下一代聯網嵌入式系統需要快速原型設計和高性能，同時保持可信賴性和安全性等關鍵品質。然而，安全關鍵嵌入式系統的部署受到復雜的軟件工具鏈和工程流程的影響。此外，依賴機器學習 (ML) 和人工智能 (AI) 應用程序以及故障操作要求的自主系統的當前趨勢使這些新系統的驗證和驗證成為一項具有挑戰性的工作。

為了解決這個問題，一個名為 XANDAR 的為期三年的歐盟資助項目旨在提供一個成熟的軟件工具鏈（從需求捕獲到目標上的實際代碼集成，包括驗證和確認），以滿足對可互操作和自主嵌入式系統的快速原型設計的需求.

從基于模型的系統架構開始，XANDAR 將利用新穎的自動模型合成和軟件并行化技術來實現特定的非功能性需求，為新穎的實時、安全和安全構建（X-by -構造，或 XbC) 范式。

從基于模型的系統架構開始，XANDAR 將利用新穎的自動模型合成和軟件并行化技術來實現新穎的實時、安全和安全構建（X-by-Construction，或XbC)。（來源：卡爾斯魯厄理工學院）

安全關鍵環境中的多核挑戰

并行處理時代將多核架構推向主流，導致幾乎所有應用領域都在使用多核架構。編程多核架構的最初挑戰，主要與并行操作執行線程之間的同步和競爭條件有關，仍未完全解決。

盡管通過并行化編譯器、并行語言、特殊語言結構以及軟件開發人員習慣于新的編程范式的整體經驗有所緩解，但在安全關鍵領域，多核尚未成功。在汽車或航空航天等環境中，驗證和無錯誤操作證明是必不可少的，這與多核編程中增加的復雜性和新的錯誤來源相沖突。

在汽車或航空航天等環境中，驗證和無錯誤操作證明是必不可少的，這與多核編程中增加的復雜性和新的錯誤來源相沖突。（來源：XANDAR 項目）

在這種情況下，基于模型的設計可能會提供答案并縮小當前多核架構編程與安全關鍵領域要求之間的差距。

在過去的幾十年里，基于模型的控制功能設計受到了越來越多的關注，特別是在航空航天、汽車和加工行業，這些行業越來越多地利用嵌入式電子設備和軟件。這種趨勢的主要原因是可以從更高層次的角度管理開發過程，從而從系統的低層次設計中抽象出來，同時能夠模擬系統行為和建模功能的代碼生成。這會減少開發時間和成本。

雖然基于模型的設計越來越多地被用于早期系統規范、結構建模和設計空間探索，但關鍵嵌入式系統的最終軟件實現通常仍然是手動開發的。

在最近的研究項目（如ARGO ）中，已經開發了意識到隔離嵌入式系統的單一安全方面的端到端解決方案，該項目專注于 WCET（最壞情況執行時間）感知代碼生成。近年來，還建立了針對電氣/電子架構的基于模型的系統工程方法。他們將架構劃分為多個抽象層和視點，以管理整個開發過程中的復雜性，從分析和設計到批量生產。其主要原因可以看作類似于基于模型的功能設計，但從架構和系統的角度來看。

每個領域的基于模型的開發通常是獨立的運行過程，其中架構決策和信息需要在基于模型的功能設計工具中手動建模，反之亦然。盡管系統的各個方面（例如通信矩陣）存在交換格式，但導入/導出過程往往容易出錯，從而導致架構和互補行為模型之間的不一致，特別是在考慮模型上的分布式和并發協作時。

現有方法和研究使用簡單的有限狀態機行為描述修改架構模型，并處理生成可執行架構規范以進行基于仿真的驗證。然而，這需要進一步發展成一種整體方法，使用單一源元模型在集成開發環境中捕獲所有設計和驗證步驟。

這尤其包括分布式網絡嵌入式系統的架構建模、其詳細的集成行為建模、其合成為跨層仿真模型以及必要的驗證步驟和后續代碼生成。

XANDAR 著手實現這樣一種整體方法，其中代碼生成器提供所需的 X-by-construction (XbC) 保證并保留輸入模型的相關非功能屬性。XANDAR 將通過提供與平臺無關的代碼生成支持，包括為關鍵服務生成監控可運行文件以及用于 AI 和 ML 應用程序的非確定性加速器，從而在該領域引入新的創新。

解決這些挑戰需要新概念、自動決策算法、正式檢查和程序優化，不僅要提高性能和能源效率，還要確保非功能性保證。整個過程需要在實時性能、能源效率、非功能性保證和運行時的靈活性之間進行權衡。協同優化所有這些方面的高質量代碼生成器和轉換需要新的專業解決方案。

XANDAR 聯盟合作伙伴

XANDAR 是一個在 Horizon 2020 框架下由歐盟資助的項目，由卡爾斯魯厄理工學院的 Jürgen Becker 教授領導的八個財團合作伙伴組成。（來源：fenISS）

XANDAR 項目是一項為期三年的計劃，于 2023 年 12 月結束，由歐盟在 Horizon 2020 框架下提供 500 萬歐元的資金。由卡爾斯魯厄理工學院的 Jürgen Becker 教授領導的工業界和學術界聯盟的合作伙伴是：

卡爾斯魯厄理工學院（德國）

伯羅奔尼撒大學（希臘）

德國航空航天中心

AVN創新技術解決方案有限公司（塞浦路斯）

Vector Informatik GmbH（德國）

貝爾法斯特女王大學（北愛爾蘭）

寶馬集團（德國）

fenISS（西班牙）

Vector 是 XANDAR 聯盟的八個合作伙伴之一。該公司基于其作為嵌入式軟件專家的專業知識以及其高性能開發環境 PREEvision 和 TA 工具套件，正在為實現該項目的宏偉目標做出貢獻

Vector 正在協助構建 XANDAR 框架，以利用其嵌入式軟件能力和技術進行自主系統的 XbC 設計。（來源：矢量）。

在這里，PREEvision 可以協作指定連接的嵌入式系統，并且基于模型，并具有集成所有系統級別的明確語義。TA Tool Suite 可用于指定、模擬和驗證復雜實時系統的時間行為。這兩個環境為設置 X-by-Construction 設計框架提供了基礎。

審核編輯 黃昊宇