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Vector Informatik 跨系统和协议边界进行统一测试
2020-05-09 23:13:50· 来源：自动驾驶测试验证技术创新论坛
汽车行业正在努力实现雄心勃勃的目标，例如自动驾驶和电动汽车的突破。集成许多新技术对于实施至关重要，尤其是在电气/电子和通讯领域。开发人员面临众多挑战，
汽车行业正在努力实现雄心勃勃的目标，例如自动驾驶和电动汽车的突破。集成许多新技术对于实施至关重要，尤其是在电气/电子和通讯领域。开发人员面临众多挑战，需要满足这种范式转变的测试和仿真工具。
为了掌握技术复杂性，汽车行业目前正在建立Autosar自适应体系结构，作为对已经存在了几年的Autosar Classic的补充。经典的汽车电子产品越来越多地与当前的信息技术融合，一开始听起来可能并不特别壮观。在这里，两个世界相撞，它们是基于部分截然相反的模型设计。即使要全面测试这种复杂的混合系统并考虑所有方面的努力，也需要工程师采取技术平衡的措施。
在Autosar Classic中，所有通信都是静态预定义的。制造商生产的软件包与车辆硬件完全匹配，具有固定的通信矩阵，并在整个使用寿命期间进行维护。在任何情况下，车间都会提供偶尔的更新。在物理层，总线系统如CAN、LIN或FlexRay用于信息交换，重点是最大的实时性。例如，一个典型的场景组织如下：在车辆的四个车轮上有一个转速计。从控制器到传感器的线路是通过CAN连接的，所有通信参与者都知道它们的位置。此外，系统在精确定义的时间间隔内更新速度信号。如果旋转器正在运行，则会在通信系统中产生严重错误消息。
（* 图1：车辆中的现代E / E架构需要持续的更新功能，并需要连接到后端基础架构-与智能手机相当。图片来源：Vector Infomatik ）
SOA实现创新的车辆功能
Autosar Adaptive根本不同。该体系结构为未来的汽车一代奠定了基础，在这些世代中，汽车越来越多地转变为驱动软件平台。与智能手机相比，车辆功能不再是静态的，而是可以随时通过应用程序进行补充（图1）。系统会自动下载更新，用户可以随时购买或激活其他车辆功能。Autosar Adaptive的一个关键功能是面向服务（SOA-面向服务的体系结构）。SOA系统的特点是任意数量的分布式服务提供者，使用服务的提供者和使用者。由于术语“服务”可用于链接几乎所有功能，因此服务范围从提供光信号的简单指示器扩展到在车辆中提供视频数据的摄像头系统，再到后端的全面外部服务器服务。Autosar Adaptive主要使用以太网作为物理传输介质。在软件方面，SOA的开发基于面向对象的编程方法，而不是Autosar Classic控制单元中的经典C编程。
通过这种架构，可以映射动态且灵活可扩展的基础架构，其范围远远超出了车辆限制。因此，Autosar Adaptive的重点是与车辆内外变化的参与者或通信端点进行数据交换。未来的5G网络注定要用于具有实时需求的外部通信。为了找到远程服务，消费者还可以使用代理，该代理的操作模式与域名服务器（DNS）的操作模式可比，以进行Internet访问中的名称解析。就像IP地址一样，运行某些服务的服务器也可以更改。如果服务器不可用，则系统必须能够找到替代服务。SOME / IP（基于IP的可扩展的，面向服务的中间件）用作车辆内部的协议。代替中央代理，有一种特殊的服务发现机制，其中提供程序使用 “我来啦！” 广播消息来吸引人们注意它们的存在和可用性。
所需的移动软件平台的统一测试程序
这些动态和容错机制不仅是自动驾驶的基本要求。与后端的深度联网对于电动汽车也是必要的。这是充分利用技术合理化潜力的唯一方法。寻找免费的充电站和协商充电率是较容易的练习之一。然而，真正的挑战在于与智能电网（智能电网）的通信，智能电网承担着资源优化分配的责任，并且能够对可再生能源发电的自然波动做出反应。将来，电动汽车将能够在能源短缺的情况下降低充电功率，或暂时完全中断充电过程并自动重启。不出所料，这种智能计费（Smart Charging）需要与Internet上的服务器进行快速数据交换。
自动驾驶仍然是未来汽车复杂性的最清晰例证（图2）：控制单元从众多（立体）摄像机，雷达传感器和激光扫描仪获取数据，它们必须识别视频图像中的物体，并从互联网上连续获取当前位置的高分辨率地图重新加载，同时与其他道路使用者或物体通信（Car2X），最终将融合控制单元中来自各种来源的信息汇总到一起，对其进行评估，并做出正确的决策以闪电般的速度进行导航。过程流程涉及许多参与者，许多传感器和许多服务服务器。最大的任务是控制这些应用程序。结果，测试越来越多地转向以应用程序为中心的测试。
（* 图2：汽车应用：当前趋势和要求。图片来源：Vector Infomatik ）
解决方案：通讯对象
传统上，汽车行业对测试质量的要求很高；毕竟，它们是输出功率约为100 HP / 74 kW或更高的机器，必须对其进行安全掌握。自动驾驶并不能使事情变得容易。对于汽车制造商和供应商而言，根本的问题是，如何在将来最好尽可能地使用同一工具对Autosar Classic和Autosar Adaptive应用程序进行尽可能有效和统一的测试。这样的解决方案必须是灵活的，并且对将来的协议扩展开放。
在这种情况下，一个有希望的答案是通用通信对象的使用，它由附加的抽象级别提供。它将实际服务与传输层解耦，并允许针对通信对象或简称为CO（通信对象）的统一测试。由于抽象发生在较高的层次上，靠近应用层，因此不再需要知道数据传输的详细信息。例如，每个CO只是“通信的一部分”，测试人员只需为其分配一个值，而不发送CAN消息。所有CO的访问和测试功能始终相同，无论是仅寻址闪烁信号还是对后端中的服务器进行路由规划查询。因此，测试工程师可以专注于其工作的核心，而无需处理CAN，FlexRay，汽车以太网或面向服务的Internet协议的特殊性等无数细节。以这种方式，对分布式应用程序的测试大大加快了目标的实现，特别是不限于车辆。
复杂性隐藏在绑定中
当然，不能简单地推测出复杂性，这就是为什么该概念还需要所谓的绑定的原因。相应的绑定描述了将CO具体分配给总线系统（例如，汽车以太网或协议）的方式。其中，在此定义了通信的端点，即提供商和消费者。同样，IP地址，端口，消息ID，数据区域和许多其他信息也存储在绑定中。可以使用绑定来映射二进制切换命令，以及传输大量数据也可以。后者通常使用动态数据结构来组织。
例如，雷达传感器不发送具有先前已知的分辨率或像素数的数字图像，而是发送具有距离，相对速度和概率的可变点云。如果车辆要求为Car2x通信或导航地图服务请求交叉口的描述，则同样适用。高分辨率厘米精确的地图数据以复杂的格式打包。
由于定义绑定有时可能非常苛刻，因此最好由CAN，FlexRay，SOME / IP等的各个专家来执行此任务。另一方面，测试工程师不再需要处理它。通常，所有必要的信息都包含在现有的Autosar Classic说明，Autosar自适应说明或常规通信矩阵中。在这种情况下，相应绑定的自动配置仅是适当的导入筛选器的问题。当然，可以使用编辑器手动编辑导入的数据。
虚拟原型的抽象绑定
作为CO有趣的绑定选项，“抽象绑定”也值得一提。在开发过程中，服务的功能可能已经足够清楚地描述了，并且在原型阶段有第一个实现，例如在虚拟Linux机器上。即使尚未建立详细的通信方式，也没有确定传输介质，使用抽象绑定，这种虚拟原型已经可以集成到测试中。在以应用程序为中心的测试中，例如，图像信息是否通过以太网帧进入控制单元是无关紧要的，无论应用程序是在真实的控制单元硬件上运行还是在虚拟机中运行。相反，重点在于验证算法，例如，该算法应标识其他车辆。可以很早地使用虚拟数据对应用程序进行测试。
CANoe中的新通信概念
测试和仿真工具CANoe的通信模型提供了通过通用通信对象对Autosar Classic和面向服务的Autosar Adaptive应用程序进行统一测试的描述概念（图3）。除了先前的功能范围之外，还包括了所提到的所有属性和功能，从导入数据库描述到抽象绑定。对这种限制的担心是没有根据的，因为经典和自适应应用程序将并行存在很多年。Vector使CANoe的界面和基本操作保持不变。而是，用户可以自由选择要使用的模型。新通信概念的中心入口点隐藏在功能区的“环境”选项卡和下面的菜单命令“通信设置”中。实际上，它可能仅用于新项目。CANoe支持从以前的工作流程逐步过渡到针对通用通信对象的测试，这些对象能够以统一的方式映射所有当前和将来的通信形式。现在，您可以使用同一工具以时间同步的方式一起测试Classic和Adaptive应用程序。该软件中包含一个演示测试项目。
编辑
（* 图3：可以将不同类型的描述导入CANoe通信模型中。可以使用单独的编辑器来更改模型（添加，错误更正）。图片来源：Vector Infomatik ）
结论与展望
测试未来的汽车电子产品需要与以往不同的方法。除了经典的基于信号的通信外，现代信息技术还通过许多其他协议和技术进入汽车。这将重点放在面向服务的体系结构和以应用程序为中心的测试上。将来，即使是优秀的测试工程师也几乎无法充当众多协议，硬件层和服务中每一个的专家。该解决方案带来了一个新的通信概念，该概念可用于附加的抽象级别，绑定和通用通信对象。使用这些，针对所有可能的通信类型（包括将来可能添加的通信）统一设计测试定义。
当前，汽车领域的技术变化非常快，很难估计几年内将使用哪种通信和软件标准。技术是朝REST（代表性状态转移）方向发展，还是完全不同的系统正在建立自己。借助新的CANoe通信概念，Vector能够对变化做出反应。为了支持新技术，仅需要实现相应的绑定，该绑定将在Service Pack中提供给客户群。
关于作者
Mark Schwager 马克·史瓦格，区域产品经理，Vector Informatik的CANoe / CANalyzer
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