通过快速原型和基于模型的设计加速传感器开发

在汽车原始设备制造商购买新的传感器系统之前，他们希望看到传感器在车辆环境中工作的实时原型，以便评估其性能并可能修改其规格。例如，我们经常需要演示传感器的早期版本，它通常包含在FPGA或微处理器上实现的算法和逻辑。为了满足这一需求，我们使用定制的快速控制原型平台和基于模型的设计，在开发过程的早期构建新设计的实时原型。实时原型(在Hella被称为a样本)既可以作为概念的证明，也可以作为整个开发过程中的活规范。

我们无需等待长达两年的ASIC实现时间，只需几个月就可以生产出包含80%最终产品功能的a级样品。a样例使我们能够在开发早期与客户合作，以完善传感器的功能，并评估代码大小、模块分区和硬件需求。测试组使用a样例来设置测试环境和测试套件，以便在作为ASIC或微处理器实现的生产样例准备就绪时立即开始测试。

创建一个灵活的原型环境

我们建立了Hella Fahrzeugkomponenten GmbH快速控制原型(HFK RCP)单元，因为商业上可用的替代方案缺乏我们所需的灵活性。大多数现成的原型系统只支持ECU软件开发，但传感器设计也可能包括VHDL金宝app^®代码和分立电子元件。商业系统的第二个限制是它提供的固定接口集。在海拉，我们必须支持广泛的通信协议金宝app和接口硬件，包括SPI, I²C, LIN, XCP, CAN, SENT。

通过基于模型的设计和我们的定制原型环境，我们可以根据需要添加新的接口、协议和功能。我们可以针对微处理器和fpga开发规范，并使用原型环境来扩展或增强我们已经在生产处理器上实现的算法。

从需求到设计

我们的开发过程遵循v模型，包括五个主要步骤:需求分析、算法设计、产品代码生成、代码验证和测试。在需求分析阶段，我们与客户一起在IBM中定义系统需求^®理性的^®门^®．然后我们在Simulink中创建设计的初始模型金宝app^®(图1)。

我们使用Sim金宝appulink验证和验证™(在R2017b过渡)将DOORS中的需求映射到模型的元素，支持需求的双向可追溯性。

在创建模型时，我们使用model Advisor来确保遵守MathWorks汽车咨询委员会(MAAB)算法建模指南。我们还包括基于海拉内部制定的指导方针的Model Advisor检查。

对于初始浮点设计的早期功能验证，我们在Simulink中运行仿真，使用从类似传感器收集的测试数据或用Simulink块生成的测试数据来刺激模型。金宝app在这些循环中模型测试之后，我们检查用Simulink Verification and Validation创建的模型覆盖率报告，以识别模型中未测试的元素，根据需要更新测试以增金宝app加覆盖率。

为了准备在快速原型平台上进行测试，我们对通信接口进行了建模，使传感器算法能够在车辆中运行。与MathWorks顾问合作，我们为Simulink开发了一个本地互连网络(LIN)块集，这使我们能够扩展原型系统的功能以支持LIN。金宝app金宝app

从模型到原型

在对模型进行内部设计审查后，我们将设计转移到HFK RCP单元(图2)。HFK RCP支持广泛的设计配置，包括TI的C2000等标准化组件金宝app™微处理器，一个Xilinx^®FPGA，汽车总线和传感器的连接器，以及离散电子元件的区域。

对于以微处理器为目标的设计，我们使用嵌入式编码器™从我们的Simulink模型生成代码，并将其部署到H金宝appFK RCP单元上的TI C2000处理器。如果全部或部分设计需要FPGA，我们使用HDL编码器™从模型生成VHDL代码，用于部署在Xilinx FPGA上。

从原型到生产

一旦我们使用HFK RCP单元验证了概念验证a样例，我们就准备在系列处理器上实现设计。我们在定点设计器中使用定点顾问™将我们的浮点模型转换为初始的定点设计。Fixed-Point Advisor使我们能够优化代码大小、内存占用和定点缩放。然后，我们重新检查建模准则的遵从性，并重新运行我们的模拟，使用Simulink验证和验证来生成模型覆盖率和圈复杂度度量信息。金宝app我们比较浮点模型和定点模型的结果，以确保在转换过程中没有引入错误。

我们使用软件在环(SIL)测试来验证我们的算法在C语言中的实现，使用处理器在环(PIL)测试来验证算法在实时硬件上的实现。通过这种方式，我们可以确保我们已经验证过的模型在不引入错误的情况下实现。

对于SIL测试，我们使用Simulink Cod金宝apper™从Simulink模型中的传感器算法组件生成C代码。金宝app然后，我们用包含生成的C代码的s函数替换模型中的这些组件，并重新运行模拟。我们再一次将结果与之前的测试结果进行比较，这一次是为了验证软件实现。

我们最近与MathWorks顾问合作，他们为78K系列微控制器开发了嵌入式Coder目标，以便在瑞萨上进行PIL测试^®78 k单片机。我们现在可以使用Embedded Coder来生成代码，并将其部署到设备上进行PIL和车载测试。

从原型到产品的路径取决于原型是如何实现的。如果我们使用HDL Coder为FPGA生成VHDL，我们将我们的设计和生成的VHDL交给外部合作伙伴，他们根据原型生成ASIC。因为我们已经彻底验证了模型及其HDL实现，我们的asic需要更少的迭代，这除了降低成本之外，实际上消除了项目延迟。

如果，但是，我们的目标是微控制器的原型，我们继续生产海拉。我们使用Embedded Coder从定点Simulink模型生成ANSI C代码，并以生产微控制器为目标。金宝app生成的代码在Hella内部经过严格的测试过程，包括集成测试和Polyspace Client的静态分析™适用于C/ c++和Polyspace Server™C / c++。ANSI C代码到目标的最终集成然后使用IBM Rational Rhapsody完成^®(C / c++)。

通过调优代码生成设置并遵循已建立的建模准则，我们可以生成比等效手写代码更紧凑的产品代码。通过重用我们的原型模型来生成产品代码，我们已经减少了大约60%的开发时间。此外，使用基于模型的设计和HFK RCP单元，我们可以在开发的早期运行测试，这使我们能够比以前更早地验证需求和验证设计决策。