Kompaktes Hardware-in-the-Loop-System für den Entwicklerarbeitsplatz

In einer Welt, in der Software und Hardware untrennbar zusammenspielen, sind integrierte Tests unverzichtbar – die Praxis jedoch hinkt häufig hinterher. Viele Entwickler haben nur begrenzten Zugang zu HIL-Systemen. Klassische Lösungen sind teuer und werden abteilungsübergreifend geteilt. Der PROTOS miniHIL ändert das: täglich, sogar stündlich die Funktionalität von Code-Änderungen prüfen.

Was ist Hardware-in-the-Loop?

Ein eingebettetes System wird über seine Ein- und Ausgänge an ein angepasstes Gegenstück angeschlossen und getestet. Die HIL-Simulation fügt die Komplexität des Prozess-Aktuator-Systems zur Testumgebung hinzu. Neue Entwicklungspläne setzen HIL-Simulation parallel zur Systementwicklung ein. Das Ergebnis: kürzere Entwicklungszeiten und gesparte Kosten.

Der PROTOS miniHIL ist deshalb als kompakte Komplettlösung konzipiert, bestehend aus dem miniHIL Hardware-Board und einer Software-Plattform für Umgebungssimulationen und Test Cases.

Das Problem mit klassischen HIL-Systemen

Hardware, die von Embedded Software gesteuert wird, braucht oft ein Hardware-in-the Loop-System (HiL), um das Produkt realitätsnah und umfassend zu testen. Doch ein HiL-Teststand ist teuer und wird im Normalfall von mehreren Entwicklern und oft sogar abteilungsübergreifend genutzt.

Klassische HiL-Lösungen, wie zum Beispiel von dSPACE, National Instruments oder ETAS kosten mehrere zehntausend bis hunderttausend Euro. Hinzu kommen zusätzliche Kosten für spezielle Hardware, Softwarelizenzen und qualifiziertes Personal. Die Komplexität der Hardware-Integration erschwert außerdem den effizienten Einsatz im Entwickleralltag.

Ein besonders gravierendes Problem in der Praxis: die Rüstzeiten. Da große HiL-Systeme häufig von mehreren Teams gemeinsam genutzt werden, muss der Testaufbau regelmäßig auf- und wieder abgebaut werden – besonders bei späteren Softwareanpassungen nach dem initialen Release. Agiles Arbeiten mit schnellen Iterationen ist dadurch kaum möglich. Spontane Tests scheitern oft schlicht an der Verfügbarkeit des Systems.

Die Zahlen sprechen für sich: Der Anteil verspäteter Embedded-Engineering-Projekte stieg von 38,4 % im Jahr 2015 auf 43,4 % in der jüngsten Erhebung. (Quelle) Diese Verzögerungen entstehen häufig, weil kritische Fehler erst spät im Entwicklungszyklus entdeckt werden: oft zu einem Zeitpunkt, an dem Korrekturen teuer und aufwendig sind.

Die größten Hürden für Entwickler:

• Komplexe Einrichtungsprozesse und zeitaufwendige Feinabstimmung der Modelle
• Spezialisierte Echtzeitsimulationen überfordern viele Entwicklerteams
• Installation und Wartung der Verkabelung ist kostspielig und zeitaufwendig
• Begrenzte Verfügbarkeit des HIL-Systems
• Wartezeiten bei der Testdurchführung
• Eingeschränkte Flexibilität bei schnellen Iterationen

Gerade in agilen, aber auch in sicherheitsrelevanten Projekten sind klassische HiL-Systeme ein Engpass. Hier setzen kompakte und kostengünstigere Alternativen wie das miniHIL an: Statt eines komplexen Prüfstands, der aufwendig installiert und konfiguriert werden muss, kann die Hardware einfach im Schrank gelagert und bei Bedarf (selbst nach Wochen oder Monaten) wieder aktiviert werden. So lassen sich Tests nicht nur günstiger und flexibler, sondern auch langfristig wartbar gestalten. Durch automatisierte Regressionstests bleibt auch die Software des Produktes wartbar und sicher – auch bei zukünftigen Software-Änderungen.

miniHIL direkt am Arbeitsplatz

Damit jeder Entwickler täglich von den Vorteilen eines HIL Systems profitieren kann, gibt es den miniHIL von PROTOS. Der miniHIL passt auf jeden Arbeitsplatz und ermöglicht Embedded Software Entwicklern ihre Anwendung nach jeder Code-Änderung zu testen. Dadurch können Fehler wesentlich früher im Entwicklungsprozess identifiziert und behoben werden.

Das System überbrückt die Lücke zwischen Software-in-the-Loop-Tests und aufwendigen Laboraufbauten mit echter Hardware. Das DUT (Device under Test) läuft auf einem Evaluierungsboard oder einer speziellen Adapterplatine mit dem gleichen Controller, der auch im Endprodukt zum Einsatz kommt.

Umfangreiche Simulationsmöglichkeiten

Die Signale des Controllers (typischerweise Pulsweitenmodulationen PWM’s) werden auf Logikebene erfasst und in ein Simulationsmodell überführt. Dieses Modell berechnet in Echtzeit die passenden Reaktionen der Umgebung und generiert daraus die erforderlichen Rückmeldesignale. Diese Signale werden anschließend in Hardware umgesetzt und dem Controller wieder zugeführt, sodass ein geschlossener Regelkreis entsteht, ganz ohne echte Sensorik oder Aktorik.

Vollautomatische Testdurchführung

Die miniHIL-Werkzeugkette lässt sich nahtlos in Continuous-Integration-Lösungen integrieren. Jede Codeänderung wird automatisch im Gesamtsystem getestet. Testzyklen von nur 5-60 Minuten ermöglichen schnelle Iterationen.

Dank des Einsatzes eines Modells der End-Anwendung, können Bugfixes, Code-Änderungen und neue Konzepte ausprobiert werden, ohne teure Hardware, z.B. Motortreiber oder Wechselrichter, zu gefährden. Selbst für noch nicht existierende Sensor- und Aktorhardware kann Software bereits getestet werden.

Was ist Ihr Anwendungsfall für den miniHIL?

Der miniHIL schließt eine wichtige Lücke: zwischen einfachen Softwaretests und aufwendigen Laboraufbauten. Keine Wartezeiten mehr. Keine geteilten Ressourcen. Jeder Entwickler kann täglich testen.

Was möchten Sie testen? Motorsteuerungen? Sicherheitskritische Anwendungen? Der miniHIL passt auf jeden Arbeitsplatz und ermöglicht Tests nach jeder Code-Änderung. Dank der Automatisierbarkeit kann jede Änderung sofort im Gesamtsystem überprüft werden.

Die Vorteile sind klar: frühere Fehlererkennung, kürzere Entwicklungszeiten und Schutz teurer Hardware vor Beschädigung. Ob digitale I/Os, analoge Ausgänge oder komplexe Busprotokolle, die Hardware und Software decken die Anforderungen moderner Embedded-Entwicklung umfassend ab. Für Teams, die mit klassischen HiL-Systemen kämpfen, bietet das miniHIL eine praxisnahe Alternative: einfache Handhabung, geringer Platzbedarf und tägliche Verfügbarkeit direkt am Arbeitsplatz.

Auch für Entwicklerteams, die erstmals mit erhöhten Testanforderungen oder Sicherheitsnormen (Safety) konfrontiert sind, bildet das miniHIL eine solide Basis. Die von Zertifizierungsstellen geforderte Testtiefe kann bei Bedarf sogar projektspezifisch qualifiziert werden. Möglich macht das das optionale “Tool Qualification Support Kit”, das eine gezielte Qualifizierung des miniHILs für sicherheitskritische Systeme unterstützt.

FAQ

Q1. Was ist ein miniHIL-System und wie unterscheidet es sich von klassischen HIL-Systemen? Ein miniHIL-System ist ein kompaktes Hardware-in-the-Loop-Testsystem für den Entwicklerarbeitsplatz. Im Gegensatz zu klassischen HIL-Systemen ist es kostengünstiger, platzsparender und ermöglicht tägliche oder sogar stündliche Tests direkt am Schreibtisch des Entwicklers.

Q2. Welche Vorteile bietet der PROTOS miniHIL für Embedded-Entwickler? Der PROTOS miniHIL ermöglicht frühzeitige Fehlererkennung, schnelle Iterationen und nahtlose Integration in Continuous-Integration-Workflows. Er bietet umfassende Simulationsmöglichkeiten für verschiedene Signale und Busprotokolle, ohne teure Hardware zu gefährden.

Q3. Wie funktioniert die technische Umsetzung des miniHIL-Systems? Das System basiert auf einem STM32H743 Mikrocontroller und kombiniert leistungsfähige Hardware mit flexibler Software. Es nutzt eTrice für die Modellierung und CaGe für die Testfallerstellung. Simulationen von digitalen I/Os bis hin zu komplexen Busprotokollen sind möglich.

Q4. Kann der miniHIL in bestehende Entwicklungsprozesse integriert werden? Ja, der miniHIL lässt sich nahtlos in Continuous-Integration-Lösungen integrieren. Jede Codeänderung kann automatisch im Gesamtsystem getestet werden, was die Entwicklungszeit erheblich verkürzt, und die Effizienz steigert.

Q5. Für welche Arten von Projekten ist der PROTOS miniHIL besonders geeignet? Der miniHIL eignet sich besonders für Embedded-Projekte, bei denen häufige Tests erforderlich sind, wie z.B. Motorsteuerungen oder sicherheitskritische Anwendungen. Er ist ideal für Entwickler, die schnelle Iterationen durchführen und Fehler frühzeitig im Entwicklungsprozess identifizieren möchten.