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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1. 行為建模
模型用來為單個子系統(tǒng)(如線控駕駛)的各個方面規(guī)定需求和設(shè)計。
一個典型的系統(tǒng)包括：
* 輸入(如方向盤傳感器)
* 控制器或DSP模型
* 設(shè)備模型(直流馬達(dá)、齒條和小齒輪、車輪)
* 輸出(方向的改變)
圖2：用控制系統(tǒng)方框圖來表示反饋控制
圖3：創(chuàng)建一個系統(tǒng)模型來表示所需的行為特性
然后，通過使用基于時間或基于事件的仿真以及頻域分析等方法，可以執(zhí)行和分析模型，以確保其滿足需求。例如，一個線控駕駛系統(tǒng)必須對傳感器故障進(jìn)行響應(yīng)，并“將高頻響應(yīng)衰減到3db以下，同時指令傳輸速率不能低于1.5Mbps”。
圖4A和B*中對線控駕駛系統(tǒng)的建模與仿真,可以確定這些需求是相互沖突的還是有效的。仿真是一個核心驗證行為，它確?？梢詫崿F(xiàn)一個系統(tǒng)來滿足這些需求。
圖4：線控駕駛系統(tǒng)
要在產(chǎn)品的芯片上實現(xiàn)一個可以工作的解決方案，設(shè)備模型還不夠精確，處理能力也不滿足要求，因此建模本身并不能提供完整的解決方案。
快速原型對于克服這些缺陷非常有用，因為它用物理設(shè)備來代替設(shè)備模型。在線控駕駛的例子中，設(shè)備有可能是一輛汽車，這時就使用一輛實際的汽車。不過，因為系統(tǒng)并未建立起來，一個實時或嵌入式平臺將負(fù)責(zé)運(yùn)行控制器軟件并與設(shè)備進(jìn)行交互作用。
有兩種形式的快速原型：功能性快速原型和目標(biāo)性快速原型。功能性原型使用一臺功能強(qiáng)大的實時計算機(jī)，如多處理器浮點PowerPC或DSP系統(tǒng)，目的在于確定系統(tǒng)對物理汽車的控制是否如對模型汽車的控制一樣好。如果真的是這樣，則設(shè)備模型的不精確性就顯得無關(guān)緊要，并且控制策略也得到了驗證。
目標(biāo)性快速原型在相同或相似的產(chǎn)品MCU或DSP，而不是高端PowerPC內(nèi)核或其他專用高端快速原型硬件中執(zhí)行軟件。目的是將代碼下載到實際產(chǎn)品目標(biāo)之中，以便用物理設(shè)備進(jìn)行快速測試。如果執(zhí)行良好，則控制器不僅看似有效，而且可以在產(chǎn)品中加以實現(xiàn)。
軟件設(shè)計行為包括定點數(shù)據(jù)規(guī)范、實時任務(wù)、數(shù)據(jù)輸入、內(nèi)建測試和診斷。通過基于模型的設(shè)計，用于算法規(guī)范和驗證的同一模型被軟件工程師加以改進(jìn)和約束，作為產(chǎn)品代碼生成過程的一部分。
4. 模型測試
與將模型部署到硬件上去編譯和集成相比，在桌面計算機(jī)上測試模型具有更大的優(yōu)勢?；谠创a的測試已經(jīng)存在許多年了，但是最近的方法允許進(jìn)行模型測試和結(jié)構(gòu)覆蓋。使用的場景假定是開發(fā)人員對控制器施加滿負(fù)荷壓力，以便用仿真和覆蓋來驗證其設(shè)計完備性。另一種測試類型是故障模式效應(yīng)分析(Failure Mode Effect Analysis)，用來確保故障情況下線控駕駛的救生操作，參見圖5*。
圖5：故障模式效應(yīng)分析用來確保線控駕駛的救生操作
模型覆蓋用來評估一個測試件的累積結(jié)果，以確定哪些功能模塊未被執(zhí)行，或者哪些狀態(tài)未被到達(dá)。源代碼語言(如C和C++)中建立了某些類型的覆蓋，但現(xiàn)在模型也可以進(jìn)行覆蓋了。這項工作要求C語言所不需要(或不可能有)的新理論和新工具，因為這些語言沒有功能模塊或狀態(tài)這樣的構(gòu)造。
修改條件/決策覆蓋(MC/DC)被FAA(美國聯(lián)邦航空管理局)認(rèn)為是滿足安全關(guān)鍵系統(tǒng)所必需的最嚴(yán)格的覆蓋水平?，F(xiàn)在，這種覆蓋在一種基于模型的設(shè)計框架和許多需要線控設(shè)計的場合中已經(jīng)得到了實現(xiàn)。
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