01

挑战


随着汽车销量的不断增长以及自动驾驶技术的快速发展,汽车行业对安全性、自动化等要求越来越高,加之智能化技术逐渐走进人们的生活,使得汽车电子的设计难度成倍增长。


系统设计复杂


汽车电子化、智能化程度越来越高,这给系统架构的设计带来了极大的挑战。其中最重要的部分是,被视为汽车“大脑”的电子控制单元(ECU)的数量日益增多,遍布于发动机管理系统(EMS)、自动变速箱控制单元(TCU)、车身控制模块(BCM)、车身电子稳定控制系统(ESP)、电池管理系统(BMS)等部件,据调查显示,中档轿车配备了十多个ECU,高档轿车往往配备几十个甚至上百个ECU,经过总线或以太网组合在一起,形成复杂的计算机网络。传统的基于文档的系统设计方式(DBSE)对这种复杂设计的可读性不高,不利于产品的迭代。


代码量庞大


汽车智能化的不断推进,使得汽车电子软件的代码量愈发庞大。目前先进的智能汽车的代码量已突破2亿行,预计未来自动驾驶代码量将突破10亿行。如此庞大的代码量如果由众多工程师纯手写,不仅效率不高,代码质量得不到有效的保证,还会带来安全性的问题。


测试验证受限制


由于各种功能的ECU大量部署,在测试验证方面也带来了诸多问题,如软硬件并行开发的模式,软件的研制过程开始时,往往不具备所需的硬件环境。软件开发完成后无法快速的进行测试验证,硬件供应问题亟待解决。真实ECU的运行速度固定,对于复杂的功能测试需要运行很长时间,测试效率不高。


需要尽早集成


庞大的汽车电子系统往往由不同的开发人员或部门协同完成,对设计可能存在理解偏差,接口不适配等问题,若不能尽早地进行集成验证,到最后进行集成调试时将是一项十分复杂且耗时地工作,甚至会延误工期。


02

解决方案


为解决汽车行业设计、仿真等一系列需求,浙江迪捷软件科技有限公司制定了基于MBSE的集成化解决方案,采用纯自主研发的软件,能够满足汽车电子系统从需求、设计到仿真验证的整个生命周期的自主可控。这里以混动汽车电池充放电场景为例,描述整个集成化的解决方案。


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▲图1: 基于模型的系统工程(MBSE)


基于 SysML 的系统建模工具 SysModeler


SysModeler是系统设计和分析的工具,以Sys ML语言对系统建模,让系统设计工程师无需关注软件实现细节,而是更关注高层地功能划分、结构分解、行为规范和需求分析。如图是根据混动汽车电池充放电场景,分析需求,创建用例图、状态机图等对需求进行了详细分解。


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▲图2:SysModeler 创建的电池需求活动图  


形式化验证的代码生成工具 ModelCoder


ModelCoder是软件设计和开发的工具,将算法和控制逻辑进行可视化建模,并生成经过形式化验证地高可靠代码。传统的汽车功能模块开发原本需要几个月的时间来编写代码,而在ModelCoder上采用模型自动生成代码的方式,只需要按照需求构建算法和控制逻辑,代码就能一键生成,最大程度上节约了开发成本。如图是根据SysModeler对混动汽车中电池充放电控制逻辑模块和电池模型需求的分解,将自然语言进行描述成模型语言,实现控制算法,并通过模型仿真进行MIL测试,最后生成代码。


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▲图3:ModelCoder 构建的电池模型


全数字实时仿真软件 SkyEye


SkyEye是软件测试和仿真的工具,中文全称天目全数字实时仿真软件,是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台。全数字的仿真平台可以对ECU以及外部设备做行为级别的实时仿真,可以脱离硬件对各种嵌入式程序进行仿真测试,能够有效地解决硬件环境供应不足的问题。同时,通过利用基于LLVM的动态二进制翻译技术,使虚拟ECU的运行速度远大于真实速度,提高测试效率。如图使根据硬件需求,搭建电池充放电控制模型的虚拟仿真平台,通过平台模拟硬件CPU运行由ModelCoder生成的控制逻辑程序,并通过系统仿真总线控制车载电池模型进行充放电并显示电池电压。


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▲图4:SkyEye 与电池模型的协同仿真


SkyEye是软件测试和仿真的工具,中文全称天目全数字实时仿真软件,是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台。全数字的仿真平台可以对ECU以及外部设备做行为级别的实时仿真,可以脱离硬件对各种嵌入式程序进行仿真测试,能够有效地解决硬件环境供应不足的问题。同时,通过利用基于LLVM的动态二进制翻译技术,使虚拟ECU的运行速度远大于真实速度,提高测试效率。如图使根据硬件需求,搭建电池充放电控制模型的虚拟仿真平台,通过平台模拟硬件CPU运行由ModelCoder生成的控制逻辑程序,并通过系统仿真总线控制车载电池模型进行充放电并显示电池电压。


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▲图5:SkyEye 与 Jenkins 持续集成过程


SkyEye与Jenkins的集成,可以帮助团队更高效地工作。将分散得模块不断地集成并利用SkyEye全数字仿真软件的仿真环境,进行自动化仿真测试,有效地保证了软件地质量,提高工作效率。

03

总结


为应对当前汽车行业产品复杂度急剧增加的挑战,MBSE设计方法更能适应日益复杂的系统设计需要。MBSE方法可以降低成本,缩短项目周期,在福特汽车中进行落地实践并逐渐得到汽车业界的认可。集成化MBSE是一项系统工程,有许多新技术值得探索和研究。迪捷软件在MBSE理论研究和产品开发方面正在不断进取,并取得了部分成果,未来MBSE的全线产品链是值得期待的。


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