New project to make verification of electronic systems faster and more cost-effective

 

The German Research Center for Artificial Intelligence and COSEDA Technologies have started a new project to make verification of electronic systems faster and more cost-effective

Microelectronics is considered a key technology for numerous future developments, from self-driving cars to intelligent refrigerators. Small and medium-sized companies from Germany play an important role in production - and are now supported by the German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI). In the AUTOASSERT project, DFKI and COSEDA Technologies are working on methods for the early verification of heterogeneous systems in order to save costs and time and to make SMEs more competitive. The project is funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) with around 830K euros.

SMEs are the "innovation drivers of digitization" in Germany: In order to support small and medium-sized companies in the electronics industry, the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) supports projects that benefit from the development of microelectronics in Germany. Because the analog and digital systems are the key technology for many of the current and future developments in areas such as the Internet of Things, autonomous driving or medical technology.

The funded projects also include AUTOASSERT, in which the DFKI research group Cyber-Physical Systems work together with COSEDA Technologies to find ways of making the verification of electronic systems faster and more cost-effective. Since April 1, 2020, scientists under the direction of Prof. Dr. Rolf Drechsler work together with COSEDA Technologies on methods for assertion-based verification, which can check both digital and analog systems at an early stage.

This enables manufacturers to save time and costs and thus become more competitive. The challenge, however, is to take into account the influences of the analog-digital hardware when checking the software. With the previous procedure, these influences can only be checked when the hardware is actually available.

One solution is the creation and simulation of analog-digital virtual prototypes including the application software under consideration, on which DFKI researchers have already worked successfully in the CONVERS project - also in cooperation with COSEDA Technologies. The CPS employees Dr. Daniel Große and Muhammad Hassan received the Best Paper Award of the "Design and Verification Conference Europe" (DVCon) 2018 in Munich for their research. While CONVERS was concerned with generating the simulation scenarios with constraints, i.e. with specifications for the possible content of variables, AUTOASSERT focuses on the automated verification of the simulation results.

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Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz und COSEDA Technologies haben ein neues Projekt gestartet, um die Verifikation von Elektroniksystemen schneller und kostengünstiger zu gestalten

Mikroelektronik gilt als Schlüsseltechnologie für zahlreiche zukünftige Entwicklungen, vom selbstfahrenden Auto bis zum intelligenten Kühlschrank. In der Produktion spielen kleine und mittlere Unternehmen aus Deutschland eine wichtige Rolle – und werden nun durch das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz unterstützt. Im Projekt AUTOASSERT arbeiten das DFKI und COSEDA Technologies an Methoden zur frühzeitigen Verifikation von heterogenen Systemen, um Kosten und Zeit zu sparen und deutsche KMUs konkurrenzfähiger zu machen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 830.000 Euro gefördert.

Sie sind die „Innovationstreiber der Digitalisierung“ in Deutschland: Um die kleinen und mittleren Unternehmen der Elektronikindustrie zu unterstützen, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Projekte, die der Entwicklung von Mikroelektronik aus Deutschland zu Gute kommen. Denn die analogen und digitalen Systeme sind die Schlüsseltechnologie für viele der heutigen und zukünftigen Entwicklungen in Bereichen wie dem Internet der Dinge, dem autonomen Fahren oder der Medizintechnik.

Zu den geförderten Projekten gehört auch AUTOASSERT, in dem der DFKI-Forschungsbereich Cyber-Physical Systems gemeinsam mit dem Start-up COSEDA Technologies an Möglichkeiten arbeitet, die Verifikation von Elektroniksystemen schneller und kostengünstiger zu gestalten. Seit dem 01. April 2020 erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Dr. Rolf Drechsler zusammen mit ihrem Projektpartner Methoden zur Assertion-basierten Verifikation, die sowohl digitale als auch analoge Systeme frühzeitig überprüfen können.

Projekt knüpft an ausgezeichnete Vorarbeit an

In der Assertion-basierten Verifikation werden bereits vor der eigentlichen Implementierung in der Hardware Aussagen über mögliche Zustände des Systems getroffen, wodurch Fehler, die nicht den erwarteten Zuständen entsprechen, erkannt werden. Hierdurch können Hersteller Zeit und Kosten sparen und somit konkurrenzfähiger werden – ein Vorteil, der gerade kleinen und mittleren Unternehmen entgegenkommt. Die Herausforderung ist dabei allerdings, bei der Überprüfung der Software auch Einflüsse der analog-digitalen Hardware zu berücksichtigen. Beim bisherigen Vorgehen können diese Einflüsse erst überprüft werden, wenn die Hardware tatsächlich verfügbar ist.

Ein Lösungsansatz hierfür ist die Erstellung und Simulation von analog-digitalen virtuellen Prototypen inklusive der betrachteten Anwendungssoftware, an der Forschende des DFKI bereits erfolgreich im Projekt CONVERS arbeiteten – ebenfalls in Kooperation mit COSEDA Technologies. Die CPS-Mitarbeiter Dr. Daniel Große und Muhammad Hassan erhielten für ihre Forschung den Best Paper Award der „Design and Verification Conference Europe“ (DVCon) 2018 in München. Während es in CONVERS darum ging, die Simulationsszenarien mit Constraints, das heißt mit Vorgaben für den möglichen Inhalt von Variablen zu erzeugen, steht in AUTOASSERT die automatisierte Überprüfung der Simulationsergebnisse im Vordergrund.

So lässt sich beispielsweise das digital-analoge System eines elektrischen Autofensterhebers testen, bevor die Autotür gebaut wird. In der Simulation wird überprüft, ob das Fenster stoppt, sobald durch eine Hand ein physischer Widerstand aufgebaut wird. Die Assertion gibt das Stoppen des Fensters als erwarteten Zustand vor – das Einklemmen der Finger wäre entsprechend als Fehler erkennbar.

Frühzeitige Verifikation spart Schritte im Produktionsprozess

Das Projektziel ist es, die neue Verifikationssoftware prototypisch in die Entwicklungsumgebung COSIDE zu integrieren, die COSEDA Technologies seinen Kunden anbietet. Mit den neuen Methoden und dem Kernstück des Projekts, einer Assertion-Bibliothek für heterogene Systeme, soll die Möglichkeit entstehen, diese analog-digitalen Elektroniksysteme bereits lange bevor die richtige Hardware verfügbar ist automatisiert zu verifizieren. Denn viele Technologien werden an unterschiedlichen Stellen produziert und designt. Eine frühzeitige Verifikation, die auch Aspekte des physischen Designs durch Simulationen berücksichtigen kann, spart so zahlreiche Schritte im Produktionsprozess.

Zur Entwicklung der prototypischen Software und der Assertion-Bibliothek wird das Projekt AUTOASSERT ab dem 01. April 2020 über drei Jahre gefördert. Hierfür stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Projektpartnern, COSEDA Technologies GmbH und dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, 830.000 Euro zur Verfügung.

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