如何使用Simulin金宝appk进行iso26262项目

致力于传统和自动驾驶汽车安全相关的嵌入式系统的汽车工程师们正在寻找有效的方法，以实现ISO 2626[1](乘用车开发的功能安全标准)所规定的严格流程。

随着所有媒体关注自动车辆，没有缺乏建议。但是，此建议经常侧重于最新的编码方法或错误绘制工具。随着行业专家长期认识到的，安全更多地有关获得系统及其要求，而不是关于软件的要求以及它是如何编码的[2]。

以连续和离散时间仿真为骨干，利用Simulink进行基于模型的设计金宝app^®让您设计和测试您的整个系统在广泛的驾驶条件和故障情况下，在您去试验场或车队测试之前很久。它还支持ISO 金宝app26262规定的过程活动，包括工具鉴定。IEC认证套件详细介绍了这种支持，并提供了来自国际认证机构TÜV SÜ金宝appD的工具证书和报告。

本文介绍了TÜV SÜD批准的在ISO 26262项目中使用Simulink的工作流。金宝app它介绍了ISO 26262和基于模型的设计，然后涵盖了以下任务:

• 需求开发
• 设计建模
• 代码生成
• 设计验证
• 代码验证
• 工具资格

ISO 26262和基于模型的设计

ISO 26262包括手动设计和代码的指导，以及基于模型的设计。它还承认使用基于模型的设计的一些好处[3]：

模型的无缝利用促进了高度一致和高效的开发。

该标准提到了数学建模的“广泛使用”，并指出建模工具在软件开发中使用“半正式的图形方法”。它指出，建模不仅能够捕获要实现的功能(嵌入式软件)，而且能够模拟真实的物理系统(车辆模型和环境模型)，从而生成完整的系统模型:

通过这种方式，甚至可以以可接受的计算速度，以高度详细的细节建模高度复杂的汽车系统，以模拟接近现实的行为。在开发过程中，车辆/环境模型逐渐被真实系统及其真实环境所取代，而功能模型可以通过代码生成作为嵌入式软件在控制单元上实现的蓝图．［3］

图1显示了一个典型的Simulink闭环系统模型。金宝app它由控制器、设备和信号处理器组成。在ISO 26262中，系统设计规范是软件开发的一个输入，但它的作用远不止于此，因为安全从根本上说是一个系统问题[2]。

然后，您的系统设计将被详细阐述，直到它成为一个足够详细的软件蓝图，以便您生成产品代码。ISO 26262将这个模型细化过程描述为“模型演进”[2]:

在实践中，功能模型从早期的规范模型到设计模型再到实现模型，最后自动转换为代码(模型演进)。

ISO 26262基于汽车安全完整性等级(ASILs)推荐了各种活动的方法。您可以使用本指南来基于您的用例建立适当的工作流。图2给出了ISO 26262过程的概述。实箭头表示开发活动，虚线箭头表示验证和确认活动。ISO 26262中提到的“模型演化”用椭圆(…)表示。

要求开发

您可以通过编写功能和安全需求来启动与安全相关的开发流程。ISO 26262建议您使用“软件架构设计和软件安全需求之间的双向跟踪”来验证软件架构设计。要实现这一点，您可以使用Simulink Requirem金宝appents™来编写和跟踪对模型、测试和代码的需求。金宝appSimulink Requirem金宝appents支持其他工具的双向跟踪，包括Microsoft^®词^®,微软Excel^®和IBM^®理性的^®门^®．在Simulink requirements中监控和管理需求的实现和验证状态。金宝app需求链接可以出现在生成的代码中(图3)。

设计建模

正如在“ISO 26262和基于模型的设计”一节中所提到的，ISO 26262描述了功能模型从高级可执行规范到为生产代码生成做好准备的详细设计的演变过程。典型的修改和改进包括:

• 使用Simulink Control Design离散化工具将区块从连续时间(S域)转换为离散时间(Z域)金宝app
• 使用定点设计器™将数据从双精度转换为单精度或固定点
• 使用statflow添加诊断、模式逻辑、状态机和调度^®

对于ASIL B到D, ISO 26262高度推荐使用建模指南，为此，您可以使用Simulink中提供的MAAB风格指南[4]和ISO 26262的高完整性指南。金宝app金宝appSimulink Check™自动检查两个指南。它可以在编辑期间标记问题，例如插入不符合要求的块。你也可以包括你自己的指导方针和检查。

代码生成

ISO 26262指出:“软件单元的实现包括生成源代码和转换为目标代码。”要实现这一点，您可以使用嵌入式编码器^®从Simulink模型生成C、c++和AUTOSAR代码。金宝app该代码符合MISRA C^®:2012自动代码指南[5]。ISO 26262指出，基于模型的设计和手工代码的代码指南可以不同，并列出了MISRA^®作为一个例子。

IEC认证套件为C，C ++和AutoSAR提供了对嵌入式编码器（包括ASIL A-D）的工具资格支金宝app持。其TÜVSÜD认证报告称：

嵌入式编码器满足ISO 26262关于工具支持和自动化的要求。金宝app

嵌入式编码器通常在以下三种用例之一中应用：

1. 为用于生产代码生成的模型生成C代码
2. 为用于生产代码生成的模型生成AUTOSAR应用软件组件的C代码和描述文件
3. 生成用于生产代码生成的模型的C ++代码

嵌入式编码器提供优化内存和速度代码的选项。此外，您还可以生成特定于处理器的优化，从而利用SIMD等硬件加速器^®对于ARM^®和英特尔^®．您可以使用ISO 26262中描述的模型到代码、处理器在环(PIL)测试，验证优化的代码与模拟结果在规定的公差内匹配。

可执行目标代码是使用编译器和连接器从生成的源代码生成的。IEC认证套件中的工作流允许编码器、编译器和处理器优化，这对大规模生产ecu至关重要，只要使用PIL测试来验证可执行的目标代码。

设计验证

ISO 26262推荐了一些静态和动态方法来验证软件设计和实现，包括单元和集成级别的活动。对于基于模型的设计，它声明“根据软件开发过程，测试对象可以是从这个模型或模型本身派生的代码。”

金宝appSimulink Test™为在Simulink中进行ISO 26262验证和验证活动提供了一个框架。您可以使用它为模型和从模型生成的代码编写、管理和执行基于模拟的系统测试。图4显示了一个示例测试序列和评估块。

IEC认证套件中的TÜV SÜD报告(适用于ISO 26262)阐明了Simulink测试在自动化验证和验证中的作用:金宝app

[金宝appSimulink Test]允许对Simulink模型和生成代码的核心验证和验证活动进行自动化。以下用例反映了根据iso26262功能安全标准在软件开发过程中所需要的活动:

• Simulink模型的开发和执行测试金宝app
• 开发和执行模型和代码之间的背靠背测试
• 测试结果评估
• 生成测试报告
• 确定需求和测试用例之间的可跟踪性

ISO 26262建议采用结构覆盖率分析来确定测试完整性并确定意外的功能。它列出了三种增加严格的方法，最后两个强烈推荐用于ASIL-D。

• 语句覆盖
• 分支覆盖
• MC / DC覆盖

标准说明为基于模型的设计，“可以使用类似的结构覆盖度量来在模型水平上进行结构覆盖的分析。”它继续说明，如果结构覆盖率不足，附加的测试用例应该被指定或者提供一个基本原理。

金宝appSimulink Coverage™为模型和生成的代码提供了结构覆盖范围，并且很容易启用使用Simulink测试的测试执行。如果您的模型覆盖率不足，您可以使用Simulink Design Verifier™自动生成其他测试用例金宝app以实现所需的覆盖范围，包括MC / DC。金宝appSimulink检查还重新参考模型，以降低复杂性。它包括指标仪表板，用于评估项目质量和满足ISO 26262的要求执行低复杂性和限制软件组件和接口的大小(图5)。

IEC Certification Kit提供工具认证支持，包括TÜV SÜD证书和报告，用于Sim金宝appulink检查、Simulink覆盖(包括模型和代码覆盖)、Simulink设计验证器和Simulink金宝app测试。

代码验证

ISO 26262提供了几个验证软件设计和实现的选项。IEC Certification Kit中描述的一种方法允许进行有限的跟踪审查，以检测生成代码中的非预期功能，如未跟踪到块或信号的代码。为此，试剂盒自动生成跟踪矩阵。或者，您可以在软件在循环(SIL)测试期间使用Simulink coverage比较模型覆盖率和代码覆盖率，或者您可以使用Simulink金宝app code Inspector™。

最后，您可以使用PolySpace Bug Finder™检查Misra符合性。如果您的项目包括生成和手工编码软件的混合，则使用Misra检查和代码覆盖率分析特别有用。对于添加的Rigor，您可以使用PolySpace Code Prover™来证明缺少运行时误差，例如逐个零。

IEC Certification Kit为Polyspace提供工具认证支持，并提供TÜV SÜD金宝app证书和报告^®下载188bet金宝搏产品。

在编译和生成可执行代码之后，您可以使用PIL测试在目标处理器上执行的代码上重用模型测试(图6)。

ISO 26262强烈建议对asilc和d进行背对背测试。它指出了在具有代表性的目标硬件环境中测试的重要性，并强调需要意识到测试和硬件环境之间的差异:

例如，由于数据字的不同比特宽度和处理器的地址字，因此可能在源代码或目标环境之间产生测试环境和目标环境之间的差异。

但随着每个计算机科学家应该知道[6]，有很多潜在的平台差异源，特别是对于浮点数据。有些人开始作为次要但积累和生长，特别是在反馈控制系统中。因此，ISO 26262列出了用于背对背测试的各种循环方法：

软件单元测试可以在不同的环境中执行，例如：

-Model-In-循环测试;
-software-in-the-loop测试;
-Processor-in-in-out-in-in-in-in-in-in-sto和
-hardware-in-the-loop测试。

金宝appSimulink Test自动进行环内测试，包括使用Embedded Coder的SIL和PIL以及使用Simulink Real-Time™的HIL，并提供通过/失败报告和来自Simulink coverage的覆盖率指标。

工具资格

ISO 26262-8描述了其他过程，包括版本控制、配置管理和文档。这些流程分别由Simulink Proj金宝appects、Simulink金宝app模型差异和合并以及Simulink Report Generator™支持。

该标准还提供了工具鉴定指南。它不允许工具供应商限定他们自己的工具，但要求用户限定特定项目的工具。IEC认证套件通过提供典型用例、参考工作流、工具分类分析、软件工具文档、工具确认报告和验证测试，有效地对工具进行资格预审。

TÜV SÜD审查和审核MathWorks工具的开发和质量过程，以及错误报告功能，并在每个产品发布时验证结果。IEC认证套件包括这些TÜV SÜD证书和报告，它们是基于遵循适当的验证和验证工作流的需要。该工具包提供了基于典型工具用例的参考工作流，例如本文中突出显示的那些。

该工具包提供了更详细的信息，包括ISO 26262目标到Simulink支持功能的映射(图7)。金宝app金宝app

2018年12月发布的ISO 26262 ISO 26262的第二版指出，Simulink和StateFlow适用于软件架构和软件单元设计金宝app符号，作为自动代码生成的基础（图8）。

请注意，使用合格的工具并不能确保所考虑的软件或系统的安全性。