嵌入式線控駕駛系統(tǒng)開發(fā)過程中設(shè)計和測試考慮
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近來，有報道稱包括Denso、Motorola和Toyota在內(nèi)的不同行業(yè)的多家公司都在產(chǎn)品代碼方面取得了成功。這項技術(shù)正日益成為軟件下一波演進發(fā)展中的一個重要組成部分。雖然總體而言，它對軟件工程化過程的影響已為業(yè)界所了解，但卻并沒有十分清楚地確立起來。對于早前類似演進發(fā)展(包括從機器代碼發(fā)展到匯編代碼，再發(fā)展到源代碼)的參與者而言，這一點尤為明顯。
隨著抽象與自動化程度的日益提高，新的過程、方法和工具接踵而來。瀑布式過程已讓位于螺旋式方法和迭代方法。實時方法已經(jīng)出現(xiàn)并正在取代靜態(tài)流程設(shè)計。新的工具也出現(xiàn)了，如包含有調(diào)試器、優(yōu)化編譯器和自動測試工具的IDE(集成開發(fā)環(huán)境)。
不過，由于難以使用、缺乏了解或是工具支持不足的原因，并非每一種好的思想都能開花結(jié)果。有跡象表明，這些方法和工具對于主流產(chǎn)品應(yīng)用并非總是實用。例如，用驗證來確保軟件正確性的正規(guī)方法是使用一種全世界只有極少數(shù)專家才真正懂得的語言編寫的。此外，1980年代的實時用例工具可以輔助設(shè)計，但并未提供一條產(chǎn)生最終代碼的簡便途徑。
在早期應(yīng)用階段，產(chǎn)品代碼生成的效果相當(dāng)不錯，這主要是由于其實用性。不過，其進一步的發(fā)展還需要依靠集成過程、方法和工具的支持。一種新的過程只有在具備了所需支持方法和工具的條件下才會成功。如果這些條件有所欠缺，那么對一個公司成熟的嵌入式系統(tǒng)進行重新設(shè)計的努力就不會是可行和實用的。
本文給出了主要面向產(chǎn)品代碼生成的這樣一個框架：
* 基于模型的設(shè)計
* 建模、仿真、快速原型、產(chǎn)品代碼生成、模型測試和覆蓋、在環(huán)測試
* 開發(fā)工具、驗證與生效(VV)工具、集成工具
模型的設(shè)計過程
通過提供一個共同的圖形規(guī)范和分析環(huán)境，基于模型的設(shè)計可以支持控制/DSP系統(tǒng)工程師和軟件開發(fā)人員的需要。在這個過程中，模型被創(chuàng)建并用來規(guī)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)、接口、反饋控制邏輯、離散/狀態(tài)邏輯和實時行為。
基于模型的設(shè)計被應(yīng)用在幾乎每個需要嵌入式控制系統(tǒng)的行業(yè)之中。而在大型汽車電子控制單元(ECU)等嵌入式應(yīng)用的開發(fā)過程中，其應(yīng)用更為廣泛。DSP和通信應(yīng)用也采用這種方法，但它們更強調(diào)建模和原型，而不是產(chǎn)品代碼生成。
為了滿足這些不同的應(yīng)用，基于模型的設(shè)計過程必須解決線控駕駛系統(tǒng)等安全關(guān)鍵系統(tǒng)的需求。它還必須產(chǎn)生最終的、可執(zhí)行的代碼，而且必須特別緊湊、快速和能夠追蹤。這是由于在大批量生產(chǎn)的ECU中，必須使用低成本的定點微控制器部件和DSP。
基于模型的設(shè)計適合任何過程框架環(huán)境，包括那些在IEEE軟件工程化標(biāo)準(zhǔn)中描述過的過程框架。
IEEE Std. 730適用于任何通用軟件項目。為了很好地理解它的過程框架，有必要回顧一下它對“關(guān)鍵性”項目文檔所列出的需求。
IEEE Std. 730需求包括：
* 軟件需求規(guī)范(SRS)
* 軟件設(shè)計描述(SDD)
* 軟件驗證與生效計劃(SVVP)
* 軟件驗證與生效報告(SVVR)
* 用戶文檔
* 軟件配置管理計劃(SCMP)
* 包括軟件項目管理計劃(SPMP)在內(nèi)的其他文檔
圖1：查看一個軟件過程的普通方法是借助于V形圖
* 開發(fā) (需求、設(shè)計、編碼和集成)
* 驗證和生效(VV)
* 集成 (軟件配置管理、需求可追蹤性和文檔)
基于模型的設(shè)計非常注重過程迭代、早期測試和開發(fā)過程中的重用，這使得它既獨特而又功能強大。這一過程的內(nèi)在實用性體現(xiàn)在V形圖的底部，產(chǎn)品代碼生成是來自設(shè)計的一種自動過渡。
在基于模型的設(shè)計中，方框圖或狀態(tài)圖模型可以用作系統(tǒng)和軟件需求、軟件設(shè)計，或者在稍作假設(shè)變換之后，用作源代碼。這個過程的另外一個獨特之處是，它在最終編譯之前要進行廣泛的驗證和生效操作。早期驗證和生效的好處很明顯：它將大大減少在最終系統(tǒng)集成和測試期間發(fā)現(xiàn)的bug數(shù)目，返工次數(shù)也會更少。
開發(fā)方法與工具
在軟件工程化過程中，采用了基于模型的設(shè)計方法
開發(fā)方法包括：1. 行為建模；2. 詳細軟件設(shè)計；3. 分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計；4. 產(chǎn)品代碼生成；5. 嵌入式目標(biāo)集成。驗證與生效方法包括：1. 仿真與分析；2. 快速原型；3. 模型測試與覆蓋；4. 代碼追蹤與檢查；5. 硬件在環(huán)(HIL，Hardware-In-the-Loop)測試。集成方法包括：1. 源控制接口；2. 需求管理接口；3. 報告生成。
下面給出了對各種開發(fā)方法的簡潔描述，并提供有例子和工具支持信息。注意這里給出的所有工具都是商業(yè)上可以獲得的。其后的部分討論了開發(fā)行為，并包含有關(guān)鍵的驗證與生效方法。最后，本文將通過集成組件來進行總結(jié)。
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