作者：Deepak Shankar，Mohini Yadav

由于大流行，大多數(shù)（如果不是全部）員工都經(jīng)歷過在家工作 （WFH），導(dǎo)致傳統(tǒng)開發(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)程開發(fā)可能是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樵L問遠(yuǎn)程和恐嚇硬件以及用于開發(fā)和測(cè)試的系統(tǒng)很困難。一個(gè)可行的解決方案可能是虛擬原型設(shè)計(jì)，可以用硬件的軟件等效模型替換硬件;隨時(shí)隨地。

日益復(fù)雜的硬件和軟件的集成是半導(dǎo)體和OEM公司開發(fā)下一代無(wú)線、消費(fèi)和汽車設(shè)備的重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的序列化硬件和軟件開發(fā)方法（絕大多數(shù)軟件在芯片設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行開發(fā)和驗(yàn)證）往往無(wú)法滿足緊迫的產(chǎn)品開發(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)和集成過程是否會(huì)成功，而不是在集成測(cè)試中經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)計(jì)問題的開環(huán)設(shè)計(jì)過程。這里選擇的平臺(tái)是 VisualSim 架構(gòu)師 （VSA），它可以通過閉環(huán)設(shè)計(jì)/集成流程來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)樗軌驅(qū)ν暾亩说蕉嗽O(shè)計(jì)進(jìn)行建模。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)告以加快開發(fā)速度以及集成測(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)的功耗。

其他汽車解決方案專注于算法測(cè)試、軟件開發(fā)和軟件測(cè)試。這些解決方案可作為指令集模擬器提供，無(wú)需開發(fā)板即可執(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，并通過在原型板上加載軟件來測(cè)試解決方案。

上述解決方案在設(shè)計(jì)過程的后期使用。硬件和軟件故障是由于不正確的規(guī)格而不是不正確的制造而發(fā)生的。這些替代解決方案正在驗(yàn)證針對(duì)不完美規(guī)范的正確性。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)不允許在真正的分布式系統(tǒng)中發(fā)生多次故障。在集成或軟件開發(fā)階段對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模更改既耗時(shí)又昂貴，并且會(huì)延遲進(jìn)度。

VisualSim滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：

優(yōu)化規(guī)格以滿足時(shí)序、功耗和功能要求。

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

引入了 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，以實(shí)現(xiàn)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：電路板完全關(guān)閉或核心故障

冗余影響：在發(fā)生故障時(shí)處理增加的負(fù)載

軟件故障：內(nèi)存值修改、資源匱乏

RTOS 失敗：上一個(gè)任務(wù)的溢出導(dǎo)致當(dāng)前任務(wù)失敗

網(wǎng)絡(luò)故障：消息損壞或網(wǎng)絡(luò)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。我們將采用一個(gè)來分析其結(jié)果。處理內(nèi)核丟失、存儲(chǔ)有限、存儲(chǔ)設(shè)備減少或丟失或總線過載/信號(hào)不正確、硬件資源、內(nèi)存和總線接口的共享和獨(dú)占使用都可能是硬件故障的原因。

通過使用系統(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)序、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。與此模型集成的兩種故障場(chǎng)景：

資源不可用：如果將進(jìn)程分配給沒有任何內(nèi)存來處理任務(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，它無(wú)法接受新數(shù)據(jù)包。

資源失?。喝绻渲幸粋€(gè)資源發(fā)生故障，則必須在剩余資源之間平衡負(fù)載。對(duì)該模型的分析是時(shí)序截止時(shí)間和緩沖區(qū)使用量的增加。

通過設(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，開發(fā)和集成測(cè)試可以同時(shí)執(zhí)行。設(shè)計(jì)組可以改進(jìn)其端到端模型版本的集成問題，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。這減少了兩組的閑暇時(shí)間。在最終版本中，將滿足所有設(shè)計(jì)約束，并在統(tǒng)一平臺(tái)中滿足所有集成測(cè)試。管理層可以對(duì)繼續(xù)制造原型或制造工廠更有信心。

所使用的平臺(tái)包含模擬電子設(shè)備、軟件任務(wù)、流量和傳感器、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、電池使用情況和生命周期以及執(zhí)行跟蹤。該平臺(tái)應(yīng)使設(shè)計(jì)人員能夠從軟件的抽象模型開始，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，并在部署后從現(xiàn)場(chǎng)回放跟蹤。

虛擬原型通過識(shí)別規(guī)范階段的錯(cuò)誤、電子設(shè)備的尺寸、配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?gòu)建分布式應(yīng)用程序、測(cè)試時(shí)序截止時(shí)間、確定發(fā)生多次故障時(shí)的可靠性以及軟件輸出的正確性，消除了集成過程中的意外情況。生成的報(bào)告用于設(shè)計(jì)新的診斷，驗(yàn)證現(xiàn)有診斷，并添加符合ISO26262的測(cè)試。原型平臺(tái)集成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、硬件架構(gòu)師和軟件開發(fā)人員，以處理單個(gè)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)過充分驗(yàn)證的技術(shù)數(shù)據(jù)，可以作為早期認(rèn)證過程的證據(jù)。該原型是在硬件和軟件不可用的設(shè)計(jì)過程的早期構(gòu)建的。該原型能夠及早識(shí)別、確定優(yōu)先級(jí)和最小化系統(tǒng)規(guī)格，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、列表和價(jià)格點(diǎn)的需求維護(hù)單個(gè)代碼庫(kù)和細(xì)分。

用戶從抽象的體系結(jié)構(gòu)模型開始，在可用時(shí)添加更多詳細(xì)信息，可視化分布式系統(tǒng)行為，構(gòu)建硬件要求并評(píng)估計(jì)時(shí)截止時(shí)間。該方法從應(yīng)用程序的虛擬模型開始。應(yīng)用程序的任務(wù)映射到ECU資源模型網(wǎng)絡(luò)上。此模型用于識(shí)別系統(tǒng)瓶頸，創(chuàng)建應(yīng)用程序的最佳映射，并獲取基本硬件要求。可以將任務(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)序列流的跟蹤來測(cè)試模型。

在這種VisualSim方法中，軟件是使用傳統(tǒng)方法開發(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)，可以測(cè)試這些模型的結(jié)果的正確性，更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶占流，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，同一模型可用于在現(xiàn)場(chǎng)回放操作并確定故障原因。

審核編輯：郭婷