eingebettete Systeme zwar gemeinsam: Sie werden immer leistungsfähiger und komplexer. Da ihre Aufgaben aber sehr unterschiedlich sind, wird jedes für sich speziell für seine Aufgabe konzipiert. Im Verbundprojekt SPES 2020 betrachten Ihre Kollegen und Sie die Entwicklung der Systeme dagegen fachübergreifend. Was ist das Ziel dabei?

Es ist zweifellos richtig, dass eingebettete Systeme je nach Anwendungsbereich sehr spezifische Anforderungen erfüllen müssen. Das betrifft nicht nur die Technik selbst, sondern zum Beispiel auch Vorgaben für Test- und Zulassungsverfahren. Im Verbundprojekt „Software Plattform Embedded Systems“, kurz SPES 2020, werden in fünf Teilprojekten daher  die Spezifika der Anwendungsbereiche Luftfahrt, Automatisierungs- und Produktionstechnik, Medizintechnik, Automobil und Energie bis ins Detail berücksichtigt. Darüber hinaus erarbeiten die beteiligten Forscher von fünf Hochschulen, drei Forschungsinstituten und 15 Industrieunternehmen in einem gemeinsamen Zentralprojekt Lösungen für methodische und entwicklungsspezifische Kernfragen. Ziel dabei ist es, eine durchgängige Methodik für die modellbasierte Entwicklung von eingebetteten Systemen anbieten zu können, die sowohl generell geltende Anforderungen als auch bereichsspezifische Besonderheiten berücksichtigt.

Gibt es ein einfaches Beispiel dafür, wie aus dieser Verknüpfung zwischen Zentralprojekt und der Arbeit an den Themenfeldern in den Teilprojekten neue Erkenntnisse gewonnen werden?

Am Fraunhofer FIRST beispielsweise beschäftigen wir uns im Rahmen von SPES 2020 besonders intensiv mit den Anwendungsfeldern Luftfahrt und Medizin. In beiden Bereichen sind die Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit der Systeme besonders hoch. Entsprechend umfangreich und aufwändig sind die jeweiligen Zulassungsverfahren, die jedes System erfolgreich durchlaufen muss, bevor es in der Praxis eingesetzt werden kann. In der Zusammenarbeit vor allem mit den auf einzelne Themenfelder spezialisierten Industriepartnern konnten wir feststellen, dass es teils große Übereinstimmungen in den Bedingungen und den Verfahren der jeweiligen Zulassungsprozesse gibt. Dies eröffnet uns nun die Chance, diese Erkenntnisse im Zentralprojekt zusammenzuführen und gemeinsame Methoden für die Embedded Systems Entwickler zu erarbeiten. Bereits bestehende Erfahrungen und Methoden aus den einzelnen Fachbereichen werden so übertragbar und vor allem müssen die derzeitigen Herausforderungen bei der Entwicklung eingebetteter Systeme nicht wie bisher in jedem Fachbereich parallel bearbeitet werden.

Worin bestehen dann diese Herausforderungen, vor denen die Entwickler im Bereich Embedded Systems stehen?

Der zentrale Punkt dabei ist die Beherrschung der zunehmenden Komplexität. Und das gilt unabhängig vom jeweiligen Anwendungsbereich. Viele eingebettete Systeme arbeiten bereits heute nicht mehr in einem abgeschlossenen System, sondern steuern als „System of Systems“ Geräte und Maschinen im Verbund. Dieser Austausch zwischen den Systemen wird immer komplexer. Eine Blutpumpe etwa, die eingesetzt wird, um ein krankes Herz zu unterstützen, soll künftig automatisch und ohne Verzögerung auf die momentanen Vitaldaten des Patienten, die von anderen Messgeräten zur Verfügung gestellt werden, reagieren. Oder die Lichtsteuerung im Auto empfängt die Signale anderer Fahrzeuge und blendet auf einer kurvenreichen Strecke zuverlässig ab, bevor der Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeugs geblendet wird.

Das sind aber jeweils doch wieder sehr spezifische Aufgabenstellungen. Wie kann eine gemeinsame Methodik hier den Entwicklern helfen?

Um diese zunehmende Fülle an Aufgaben erfüllen zu können, müssen all diese eingebetteten Systeme noch viel leistungsfähiger werden. Gleichzeitig gilt generell für eingebettete Systeme, dass für dieses Mehr an Leistung nicht beliebig viel Energie zur Verfügung steht. Eine Möglichkeit bietet hier die Verwendung von Multi-Core-Architekturen. Ihr Einsatz erlaubt höhere Rechenleistungen bei reduziertem Energieverbrauch. Damit aber sicherheitskritische Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Zuverlässigkeit und Echtzeitverhalten zu steuern, erfordert neue Programmiermodelle und –werkzeuge. Entsprechende Modelle, Methoden und Nachweisverfahren für „parallele Echtzeit“ zu entwickeln, ist einer unserer Schwerpunkte am Fraunhofer FIRST. Das Verbundprojekt SPES 2020 gibt uns die Möglichkeit, unsere Ansätze und Lösungen  in den Anwendungsbereichen Luftfahrt und Medizin vom Systementwurf bis zur Zertifizierung zu erproben und schließlich als grundlegende Arbeitsmittel für alle Entwickler eingebetteter Systeme anzubieten.