由于大流行，大多數(shù)（如果不是全部）工人都經(jīng)歷了在家工作（WFH），導(dǎo)致傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)和全球協(xié)作方法暫時(shí)停止。需要軟件和硬件團(tuán)隊(duì)協(xié)作的替代方式。在保持社交距離的時(shí)代，遠(yuǎn)程開(kāi)發(fā)可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)樵L問(wèn)遠(yuǎn)程和稀缺的硬件以及開(kāi)發(fā)和測(cè)試系統(tǒng)很困難。一種可行的解決方案可能是虛擬原型設(shè)計(jì)，它可以用硬件的軟件等效模型替換硬件；隨時(shí)隨地。

對(duì)于開(kāi)發(fā)下一代無(wú)線、消費(fèi)類和汽車設(shè)備的半導(dǎo)體和 OEM 公司而言，日益復(fù)雜的硬件和軟件的集成是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。序列化硬件和軟件開(kāi)發(fā)的傳統(tǒng)方法——在芯片設(shè)計(jì)完成后開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證絕大多數(shù)軟件——通常無(wú)法滿足激進(jìn)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計(jì)劃。虛擬原型是完整系統(tǒng)的快速、功能齊全的軟件模型，可以執(zhí)行未經(jīng)修改的生產(chǎn)代碼并提供無(wú)與倫比的調(diào)試效率。

汽車公司的解決方案應(yīng)該能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)和集成測(cè)試結(jié)合到一個(gè)虛擬原型平臺(tái)中。用戶可以確定設(shè)計(jì)和集成過(guò)程是否會(huì)成功，而不是通常會(huì)導(dǎo)致在集成測(cè)試中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題的開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)過(guò)程。這里選擇的平臺(tái)是 VisualSim Architect （VSA），它可以通過(guò)對(duì)完整的端到端設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，通過(guò)閉環(huán)設(shè)計(jì)/集成流程來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。端到端設(shè)計(jì)使用許多預(yù)構(gòu)建、預(yù)測(cè)試的汽車庫(kù)，這些庫(kù)生成預(yù)定義的報(bào)告以加速開(kāi)發(fā)和集成測(cè)試。用戶可以評(píng)估延遲、吞吐量、子系統(tǒng)利用率和關(guān)鍵子系統(tǒng)的功率。

其他汽車解決方案專注于算法測(cè)試、軟件開(kāi)發(fā)和軟件測(cè)試。這些解決方案可用作指令集模擬器以在沒(méi)有板的情況下執(zhí)行軟件代碼，SysML 可記錄軟件序列、C 代碼生成、數(shù)學(xué)正確性模型以及通過(guò)在原型板上加載軟件來(lái)測(cè)試解決方案。

上述解決方案在設(shè)計(jì)過(guò)程的后期使用。硬件和軟件故障的發(fā)生是由于規(guī)格不正確而不是制造不正確。這些替代解決方案正在針對(duì)不完善的規(guī)范驗(yàn)證正確性。功能安全測(cè)試在設(shè)計(jì)周期的后期進(jìn)行，制造變更會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)前的技術(shù)不允許跨真正的分布式系統(tǒng)出現(xiàn)多次故障。在集成或軟件開(kāi)發(fā)階段對(duì)架構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模更改是耗時(shí)、昂貴的，并且會(huì)延遲進(jìn)度。

VisualSim 滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：

優(yōu)化規(guī)范以滿足時(shí)序、功耗和功能。

為 OEM 和供應(yīng)商創(chuàng)建一個(gè)通用的可執(zhí)行規(guī)范。

引入 ISO-26262 第 4、5 和 6 部分用于設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

集成現(xiàn)有工具和模擬器，包括 MatLab 和 C 代碼，以進(jìn)行時(shí)間驅(qū)動(dòng)的分析。

支持的故障類型包括：

電源故障：突然的電源尖峰，電池壽命縮短

硬件故障：完全關(guān)閉電路板或核心故障

冗余影響：在發(fā)生故障時(shí)處理增加的負(fù)載

軟件故障：修改內(nèi)存值、資源匱乏

RTOS 失敗：先前任務(wù)的溢出導(dǎo)致當(dāng)前任務(wù)失敗

網(wǎng)絡(luò)故障：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的消息損壞或擁塞

網(wǎng)絡(luò)安全：模擬攻擊并評(píng)估系統(tǒng)吞吐量的算法質(zhì)量

分析硬件故障模型

根據(jù) ISO 26262，不同的故障分為硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、RTOS 和電源。我們將占用一個(gè)來(lái)分析它的結(jié)果。處理核心的丟失、存儲(chǔ)受限、內(nèi)存設(shè)備減少或丟失或總線過(guò)載/錯(cuò)誤信號(hào)、硬件資源、內(nèi)存和總線接口的共享和獨(dú)占使用都可能在硬件故障下進(jìn)行說(shuō)明。

通過(guò)使用系統(tǒng)建模工具，我們可以在具有大型硬件和軟件建模組件庫(kù)的圖形離散事件仿真平臺(tái)中非?？焖俚亟M裝虛擬原型。該原型用于提供支持以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試架構(gòu)、識(shí)別系統(tǒng)中不可恢復(fù)的故障并提供早期反饋、進(jìn)行時(shí)間、吞吐量、功耗和服務(wù)質(zhì)量權(quán)衡。該模型生成故障，測(cè)試系統(tǒng)的行為，并以符合標(biāo)準(zhǔn)要求的電子表格或圖形格式報(bào)告結(jié)果。

從三個(gè)流量塊生成的數(shù)據(jù)包（任務(wù)）映射到資源（CPU）1、2和3進(jìn)行處理。與此模型集成的兩個(gè)故障場(chǎng)景：

資源不可用：如果進(jìn)程分配給沒(méi)有任何內(nèi)存來(lái)處理任務(wù)的資源，則會(huì)生成錯(cuò)誤。例如，如果資源 1 的緩沖區(qū)長(zhǎng)度為 30，并且緩沖區(qū)已滿，則在處理未完成的數(shù)據(jù)包之前它不能接受新數(shù)據(jù)包。

資源故障：如果其中一個(gè)資源發(fā)生故障，必須在剩余資源之間進(jìn)行負(fù)載均衡。對(duì)該模型的分析是時(shí)間期限和緩沖區(qū)使用量的增加。

通過(guò)設(shè)置頂級(jí)模型參數(shù)，可以啟用所選的汽車平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、集成測(cè)試或兩者兼而有之。這樣，開(kāi)發(fā)和集成測(cè)試可以同時(shí)進(jìn)行。設(shè)計(jì)小組可以改進(jìn)其端到端模型版本的集成問(wèn)題，而集成測(cè)試可以繼續(xù)測(cè)試設(shè)計(jì)的先前端到端模型。這減少了兩組的松弛時(shí)間。在最終版本中，所有的設(shè)計(jì)約束都將得到滿足，所有的集成測(cè)試都將在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上得到滿足。管理層可以更有信心繼續(xù)制造原型或制造工廠。

使用的平臺(tái)包含模擬電子設(shè)備、軟件任務(wù)、交通和傳感器、C 代碼包裝器、自定義模型生成器和電源的庫(kù)組件。生成的報(bào)告包括延遲、緩沖區(qū)占用、吞吐量、功耗、電池使用和生命周期以及執(zhí)行跟蹤。該平臺(tái)應(yīng)該使設(shè)計(jì)人員能夠從軟件的抽象模型開(kāi)始，將應(yīng)用程序映射到目標(biāo)分布式硬件平臺(tái)，模擬測(cè)試以達(dá)到規(guī)范，在軟件可用后評(píng)估軟件結(jié)果的正確性，并回放來(lái)自部署后的字段。

虛擬原型通過(guò)在規(guī)范階段識(shí)別錯(cuò)誤、電子設(shè)備的大小、配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?gòu)建分布式應(yīng)用程序、測(cè)試時(shí)間期限、確定多次故障時(shí)的可靠性以及軟件輸出的正確性，消除了集成過(guò)程中的意外。生成的報(bào)告用于設(shè)計(jì)新診斷、驗(yàn)證現(xiàn)有診斷并添加測(cè)試以符合 ISO26262。原型平臺(tái)集成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、硬件架構(gòu)師和軟件開(kāi)發(fā)人員，以實(shí)現(xiàn)單一定義，并成為 OEM、一級(jí)供應(yīng)商和軟件供應(yīng)商之間的標(biāo)準(zhǔn)通信媒介。

模型輸出是經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的技術(shù)數(shù)據(jù)，可作為早期認(rèn)證過(guò)程的證據(jù)。當(dāng)硬件和軟件不可用時(shí)，該原型是在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期構(gòu)建的。該原型可以及早識(shí)別、確定優(yōu)先級(jí)和最小化系統(tǒng)規(guī)范，以及系統(tǒng)行為中的故障和錯(cuò)誤。該虛擬原型可幫助公司根據(jù)車輛、功能、清單和價(jià)格點(diǎn)的需求維護(hù)單一代碼庫(kù)和細(xì)分。

用戶從抽象架構(gòu)模型開(kāi)始，在可用時(shí)添加更多細(xì)節(jié)，可視化分布式系統(tǒng)行為，架構(gòu)硬件需求，并評(píng)估時(shí)間期限。該方法從應(yīng)用程序的虛擬模型開(kāi)始。應(yīng)用程序的任務(wù)被映射到 ECU 資源模型的網(wǎng)絡(luò)上。該模型用于識(shí)別系統(tǒng)瓶頸，創(chuàng)建應(yīng)用程序的最佳映射，并獲得基本的硬件要求?？梢詫⑷蝿?wù)映射到不同的配置，并且可以針對(duì)不同的故障模式、最低性能要求和任務(wù)序列流的跟蹤對(duì)模型進(jìn)行測(cè)試。

在這個(gè) VisualSim 方法中，軟件是使用傳統(tǒng)方法開(kāi)發(fā)的。MatLab/Simulink 模型或軟件可以在可用時(shí)替換抽象模型。當(dāng)數(shù)據(jù)由于網(wǎng)絡(luò)擁塞而延遲到達(dá)時(shí)，這些模型可以測(cè)試結(jié)果的正確性，更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶占流量，并研究分布式系統(tǒng)中存在多個(gè)故障時(shí)的行為。硬件模型還可以捕獲詳細(xì)的 ECU 設(shè)計(jì)并評(píng)估資源效率和功耗。部署后，相同的模型可用于現(xiàn)場(chǎng)回放操作并確定故障原因。

作者：Deepak Shankar，Mohini Yadav

審核編輯：郭婷