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)可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)樵L問遠(yuǎn)程和稀缺的硬件以及開發(fā)和測試系統(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。

對于開發(fā)下一代無線、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發(fā)的傳統(tǒng)方法——在芯片設(shè)計(jì)完成后開發(fā)和驗(yàn)證絕大多數(shù)軟件——通常無法滿足激進(jìn)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，可以執(zhí)行未經(jīng)修改的生產(chǎn)代碼并提供無與倫比的調(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，而不是通常會(huì)導(dǎo)致在集成測試中發(fā)現(xiàn)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 Architect （VSA），它可以通過對完整的端到端設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，通過閉環(huán)設(shè)計(jì)/集成流程來實(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)測試的汽車庫，這些庫生成預(yù)定義的報(bào)告以加速開發(fā)和集成測試。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試、軟件開發(fā)和軟件測試。這些解決方案可用作指令集模擬器以在沒有板的情況下執(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在原型板上加載軟件來測試解決方案。

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不完善的規(guī)范驗(yàn)證正確性。功能安全測試在設(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。在集成或軟件開發(fā)階段對架構(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)行說明。

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的圖形離散事件仿真平臺(tái)中非常快速地組裝虛擬原型。該原型用于提供支持以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試架構(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)故障場景：

資源不可用：如果進(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)、集成測試或兩者兼而有之。這樣，開發(fā)和集成測試可以同時(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題，而集成測試可以繼續(xù)測試設(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始，將應(yīng)用程序映射到目標(biāo)分布式硬件平臺(tái)，模擬測試以達(dá)到規(guī)范，在軟件可用后評(píng)估軟件結(jié)果的正確性，并回放來自部署后的字段。

虛擬原型通過在規(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)過充分驗(yàn)證的技術(shù)數(shù)據(jù)，可作為早期認(rèn)證過程的證據(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)單一代碼庫和細(xì)分。

用戶從抽象架構(gòu)模型開始，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，并且可以針對不同的故障模式、最低性能要求和任務(wù)序列流的跟蹤對模型進(jìn)行測試。

在這個(gè) 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)，這些模型可以測試結(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)場回放操作并確定故障原因。

作者：Deepak Shankar，Mohini Yadav

審核編輯：郭婷