Irrigation Controller · ARM

1 - Logische Systemarchitektur (Capella / MBSE)

Die logische Architektur des Controllers wurde in Capella (Arcadia / MBSE) modelliert. Sie zeigt die funktionalen Blöcke und ihre Datenflüsse, mit einem bewusst separaten Safety Monitor, getrennt von der normalen Steuerlogik.

Logische Architektur: Sensor Input, Control Logic, Safety Monitor, Pump Output

Die Steuerlogik (Control Logic) und die Sicherheitsüberwachung (Safety Monitor) sind getrennt: der Safety Monitor erzwingt Fail-Safe bei Sensorfehler und stoppt die Pumpe bei Überschreitung der maximalen Laufzeit (Schutz vor Überflutung).

2 - Anforderungen & Traceability

Jedes Verhalten ist als nummerierte Anforderung spezifiziert, und jede Anforderung wird durch mindestens einen automatisierten Test verifiziert — dasselbe Prinzip wie DOORS (Anforderungen) und XRAY (Testmanagement) in regulierten Branchen (ISO 26262, EN 50128, DO-178C).

ID	Anforderung	Test
REQ-01	Pumpe bei Initialisierung aus (sicherer Startzustand)	✅
REQ-02	Niedrige Feuchte → Pumpe an (< 30 %)	✅
REQ-03	Hohe Feuchte → Pumpe aus (> 70 %)	✅
REQ-04	Hysterese (Pumpe hält Zustand zwischen den Schwellen)	✅
REQ-05	Sensorfehler → Pumpe zwangsweise aus (Fail-Safe)	✅
REQ-06	Max. Laufzeit → Pumpe stoppt (Überflutungsschutz)	✅
REQ-07	Invariante: LOW < HIGH Schwellenwert	✅

7 Anforderungen, 7 verifizierende Tests, vollständige Abdeckung. Details: Requirements · Traceability Matrix

3 - Build- & Test-Pipeline

Drei Ebenen, von der Logik bis zur simulierten Hardware:

4 - Bugs während der Entwicklung

Bug 1: HardFault beim Boot in QEMU

⚠️ Symptom: qemu: fatal: Lockup: can't escalate 3 to HardFault, Program Counter blieb bei 0x00000000 stecken.

Diagnose: objdump -t firmware.elf zeigte korrekt platzierte Symbole, aber qemu -d in_asm Tracing enthüllte, dass die Ausführung nie die Adresse 0x08000000 erreichte.

Root Cause: Linker-Script nutzte STM32-typische FLASH-Adresse (0x08000000), aber die QEMU-Maschine lm3s6965evb erwartet Code ab 0x00000000.

MEMORY
{
    FLASH (rx)  : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 256K   /* vorher: 0x08000000 */
    RAM   (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K
}

✅ Fix: FLASH-Adresse korrigiert + Interrupt-Vektortabelle auf 16 Einträge erweitert.

Bug 2: Vertauschte Schwellenwerte

⚠️ Symptom: Ein Commit vertauschte versehentlich HUMIDITY_LOW_THRESHOLD und HUMIDITY_HIGH_THRESHOLD — die bestehenden Tests bemerkten es zunächst nicht, da sie nur Extremwerte prüften.

Lösung: Ein neuer Sanity-Check-Test wurde hinzugefügt, der explizit die korrekte Reihenfolge der Schwellenwerte validiert — dieser Test deckte den Bug zuverlässig auf.

void test_thresholds_are_correctly_ordered(void) {
    TEST_ASSERT_TRUE(HUMIDITY_LOW_THRESHOLD < HUMIDITY_HIGH_THRESHOLD);
}

✅ Fix: Werte zurück auf LOW=30, HIGH=70 korrigiert — alle 7 Tests bestanden.

5 - CI/CD Pipeline

jobs:
  native-tests:        # Schnelle Validierung der Logik
    - gcc compile + run Unity tests

  arm-cross-compile:    # Echte Zielarchitektur
    needs: native-tests
    - install gcc-arm-none-eabi + qemu-system-arm
    - arm-none-eabi-gcc cross-compile -> firmware.elf
    - qemu-system-arm boot check (kein HardFault)
    - upload firmware.elf als Artifact

7/7

Unit Tests bestanden

Bugs behoben

CI Jobs (native + ARM)

6 - Zusammenfassung

Komponente	Technologie	Status
Sprache	C (Bare-Metal)	✅
Zielarchitektur	ARM Cortex-M	✅
Cross-Compiler	arm-none-eabi-gcc	✅
Unit Tests	Unity Framework (7/7)	✅
Hardware-Simulation	QEMU (lm3s6965evb)	✅
CI/CD	GitHub Actions	✅
Systems Engineering	Requirements + Traceability (DOORS/XRAY-Prinzip)	✅
Architektur	Capella / MBSE (logische Architektur)	✅
Git Workflow	Feature/Fix Branches, Pull Requests, Merges	✅
Debugging	objdump, QEMU Tracing	✅