Softwarequalität durch automatisierte Tests
Kontinuierliche Integration und kontinuierliche Tests in der Embedded-Entwicklung sind wichtig, um Softwarequalität von Anfang an sicherzustellen. Besonders bei embedded Systemen – etwa in Medizintechnik oder Automobilanwendungen – ist höchste Zuverlässigkeit Pflicht. Wie erreichen wir schon während der Entwicklung eine hohe Qualität der Software, anstatt erst am Ende Fehler aufzudecken?
Die Antwort liegt in einer durchdachten CI/CD-Pipeline (Continuous Integration/Continuous Delivery) und umfassenden automatisierten Tests, vom kleinsten Unit-Test bis hin zur Hardware-in-the-Loop-Prüfung.
In der klassischen Embedded-Softwareentwicklung wurden neue Funktionen oft erst spät zusammengeführt und getestet – ein riskantes Vorgehen, da Fehler erst am Ende auffallen. Mit Continuous Integration gehen wir einen wesentlich effizienteren Weg. Jedes Mal, wenn unsere Entwickler neuen Code schreiben und ins Repository einspielen, startet automatisch ein Prozess, der die Software kompiliert und eine ganze Palette von Tests durchführt. Dieser automatisierte Ablauf läuft in einer CI-Umgebung, die wir gezielt an die Anforderungen eingebetteter Systeme angepasst haben.
Für Embedded-Projekte ist CI keine triviale Aufgabe, denn Firmware muss häufig für spezielle Mikrocontroller oder Prozessoren gebaut und gegebenenfalls auf echter Hardware geprüft werden. Wir haben hierfür Infrastruktur geschaffen, die Continuous Integration auch in eingebetteten Umgebungen ermöglicht. Konkret bedeutet das: Sowohl auf Software-Ebene als auch auf Hardware-Ebene werden automatisierte Tests angestoßen, sobald ein Update vorliegt. Build-Server und Pipeline-Tools übersetzen den Quellcode für das Zielsystem, spielen die neue Firmware auf Testgeräte oder Simulatoren und führen definierte Testfälle aus – vollautomatisch und zu jeder Zeit. So erhalten wir frühzeitiges Feedback zur Qualität jeder Codeänderung. Probleme lassen sich unmittelbar erkennen und beheben, lange bevor sie im späteren Projektverlauf teuer oder kritisch werden.
Von Unit-Test bis Hardware-in-the-Loop
Eine CI-Pipeline ist nur so gut wie die Tests, die sie ausführt. Deshalb setzen wir auf ein mehrstufiges Testkonzept, das sämtliche Ebenen der Software abdeckt:
- Unit-Tests: Kleinste Einheiten des Codes – einzelne Funktionen oder Module – prüfen wir mit Unit-Tests auf Herz und Nieren. Diese Tests laufen in isolierten Umgebungen (oft auf dem PC) und stellen sicher, dass jede Codekomponente für sich genommen korrekt arbeitet. Dank moderner Test-Frameworks können wir Hunderte von Unit-Tests in Sekunden ausführen, was ideal für die Integration in unseren CI-Prozess ist. Jeder Fehler wird sofort erkannt, noch während der Entwickler an der entsprechenden Funktion arbeitet.
- Integrationstests: Nachdem die einzelnen Module funktionieren, testen wir ihr Zusammenspiel. In dieser Stufe simulieren wir z.B. ein Teilsystem oder führen die Software auf einem Development Board aus, um sicherzustellen, dass Schnittstellen und Kommunikation zwischen Komponenten reibungslos funktionieren. Automatisierte Integrationstests helfen uns, frühzeitig Inkompatibilitäten oder Fehlverhalten im Gesamtsystem aufzudecken.
- Hardware-in-the-Loop-Tests: Hier verbinden wir Software und Hardware zu einem geschlossenen Testkreislauf. Unsere Entwicklungs- und Testumgebung umfasst spezielle Prüfstände und elektronische Simulatoren, die das reale Gerät oder seine Umgebung nachbilden. Die aktuelle Firmware wird auf die echte Zielhardware oder einen Hardware-Simulator gespielt und läuft dort unter nahezu echten Bedingungen. Sensoren und Aktoren können durch Simulatoren oder physische Testaufbauten emuliert werden. So überprüfen wir, ob die Software auch im Zusammenspiel mit der Hardware fehlerfrei arbeitet – noch bevor der erste Prototyp im Feld getestet wird. HIL-Tests fangen z.B. Timing-Probleme, Speicherengpässe oder Schnittstellenfehler auf, die in reinen Softwaretests nicht sichtbar wären.
- Funktionale Tests und Stresstests: Über die genannten Stufen hinaus prüfen wir die Software in realitätsnahen Szenarien. Funktionstests stellen sicher, dass alle Anforderungen aus Anwendersicht erfüllt sind – das Gerät tut genau das, was es soll. Zusätzlich unterziehen wir das System Stresstests, bei denen wir extreme Bedingungen simulieren: hohe Last, rasche Folge von Befehlen, Grenzwerte bei Temperatur oder Spannung (soweit im Labor darstellbar). Ziel ist es, herauszufinden, ob die Embedded-Software auch unter außergewöhnlichen Umständen stabil und zuverlässig bleibt. Solche automatisierten Dauertests laufen oft über Nacht oder über das Wochenende in unserer Testumgebung, sodass wir am nächsten Arbeitstag umfassende Resultate haben.
Sobald neuer Code vorliegt, werden die passenden Tests automatisch angestoßen. Das Ergebnis jedes Durchlaufs ist sofort für das Entwicklungsteam sichtbar. Schlägt ein Test fehl, wissen wir genau, welcher letzte Änderungssatz dafür verantwortlich ist – und können direkt eingreifen. Kontinuierliches Testen verhindert, dass Fehler über längere Zeit unbemerkt bleiben oder sich in weiteren Entwicklungsschritten potenzieren.
Warum betreiben wir diesen Aufwand?
Gerade in Branchen wie der Medizintechnik, Automotive oder Industrieautomation hängen von der Softwarequalität Menschenleben und enorme Kosten ab. Ein einziger Softwarefehler in einem sicherheitskritischen Gerät – etwa einem chirurgischen Instrument oder einem Fahrerassistenzsystem – kann gravierende Folgen haben. Daher gilt: Vorbeugen ist besser als Nachbessern.
Durch die Verzahnung von CI/CD mit umfassenden Tests erzielen wir eine gleichbleibend hohe Softwarequalität während des gesamten Entwicklungsprozesses. Fehler werden nicht erst am Ende in der Qualitätssicherung entdeckt, sondern laufend, bereits in dem Moment, in dem sie entstehen. Das hat mehrere Vorteile:
- Probleme werden zum frühestmöglichen Zeitpunkt gefunden und behoben. Das reduziert die Kosten der Fehlerbehebung drastisch – ein Bug, der in einer frühen Phase gefixt wird, verursacht viel weniger Aufwand als ein Fehler, der kurz vor der Produkteinführung auffällt. Für unsere Kunden bedeutet das eine verlässlichere Planung und weniger Überraschungen kurz vor dem Marktstart.
- In sicherheitsregulierten Branchen müssen strenge Normen eingehalten werden (z.B. ISO 26262 im Automotive-Bereich oder IEC 62304 in der Medizintechnik). Unsere kontinuierlichen Tests und automatischen Code-Prüfungen stellen sicher, dass wir diese Standards jederzeit erfüllen. Zum Beispiel lassen wir in der Pipeline auch statische Code-Analysen laufen, die den Quellcode auf Einhaltung von Richtlinien wie MISRA-C/C++ oder anderen Safety-Coding-Standards überprüfen. So bleibt der Code nicht nur funktional korrekt, sondern auch sicher und wartbar nach geltenden Vorschriften.
- Durch die Kombination aus Unit-Tests, HIL-Tests und Stresstests erreichen wir eine sehr hohe Abdeckung möglicher Fehlerszenarien. Das Endprodukt verhält sich vorhersehbar und stabil, weil es praktisch jede kritische Situation schon im Test durchlebt hat. Für ein medizintechnisches Gerät heißt das: größerer Schutz für den Patienten und den Anwender, da die Software robust ist. Für ein Industriegerät heißt es: geringere Ausfallzeiten und damit Zufriedenheit bei Endkunden. Diese Zuverlässigkeit entwickelt sich nicht zufällig, sondern ist das Ergebnis unseres systematischen Testvorgehens.
- Obwohl umfangreiche Tests Zeit kosten, verkürzt unser Ansatz mittelfristig die gesamte Entwicklungsdauer. Durch die Automatisierung laufen Tests parallel zur Entwicklung, ohne das Team auszubremsen. Im Gegenteil – Entwickler erhalten sofort Rückmeldung, ob eine Änderung funktioniert oder nicht. Aufwändige Fehlersuche kurz vor Projektabschluss entfällt weitgehend. So kommen Projekte insgesamt schneller und mit mehr Sicherheit ins Ziel. Gerade für Entscheidende in Unternehmen ist das ein wichtiger Faktor: Time-to-Market verbessert sich, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen.
Indem wir automatisierte Tests auf allen Ebenen fest in den Entwicklungsprozess einbinden, schaffen wir Transparenz und Vertrauen in die Software – vom ersten Prototyp bis zum fertigen Produkt. Sie wissen jederzeit über den Qualitätsstatus der Software Bescheid und können sicher sein, dass wir proaktiv für die Einhaltung aller Anforderungen sorgen.
Für Sie bedeutet unser Ansatz vor allem Risikosenkung. Wenn Sie B&W Engineering mit der Entwicklung Ihrer eingebetteten Systeme beauftragen, können Sie darauf vertrauen, dass Qualität kein Zufallsprodukt ist. Wir stellen durch Continuous Integration und umfassende Tests sicher, dass Ihr Produkt bereits vor der Markteinführung höchsten Ansprüchen genügt – technisch, qualitativ und normgerecht.
