揭秘基于MBSE集成化的汽车电子解决方案

随着汽车销量的不断增长以及自动驾驶技术的快速发展，汽车行业对安全性、自动化等要求越来越高，加之智能化技术逐渐走进人们的生活，使得汽车电子的设计难度成倍增长。

挑战

系统设计复杂

汽车电子化、智能化程度越来越高，这给系统架构的设计带来了极大的挑战。其中最重要的部分是，被视为汽车「大脑」的电子控制单元（ECU）的数量日益增多，遍布于发动机管理系统（EMS）、自动变速箱控制单元（TCU）、车身控制模块（BCM）、车身电子稳定控制系统（ESP）、电池管理系统（BMS）等部件，据调查显示，中档轿车配备了十多个ECU，高档轿车往往配备几十个甚至上百个ECU，经过总线或以太网组合在一起，形成复杂的计算机网络。传统的基于文档的系统设计方式（DBSE）对这种复杂设计的可读性不高，不利于产品的迭代。

代码量庞大

汽车智能化的不断推进，使得汽车电子软件的代码量愈发庞大。目前先进的智能汽车的代码量已突破2亿行，预计未来自动驾驶代码量将突破10亿行。如此庞大的代码量如果由众多工程师纯手写，不仅效率不高，代码质量得不到有效的保证，还会带来安全性的问题。

测试验证受限制

由于各种功能的ECU大量部署，在测试验证方面也带来了诸多问题，如软硬件并行开发的模式，软件的研制过程开始时，往往不具备所需的硬件环境。软件开发完成后无法快速的进行测试验证，硬件供应问题亟待解决。真实ECU的运行速度固定，对于复杂的功能测试需要运行很长时间，测试效率不高。

需要尽早集成

庞大的汽车电子系统往往由不同的开发人员或部门协同完成，对设计可能存在理解偏差，接口不适配等问题，若不能尽早地进行集成验证，到最后进行集成调试时将是一项十分复杂且耗时的工作，甚至会延误工期。

解决方案

为解决汽车行业设计、仿真等一系列需求，浙江迪捷软件科技有限公司制定了基于MBSE的集成化解决方案，采用纯自主研发的软件，能够满足汽车电子系统从需求、设计到仿真验证的整个生命周期的自主可控。这里以混动汽车电池充放电场景为例，描述整个集成化的解决方案。

基于 SysML 的系统建模工具 SysModeler

SysModeler是系统设计和分析的工具，以SysML语言对系统建模，让系统设计工程师无需关注软件实现细节，而是更关注高层的功能划分、结构分解、行为规范和需求分析。如图是根据混动汽车电池充放电场景，分析需求，创建用例图、状态机图等对需求进行了详细分解。

形式化验证的代码生成工具 ModelCoder

ModelCoder是软件设计和开发的工具，将算法和控制逻辑进行可视化建模，并生成经过形式化验证的高可靠代码。传统的汽车功能模块开发原本需要几个月的时间来编写代码，而在ModelCoder上采用模型自动生成代码的方式，只需要按照需求构建算法和控制逻辑，代码就能一键生成，最大程度上节约了开发成本。如图是根据SysModeler对混动汽车中电池充放电控制逻辑模块和电池模型需求的分解，将自然语言进行描述成模型语言，实现控制算法，并通过模型仿真进行MIL测试，最后生成代码。

全数字实时仿真软件 SkyEye

SkyEye是软件测试和仿真的工具，中文全称天目全数字实时仿真软件，是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台。全数字的仿真平台可以对ECU以及外部设备做行为级别的实时仿真，可以脱离硬件对各种嵌入式程序进行仿真测试，能够有效地解决硬件环境供应不足的问题。同时，通过利用基于LLVM的动态二进制翻译技术，使虚拟ECU的运行速度远大于真实速度，提高测试效率。如图，是根据硬件需求，搭建电池充放电控制模型的虚拟仿真平台，通过平台模拟硬件CPU运行由ModelCoder生成的控制逻辑程序，并通过系统仿真总线控制车载电池模型进行充放电并显示电池电压。

Jenkins是持续集成的工具。大部分软件开发都不是由一个人单独完成的，而是多人协作的成果，这就涉及到代码的集成问题。如果等到项目最后阶段进行集成，会存在接口不适配、通信异常等风险，为了尽早的发现各种冲突和错误，减少风险，持续集成无疑是最佳的选择。

将SkyEye与Jenkins进行集成，软件开发人员将开发好的程序及时更新到git仓库，与其他代码进行集成，通过配置脚本，驱动Jenkins从代码仓库中拉取最新代码进行编译构建，将编译出来的二进制文件放到对应的用例目录，并在全数字实时仿真软件SkyEye上进行自动化仿真测试，Jenkins记录测试结果在测试完成后生成报告反馈给软件开发人员。

SkyEye与Jenkins的集成，可以帮助团队更高效地工作。将分散的模块不断地集成并利用SkyEye全数字仿真软件的仿真环境，进行自动化仿真测试，有效地保证了软件的质量，提高工作效率。

总结

为应对当前汽车行业产品复杂度急剧增加的挑战，MBSE设计方法更能适应日益复杂的系统设计需要。MBSE方法可以降低成本，缩短项目周期，在福特汽车中进行落地实践并逐渐得到汽车业界的认可。集成化MBSE是一项系统工程，有许多新技术值得探索和研究。迪捷软件在MBSE理论研究和产品开发方面正在不断进取，并取得了部分成果，未来MBSE的全线产品链是值得期待的。