理论教育 汽车嵌入式系统手册:分析技术和工具

汽车嵌入式系统手册:分析技术和工具

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:采用MBD的系统分析依赖工具支持来研究一个模型或一组模型的静态与动态性能。从这个角度来看,提供明确的解决方案的分析技术是优先考虑的。作为一个替代方法,可以把模拟与部分解析解和搜索技术相结合。不同的分析技术需要不同的模型内容用于捕捉关注点。仿真和分析技术可用于许多类型的行为。下面列举一些分析技术的实例。分析也可以采用离散事件的行为模型和相应的分析技术,如模型检查。

汽车嵌入式系统手册:分析技术和工具

采用MBD的系统分析依赖工具支持来研究一个模型或一组模型的静态与动态性能。静态分析的案例包括检查连接模型中接口/连接件的兼容性/正确性和检查模型的完整性。动态特性分析案例包括系统行为的模拟和计算一组任务(通常这个特性是动态的,因为分析将取决于任务之间的时序关系)的响应时间。给定最坏情况假设,静态分析在某些特定情况下也是可以的。

动态系统的行为分析,可以通过仿真或通过获得解析解来进行。仿真的一个众所周知的优势是它很少有限制。与此同时,仿真方法只能覆盖有限的测试案例;因此决定运行哪些测试用案例也成为一个重要的决定。从这个角度来看,提供明确的解决方案的分析技术是优先考虑的。然而,这种解决方案对复杂的嵌入式系统行为可用性小。作为一个替代方法,可以把模拟与部分解析解和搜索技术相结合。搜索技术与部分解析解相结合的应用案例可以在分配和调度工作中找到(见参考文献[6、64])。

通过模拟的行为分析在实现更深入的了解并研究替代方案方面是很有价值的。增量细化的可能性,可以和每个设计步骤的随后分析结合起来。有几个MBD工具支持这种方法,且由嵌入式控制系统设计工具[该工具支持功能仿真、在环仿真软件(其中的全部或部分功能已被转换成代码)、快速成型(其中模型对物理设备实时运行来验证模型,或对真实环境测试控制器)和硬件在环仿真(其中真实物理控制器对车辆及零部件的实时仿真测试)]能很好地说明,参见参考文献[83]。仿真中几种MoC之间的融合值得特别关注。在此有几种方法,例如,通过使用MoC中的一种给其他可能被简化或代替的MoC[88]。例如,在模拟中经常通过数值积分把连续时间模型简化成离散时间模型。一种补充的方法就是把一些高层次的MoC转换成命令式程序(例如C),它们更容易整合,且在模拟器上更容易执行。在某些情况下,可能需要使用多个工具的仿真(协调仿真),使用不同的MOC每一个仿真实现对系统模型的部分仿真。

嵌入式系统的分析涵盖了一系列感兴趣的属性和特性,它们可以在不同层次上进行抽象。不同的分析技术需要不同的模型内容用于捕捉关注点。仿真和分析技术可用于许多类型的行为。下面列举一些分析技术的实例。

·控制功能分析提供系统的输入输出信息以及内部行为,并使得能够评估性能和稳定性。使用捕捉控制器以及控制系统动力学的模型,通过微分或差分方程进行分析。这种类型分析通常作为功能设计的一部分来进行。有关控制器执行效果的假设可以纳入到分析中,例如通过包括时变的延迟、量化信号和瞬态错误[83]来实现。(www.daowen.com)

·逻辑与离散事件的行为分析可用于评估软件和硬件的行为的性能。应用范围包括仿真、形式验证,例如检查确定的行为从来不会发生,以及等效性检查,以确定是否两个电路或程序在功能上等同。形式化的证据和模型检查的案例是:它们的行为属性是基于离散事件行为模型自动(半自动)评估的[4、66]

·时效性与性能的分析提供了有关使用计算机系统资源和时序行为的信息,如终端到终端的响应时间。分析需要这样的模型:捕获应用级和平台级的性能,例如任务触发、持续时间、通信缓冲、调度、同步计划以及系统活动的时序参数和计算机资源(例如,时钟周期、调度时间等)。

·可靠性分析提供了有关系统故障的信息。它采用了误差模型来捕捉逻辑、时间和硬件的错误。这种模型通常从描述名义系统结构和行为的模型导出[29]

·安全性分析提供有关组件/系统失效后果的信息。其目的在于识别危险、评估风险,并支持危害控制和风险缓解。分析需要误差模型来捕获失效的语义和环境条件。经典技术如失效模式、因果分析(FMEA)、故障树分析(FTA)在一般情况下需要描述系统的逻辑结构,这是由于它们专注于故障事件之间的因果关系。分析也可以采用离散事件的行为模型和相应的分析技术,如模型检查。常见的是首先捕获形式描述中的名义行为,然后增加用于分析的失效行为(即在模型中注入失效)描述(见参考文献[44、67、86])。

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