5 Teil 5: V-Modell-Referenz Produkte

5.3 Produkte

5.3.9 Systemspezifikationen

5.3.9.4 HW-Spezifikation

Verantwortlich: HW-Architekt (bei Verwendung des Vorgehensbausteins HW-Entwicklung)

Mitwirkend: HW-Entwickler, Logistikentwickler, Ergonomieverantwortlicher, Funktionssicherheitsbeauftragter

Sinn und Zweck

Die »HW-Spezifikation beschreibt alle funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen an ein »HW-Element (HW-Einheit, »HW-Komponenten oder HW-Modul). Zur Erstellung der Spezifikation werden die Anforderungen aus den Spezifikationen übergeordneter Systemelemente beziehungsweise HW-Elemente abgeleitet. Die Spezifikation dient als Vorgabe und Hilfsmittel für Entwurf und Dekomposition der »HW-Architektur. Sollten im Laufe der weiteren Entwicklung des HW-Elements Änderungen nötig sein, ist zunächst immer die HW-Spezifikation anzupassen. Die »Prüfspezifikation Systemelement definiert die Prüffälle zum Nachweis der Schnittstellen und Anforderungen der Spezifikation.

Wesentliche Inhalte der HW-Spezifikation sind die Beschreibung der Anforderungen an das HW-Element sowie die Festlegung der Schnittstellen, die es zu bedienen hat. Zusätzlich wird die Verfeinerung und Zuordnung von Anforderungen und Schnittstellen zu untergeordneten HW-Elementen beschrieben.

Im Rahmen der Anforderungsverfolgung wird sichergestellt, dass alle Anforderungen an das Element bei der Verfeinerung auf die nächste Hierarchieebene berücksichtigt werden. Die Erstellung der HW-Spezifikationen erfolgt Hand in Hand mit dem Architekturentwurf der »HW-Einheiten. Zur Sicherstellung der Konsistenz zwischen Spezifikationen und Architektur ist der »HW-Architekt verantwortlich für die Erstellung beider »Produkte.

Anforderungen aus der HW-Spezifikation können sich auf die Spezifikation Logistische Unterstützung auswirken. Ebenso können Anforderungen der Logistik die HW-Spezifikation beeinflussen.

Wird erzeugt von

Implementierungs-, Integrations- und Prüfkonzept System, Systemarchitektur (siehe Produktabhängigkeit 4.4)

Implementierungs-, Integrations- und Prüfkonzept Unterstützungssystem, Unterstützungs-Systemarchitektur (siehe Produktabhängigkeit 4.5)

HW-Architektur, Implementierungs-, Integrations- und Prüfkonzept HW (siehe Produktabhängigkeit 4.6)

HW-Architektur, Implementierungs-, Integrations- und Prüfkonzept HW (siehe Produktabhängigkeit 4.8)

Hängt inhaltlich ab von

Mensch-Maschine-Schnittstelle (Styleguide), SW-Spezifikation, Systemspezifikation (siehe Produktabhängigkeit 5.7)

Externes-HW-Modul-Spezifikation, Spezifikation logistische Unterstützung, Externes-SW-Modul-Spezifikation, SW-Spezifikation, Externe-Einheit-Spezifikation, Systemspezifikation (siehe Produktabhängigkeit 5.23)

5.3.9.4.1 HW-Element-Überblick

Der »HW-Element-Überblick gibt einen groben Überblick über das zu realisierende »HW-Element. Aufgaben und Ziele des HW-Elements werden überblickartig beschrieben, beispielsweise anhand eines Blockschaltbilds mit erklärendem Text. Zum besseren Verständnis wird die »Rolle des Elements innerhalb des Systems, eines »Unterstützungssystems oder einer »HW-Einheit dargestellt.

5.3.9.4.2 Schnittstellenbeschreibung

Eine Schnittstelle repräsentiert die Grenze eines »HW-Elements zu seiner Umgebung. Sie beschreibt welche Daten an der Elementgrenze ausgetauscht werden, und die logischen Abhängigkeiten. Damit definiert die Schnittstelle die Dienste, die vom HW-Element zu erbringen sind. Ein HW-Element kann durchaus mehrere Schnittstellen unterstützen.

In der Schnittstellenbeschreibung werden die funktionalen Anforderungen an das HW-Element gesammelt, alle Schnittstellen festgelegt und im Zusammenhang dargestellt. Zusammen mit den nicht-funktionalen Anforderungen enthält die Schnittstellenbeschreibung die notwendigen Informationen zur Entwicklung des HW-Elements. In der Schnittstellenbeschreibung werden neben den Schnittstellen zu anderen HW-Elementen auch die Schnittstellen zur Umgebung beschrieben, wie die Mensch-Maschine-Schnittstelle oder Schnittstellen zu »Unterstützungssystemen.

Die Beschreibung der funktionalen Schnittstelle teilt sich in die Beschreibung ihrer statischen Elemente und die Beschreibung des dynamischen Verhaltens auf. Das statische Verhalten legt die Struktur der Schnittstelle fest, über die Funktionalitäten des HW-Elements genutzt werden können. Das dynamische Verhalten bestimmt die Reihenfolge der Nutzung und die logischen Abhängigkeiten der übermittelten Daten und Signale.

Zu den statischen Elementen einer HW-Schnittstelle zählen beispielsweise Angaben zu elektrischen Leistungsdaten (Leistung, Spannung, Strom, Frequenz, Polarität), Angaben zur mechanischen Auslegung (Steckertyp, Steckerbelegung, Kabeltyp) oder Angaben zum technischen Aufbau (Funktionsaufruf und Parameterliste, Übertragungsrichtung, Layout einer Nutzerschnittstelle). Zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens zählen beispielsweise die Festlegung von Kommunikationsprotokollen und deren Spezifikationen, die Beschreibung von Synchronisationsmechanismen sowie Hinweise zur Benutzung und Bedienung der Schnittstelle. Ebenfalls Teil des dynamischen Verhaltens ist die Beschreibung von Funktionsabläufen und Datenflüssen im Normal-, Grenz- und Ausnahmefall. Häufige Schnittstellen bei HW-Elementen sind:

Externe Kommunikationsschnittstellen des operationellen Betriebs,
Test- und Diagnoseschnittstellen (z.B. JTAG, Schalter, LEDs),
Elektrische, mechanische, hydraulische oder pneumatische Schnittstellen.

Die Beschreibung der Kommunikationsschnittstellen orientiert sich idealerweise an den Schichten des OSI-Referenzmodells.

Grundlage für die Schnittstellenbeschreibung sind die Schnittstellenübersicht der Architektur sowie die Schnittstellenrealisierungen der »Systemspezifikationen übergeordneter Systemelemente.

Die Schnittstellenbeschreibung sollte sich daran orientieren, ob eine Wiederverwendung bereits bestehender HW-Elemente möglich ist. Darüber hinaus ist bei der Beschreibung der Schnittstellen darauf zu achten, dass die Schnittstellen stabil sein sollen, und damit eine möglichst lange Nutzung des HW-Elements möglich wird.

5.3.9.4.3 Nicht-funktionale Anforderungen

Neben den funktionalen Anforderungen, hat ein »HW-Element eine Reihe nicht-funktionaler Anforderungen zu erfüllen. Nicht-funktionale Anforderungen spielen gerade bei HW-Elementen eine entscheidende »Rolle. Zu speziell von HW-Elementen geforderten nicht-funktionalen Anforderungen gehören mindestens:

Rechenleistungsbedarf bezogen auf eine Rechnerarchitektur,
Speicherbedarf (VM, NVM),
Zuverlässigkeit (Betrieb und Lagerung, z.B. bei programmierbarer Logik Anforderungen an die Vermeidung von Metastabilität oder Data Retention Time bei PROMS),
Sicherheit,
»Logistische Anforderungen (Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartbarkeit, Austauschbarkeit, Instandsetzbarkeit, Benutzbarkeit, Bedienbarkeit, Entsorgung),
Effizienz (Stromverbrauch, Spannungen, Netzteile),
EMV (elektromagnetische Verträglichkeit),
CE, »VDE,
Umweltbedingungen,
gesetzliche Forderungen (Sicherheit, Gefahrstoffe, etc.)
zu verwendende Technologien,
Festlegungen für die Bauelementeauswahl,
Materialien, Schirmung, Kennzeichnung, Oberflächen, Wärmemanagement,
Vertraulichkeit und Security (z. B. keine Nutzerschnittstelle, Verschlüsselung zur Sicherstellung der Vertraulichkeit fest codierter, geheimer Systemparameter). Die nicht-funktionalen Anforderungen werden im Detail beschrieben und mit konkret geforderten Werten belegt. Die für das HW-Element relevanten, nicht-funktionalen Anforderungen werden aus den Spezifikationen der übergeordneten Systemelemente beziehungsweise HW-Elemente abgeleitet.

5.3.9.4.4 Schnittstellenrealisierung

In der Schnittstellenrealisierung erfolgt die Verfeinerung der funktionalen Anforderungen in der Schnittstellenbeschreibung. Anforderungen und Schnittstellen werden konkretisiert, verfeinert und den »HW-Elementen der darunter liegenden Hierarchieebene zugeordnet.

Grundlage der Schnittstellenrealisierung ist die »HW-Architektur der übergeordneten »HW-Einheit. »HW-Komponenten und »HW-Module der verschiedenen Hierarchieebenen werden dort im Rahmen der Dekomposition identifiziert.

5.3.9.4.5 Verfeinerung nicht-funktionaler Anforderungen

Die Verfeinerung nicht-funktionaler Anforderungen erfolgt parallel zur Verfeinerung der funktionalen Anforderungen in der Schnittstellenrealisierung. Die nicht-funktionalen Anforderungen werden konkretisiert, verfeinert und den »HW-Elementen der darunter liegenden Hierarchiestufe zugeordnet. So kann beispielsweise eine Prüfbarkeitsanforderung auf eine JTAG-Testschnittstelle und die Definition einer präzisen Anforderung an die Boundary-Scan-Testabdeckung abgebildet werden. Die verfeinerten Anforderungen bleiben als eigenständige Anforderungen bestehen oder werden in die Schnittstellenrealisierung integriert.

5.3.9.4.6 Anforderungsverfolgung

Im Rahmen der Anforderungsverfolgung wird die Zuordnung der funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen an das »HW-Element auf die verfeinerten Anforderungen und auf untergeordnete HW-Elemente zusammenfassend dargestellt. Grundlage sind die Ergebnisse der Schnittstellenrealisierung sowie der Verfeinerung nicht-funktionaler Anforderungen. Die bidirektionale Verfolgbarkeit (d.h. von übergeordneten zu untergeordneten HW-Elementen und umgekehrt) muss dabei sichergestellt werden. Die Darstellung kann beispielsweise anhand einer Matrix erfolgen.