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用于架構探索和功能安全分析的虛擬樣機平臺

星星科技指導員 ? 作者:Deepak Shankar,Mohi ? 2022-11-21 17:17 ? 次閱讀
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作者:Deepak Shankar,Mohini Yadav

由于大流行,大多數(如果不是全部)員工都經歷過在家工作 (WFH),導致傳統開發和全球協作方法暫時停止。需要軟件和硬件團隊協作的替代方式。在保持社交距離的時代,遠程開發可能是一個挑戰,因為訪問遠程和恐嚇硬件以及用于開發和測試的系統很困難。一個可行的解決方案可能是虛擬原型設計,可以用硬件的軟件等效模型替換硬件;隨時隨地。

日益復雜的硬件和軟件的集成是半導體和OEM公司開發下一代無線、消費和汽車設備的重大挑戰。傳統的序列化硬件和軟件開發方法(絕大多數軟件在芯片設計完成后進行開發和驗證)往往無法滿足緊迫的產品開發計劃。虛擬原型是完整系統的快速、功能齊全的軟件模型,可執行未經修改的生產代碼并提供無與倫比的調試效率。

汽車公司的解決方案應該能夠將設計和集成測試結合到一個虛擬原型平臺中。用戶可以確定設計和集成過程是否會成功,而不是在集成測試中經常導致設計問題的開環設計過程。這里選擇的平臺是 VisualSim 架構師 (VSA),它可以通過閉環設計/集成流程來實現這一點,因為它能夠對完整的端到端設計進行建模。端到端設計使用許多預構建、預測試的汽車庫,這些庫生成預定義的報告以加快開發速度以及集成測試。用戶可以評估延遲、吞吐量、子系統利用率和關鍵子系統的功耗。

其他汽車解決方案專注于算法測試、軟件開發和軟件測試。這些解決方案可作為指令集模擬器提供,無需開發板即可執行軟件代碼,SysML 可記錄軟件序列、C 代碼生成、數學正確性模型,并通過在原型板上加載軟件來測試解決方案。

上述解決方案在設計過程的后期使用。硬件和軟件故障是由于不正確的規格而不是不正確的制造而發生的。這些替代解決方案正在驗證針對不完美規范的正確性。功能安全測試在設計周期的后期進行,制造變更會影響產品質量。當前的技術不允許在真正的分布式系統中發生多次故障。在集成或軟件開發階段對體系結構進行大規模更改既耗時又昂貴,并且會延遲進度。

VisualSim滿足以下標準:

優化規格以滿足時序、功耗和功能要求。

為 OEM 和供應商創建通用的可執行規范。

引入了 ISO-26262 第 4、5 和 6 部分,用于設計和驗證。

集成現有工具和模擬器,包括 MatLab 和 C 代碼,以實現時間驅動的分析。

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:電路板完全關閉或核心故障

冗余影響:在發生故障時處理增加的負載

軟件故障:內存值修改、資源匱乏

RTOS 失?。荷弦粋€任務的溢出導致當前任務失敗

網絡故障:消息損壞或網絡擁塞

網絡安全:模擬攻擊并評估系統吞吐量的算法質量

分析硬件故障模型

根據 ISO 26262,不同的故障分為硬件、軟件、網絡、RTOS 和電源。我們將采用一個來分析其結果。處理內核丟失、存儲有限、存儲設備減少或丟失或總線過載/信號不正確、硬件資源、內存和總線接口的共享和獨占使用都可能是硬件故障的原因。

通過使用系統建模工具,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中非??焖俚亟M裝虛擬原型。該原型用于提供支持,以根據標準測試架構,識別系統中不可恢復的故障并提供早期反饋,進行時序、吞吐量、功耗和服務質量權衡。該模型生成故障,測試系統的行為,并以符合標準要求的電子表格或圖形格式報告結果。

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從三個流量塊生成的數據包(任務)映射到資源 (CPU) 1、2 和 3 進行處理。與此模型集成的兩種故障場景:

資源不可用:如果將進程分配給沒有任何內存來處理任務的資源,則會生成錯誤。例如,如果資源 1 的緩沖區長度為 30,并且緩沖區已滿,則在處理未完成的數據包之前,它無法接受新數據包。

資源失敗:如果其中一個資源發生故障,則必須在剩余資源之間平衡負載。對該模型的分析是時序截止時間和緩沖區使用量的增加。

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通過設置頂級模型參數,可以啟用所選的汽車平臺進行設計、集成測試或兩者兼而有之。這樣,開發和集成測試可以同時執行。設計組可以改進其端到端模型版本的集成問題,而集成測試可以繼續測試設計的先前端到端模型。這減少了兩組的閑暇時間。在最終版本中,將滿足所有設計約束,并在統一平臺中滿足所有集成測試。管理層可以對繼續制造原型或制造工廠更有信心。

所使用的平臺包含模擬電子設備、軟件任務、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組件。生成的報告包括延遲、緩沖區占用、吞吐量、功耗、電池使用情況和生命周期以及執行跟蹤。該平臺應使設計人員能夠從軟件的抽象模型開始,將應用程序映射到目標分布式硬件平臺,模擬測試以達到規范,在軟件可用后評估軟件結果的正確性,并在部署后從現場回放跟蹤。

虛擬原型通過識別規范階段的錯誤、電子設備的尺寸、配置網絡拓撲、構建分布式應用程序、測試時序截止時間、確定發生多次故障時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。生成的報告用于設計新的診斷,驗證現有診斷,并添加符合ISO26262的測試。原型平臺集成了系統設計人員、硬件架構師和軟件開發人員,以處理單個定義,并成為 OEM、一級供應商和軟件供應商之間的標準通信媒介。

模型輸出是經過充分驗證的技術數據,可以作為早期認證過程的證據。該原型是在硬件和軟件不可用的設計過程的早期構建的。該原型能夠及早識別、確定優先級和最小化系統規格,以及系統行為中的故障和錯誤。該虛擬原型可幫助公司根據車輛、功能、列表和價格點的需求維護單個代碼庫和細分。

用戶從抽象的體系結構模型開始,在可用時添加更多詳細信息,可視化分布式系統行為,構建硬件要求并評估計時截止時間。該方法從應用程序的虛擬模型開始。應用程序的任務映射到ECU資源模型網絡上。此模型用于識別系統瓶頸,創建應用程序的最佳映射,并獲取基本硬件要求??梢詫⑷蝿沼成涞讲煌呐渲?,并且可以針對不同的故障模式、最低性能要求和任務序列流的跟蹤來測試模型。

在這種VisualSim方法中,軟件是使用傳統方法開發的。MatLab/Simulink 模型或軟件可以在可用時替換抽象模型。當數據由于網絡擁塞而延遲到達時,可以測試這些模型的結果的正確性,更高優先級的任務搶占流,并研究分布式系統中存在多個故障時的行為。硬件模型還可以捕獲詳細的ECU設計,并評估資源效率和功耗。部署后,同一模型可用于在現場回放操作并確定故障原因。

審核編輯:郭婷

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