Model Based Design per lo sviluppo e la verifica di moduli software in ambito Automotive

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1 Model Based Design per lo sviluppo e la verifica di moduli software in ambito Automotive Automotive SPIN Italia - 4 Workshop on Automotive Software Roberto Sobrito, Software Engineer - FIAT Group Automobiles Antonio Marino, Test Engineer - FIAT Group Automobiles Politecnico di Torino, Centro Polifunzionale Lingotto Agenda MODEL BASED DESIGN Moduli software in ambito Automotive Presentazione del gruppo di lavoro L approccio Model Based Design per lo sviluppo del software Verifica e validazione Applicazioni reali: Risultati & Sviluppi FGA Software Factory - Model Based Design 2 1

2 Presentazione del gruppo La progettazione e sperimentazione di soluzioni tecniche, architetture, sistemi, componenti e l innovazione tecnica di Fiat Group Automobiles (FGA) è affidata all ente Engineering & Design. In particolare lo sviluppo di tutte le architetture elettrico/elettroniche all interno del veicolo è svolto dal team Electronic Architecture che provvede inoltre alla standardizzazione di tutti gli aspetti hardware, software, di reti e diagnosi. In questo contesto, il team Software Factory sviluppa e verifica software applicativo per centraline veicolo. FGA Software Factory - Model Based Design 3 Descrizione sistema veicolo Rete di comunicazione tra le centraline ECU: Electronic Control Unit Centraline a bordo del veicolo ECU Applicativo SW 1 Applicativo SW 2 Applicativo SW n FGA Software Factory - Model Based Design 4 2

3 Architettura del Software Struttura architetturale proposta dal consorzio per una centralina Application Layer Application Software Component AUTOSAR Interface Application Software Component AUTOSAR Interface Application Software Component AUTOSAR Interface AUTOSAR Software... AUTOSAR Runtime Environment (RTE) Application Software Component AUTOSAR Interface Con metodologia Model Based Design (MBD) vengono sviluppati applicativi Basic relativisoftware a funzionalità in Layer ambito BodyComputer. (BSW) Ogni Application SW Component (SWC) racchiude una parte di algoritmo funzionale. Microcontroller L AUTOSAR SWC comunica con le altre funzionalità/componenti e con i servizi del Basic Layer (BSW) attraverso lo strato RTE necessità di standardizzazione delle interfacce FGA Software Factory - Model Based Design 5 Ciclo a V di sviluppo del SW per centralina ECU Requirements Analisi dei requisiti di ECU System Test Verifica a livello di ECU Architecture - Definizione dei sottosistemi (ovvero le diverse funzionalità) - Specifica delle Interfacce tra sottosistemi Integration Test Verifica Interfacce tra i vari sottosistemi Attività svolte dalla FGA SW Factory Coding -Implementazione SW Applicativo -Implementazione Basic SW Subsystem Integration Integr. SW Applicativo con BSW FGA Software Factory - Model Based Design 6 3

4 Ciclo di sviluppo e tracciabilità del SW Applicativo Requirements Analisi dei requisiti Architecture Definizione dei sottosistemi della funzionalità Specifica delle Interfacce Project Planning Configuration Management Sw Quality Assurance Model Based Design Implementazione modello Simulink/Stateflow Model Validation Model in the Loop (MIL) test (Manual/Automatic) Auto Coding Generazione automatica codice C Code Validation Software in the Loop (SIL) test (Automatic) FGA Software Factory - Model Based Design 7 Model Based Design per lo sviluppo del SW Vantaggi del MBD Analisi dei requisiti Struttura del modello Vincoli di modellazione Interfaccia grafica Generazione di codice FGA Software Factory - Model Based Design 8 4

5 Vantaggi del Model Based Design Vantaggi del MBD rispetto all approccio di design tradizionale: Irrobustimento e maggior definizione della specifica Riduzione del rischio di errori e accorciamento del ciclo di sviluppo consentendo l applicazione dei test per verifica e validazione già durante lo sviluppo e prima dell integrazione. Riutilizzo dei modelli Ridotta dipendenza dai prototipi fisici piattaforma di integrazione non necessaria Possibilità di valutare più rapidamente soluzioni di design diverse in termini di performance e affidabilità migliora la qualità del SW Riduzione dei costi di design e dei tempi di sviluppo (Time to market) FGA Software Factory - Model Based Design 9 Analisi dei requisiti e decomposizione dei moduli Analisi critica delle specifiche funzionali (database Doors ) eventuale modifica/irrobustimento Classificazione dei requisiti Scelta architetturale a livello applicativo: decomposizione della funzionalità in SWCs modelli Definizione delle Interfacce tra i vari SWCs e il livello RTE (inclusi i Timer): documento basilare condiviso con il fornitore di centralina/integratore del SW applicativo SW Component Configuration Database Specifiche Application Software Component Application Interface SWComponent Configuration RTE FGA Software Factory - Model Based Design 10 5

6 Struttura del modello Top Level La struttura del modello in Simulink si compone al livello più elevato di due macro blocchi: Blocco di Logica in cui sono sviluppate le logiche della funzionalità (dal livello Applicativo sino al Basso livello) Blocco Boundary che alloggia l interfaccia grafica per l interazione con l utente, ovvero la visualizzazione delle uscite e la stimolazione degli ingressi Logic Boundary FGA Software Factory - Model Based Design 11 Modello Logica (1/2) Premessa: le logiche sviluppate per il BodyComputer sono tipicamente logiche ad eventi, ovvero l applicativo viene risvegliato solo a fronte di una variazione su uno degli ingressi. RTE trigger Il principale sottosistema Simulink racchiuso all interno del blocco di logica contiene il livello applicativo e si identifica con il SWC. Ad esso arrivano tre tipologie di ingressi: Data inputs 1. Gli eventi di trigger provenienti dal livello RTE 2. Gli ingressi di dato della funzionalità 3. Le scadenze dei timer ( expiration ) Timer SWC FGA Software Factory - Model Based Design 12 6

7 Modello Logica (2/2) I blocchi che provvedono la simulazione del basso livello (BSW), necessari per chiudere il loop di simulazione sono essenzialmente: - il blocco di generazione degli eventi risveglianti per l applicativo (FunctionCall generation). Rappresenta le chiamate effettuate dal livello RTE dell architettura -il blocco di implementazione degli allarmi (servizi temporali provvisti nella realtà dal sistema operativo) necessari all applicativo. Le chiamate a tali servizi sono effettuate a livello di applicativo con delle funzioni. Tale blocco provvede anche i segnali di scadenza dei timer. eventi risveglianti per l applicativo Segnale di scadenza di un timer FGA Software Factory - Model Based Design 13 Interfaccia grafica utente Viene realizzata nel blocco di Boundary Viene utilizzato il tool grafico Altia (integrato attraverso opportuna libreria in Simulink) che permette una percezione immediata del corretto funzionamento della logica attraverso la stimolazione diretta degli ingressi e la visualizzazione delle uscite. Input al modello Output dal modello N.B. Non sostituisce la fase di validazione vera e propria del modello a carico del test engineer FGA Software Factory - Model Based Design 14 7

8 Vincoli di modellazione (1/2) Obiettivi: rispettare i target di occupazione di memoria all interno della centralina (in termini di Rom e Ram) Ottenere la stessa efficienza del codice scritto a mano Si devono applicare già in fase di modellazione dei concetti volti alla massima ottimizzazione del codice generato. Eliminazione degli stati superflui e uso dei Control Flow Alcuni aspetti sono: Utilizzo dei ControlFlow e logica combinatoria ove possibile Riduzione del numero degli stati in StateFlow Utilizzo di Strong Data Typing nel modello FGA Software Factory - Model Based Design 15 Vincoli di modellazione (2/2) Logica combinatoria StateFlow e uso dei Timer Cancel del timer Set del timer Scadenza del timer FGA Software Factory - Model Based Design 16 8

9 Generazione automatica del codice Attraverso l utilizzo di macro e il generatore di codice TargetLink C da consegnare al fornitore per l integrazione con il Basso Livello si ottiene il codice SWComponent Configuration Macro da SWCC a DD TargetLink DataDictionary Conversione del modello da Simulink a TargetLink Applicazione Macro al modello TargetLink TargetLink CODE Generation Autogenerated C CODE files FGA Software Factory - Model Based Design 17 Testing Area V&V per applicativi MBD Tipologie di test Processo di verifica Struttura di un test case...open driver door Definizione e traduzione del test Linee Guida per la scrittura di un test case Validazione funzionale di un modello Simulink Verifica e validazione FGA Software Factory - Model Based Design 18 9

10 Testing Area Attività di test LIVELLO DEI TEST SW Engineering Unit Test Test di integrazione Test di Sistema Verifica il funzionamento singolo delle parti di software che possono essere testate. Questa tipologia di test è relativa a sottosistemi quali moduli, classi o funzioni. È il processo che verifica l iterazione tra più componenti software. È relativo al comportamento del sistema nel suo complesso. In questa categoria sono verificate le interfacce esterne con altre applicazioni sia hardware che software. FGA Software Factory - Model Based Design 19 Testing Area Processo di validazione Utilizzo di EXCEL Signal Builder Simulink Scrittura TEST CASE Uscite Desiderate Ingressi per il modello Signal Builder Simulink - + Signal Builder Simulink No Differenze Sì Modello validato SWC Simulink/Stateflow Uscite del modello Signal Builder Simulink FGA Software Factory - Model Based Design 20 10

11 Testing Area Linee guida per la stesura di un test case In un modello funzionale si considerano 3 diverse tipologie di test: 1. Requisiti Nominal 2. Requisiti Fault 3. Requisiti Misuse I primi rappresentano tutti gli aspetti nominali che il SWC deve ricoprire per soddisfare la funzionalità. I Test di Fault consistono nel testare che, in condizioni di funzionamento difettoso degli elementi a contorno, il SWC sappia gestire il difetto e quindi la nuova situazione. Infine i test case della classe Misuse servono a verificare alcune richieste da parte dell utente poco probabili. FGA Software Factory - Model Based Design 21 Testing Area Scrittura dei Test Case Excel FGA Software Factory - Model Based Design 22 11

12 Testing Area Scrittura dei Test Case Excel FGA Software Factory - Model Based Design 23 Testing Area Realizzazione Signal Builder Signal Builder: generatore di segnali in Simulink, contiene la sequenza temporale del test impostato in Excel. Si utilizza un programma scritto in Matlab, per trasformare le sequenze di Test generati in Excel, in un unico Signal Builder. Applicativo MATLAB FGA Software Factory - Model Based Design 24 12

13 Testing Area Generazione del Signal Builder Strumenti di lavoro utilizzati Macro Matlab scritta in linguaggio M. Generate Signal Builder FGA Software Factory - Model Based Design 25 Testing Area Realizzazione Signal Builder Due Signal Builder generati: uno contenente l evoluzione temporale degli ingressi, ed un altro contenente i valori attesi delle uscite istante per istante. FGA Software Factory - Model Based Design 26 13

14 Testing Area Simulazione del modello Generato il Signal Builder (SB), si integra il blocco Simulink nel modello da testare, in particolare nella parte Boundary. L integrazione del SB viene fatta in automatico. Integrazione Signal Builder IN Applicativo MATLAB Boundary FGA Software Factory - Model Based Design 27 Testing Area Simulazione del modello Si esegue una simulazione automatica del modello del SWC con gli ingressi generati dai test case. Si registrano le uscite reali in formato Signal Builder. Simulazione e verifica del Test applicata al modello Software Component Applicativo MATLAB Boundary Element FGA Software Factory - Model Based Design 28 14

15 Testing Area Simulazione del modello Finita la simulazione, si registrano le uscite reali (del SWC) in formato Signal Builder e le si confrontano con le uscite attese, quelle definite in fase di scrittura del test (Excel). Applicativo MATLAB FGA Software Factory - Model Based Design 29 Testing Area Validazione Confronto tra le uscite reali (Signal Builder OUT) e le uscite attese (Signal Builder OUT generato dai test case, di riferimento) Uscite Reali Uscite Attese Differenza FGA Software Factory - Model Based Design 30 15

16 Testing Area Validazione Dall analisi del Signal Builder delle differenze si trovano i malfunzionamenti (bachi) del SW Component. Il Test Engineer traccia e segnala al modellatore le anomalie. Il modellatore corregge i malfunzionamenti riscontrati. Una volta corretti i difetti, la differenza tra uscite REALI e uscite ATTESE è nulla. A tal punto il modello si definisce validato, ossia soddisfa tutti i requisiti richiesti dalla funzionalità. Validazione di non regressione Se un modello già validato, subisce delle modifiche in uno o più sottosistemi che lo compongono, si rieseguono gli stessi test utilizzati per il modello precedente sui rimanenti sottosistemi rimasti immutati. Successivamente si confrontano i risultati con quelli ottenuti nella validazione precedente: gli output di quest ultimi sottosistemi devono essere gli stessi in entrambi i casi. I sottosistemi inalterati si dice che non regrediscono. FGA Software Factory - Model Based Design 31 Testing Area Riepilogo Analisi della specifica funzionale. Segnalazione eventuali punti non chiari / irrobustimento della specifica. Gestione tracciabilità tra Test Case e requisiti (Doors ) Realizzazione e rilascio Test Case. Esecuzione dei Test Case e validazione a livello Simulink del modello realizzato dal Software Engineer. Realizzazione e rilascio Test Report. Compilazione bug-list. Definizione, mantenimento e aggiornamento del piano di test. FGA Software Factory - Model Based Design 32 16

17 Progetti reali: Risultati & Sviluppi Software Factory ha finora sviluppato e validato i seguenti applicativi integrati su progetti reali (vetture già in produzione e prossimi lanci): Funzionalità Sbrinamento Lunotto Posteriore Monitoraggio Stato Alternatore Gestione Temperatura Esterna Luci Interne Luci Esterne Selettore Alfa DNA (Dynamic Normal All Weather) Stop & Start Sistema Tergitura e Lavafari Gestione Telecomando Gestione Chiusura Centralizzata Indicazione Livello Carburante Vettura Nuova 500 Fiorino Alfa MiTo Nuova Alfa 147 Nuovo Doblò Grande Punto (restyling) Nuova Lancia Y Nuova Panda FGA Software Factory - Model Based Design 33 Approfondimenti Domande, dubbi? FGA Software Factory - Model Based Design 34 17

18 Contatti Grazie per l attenzione! Roberto Sobrito, FIAT Group Automobiles, roberto.sobrito@fiat.com Antonio Marino, FIAT Group Automobiles, antonio.marino1@fiat.com FGA Software Factory - Model Based Design 35 18