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航空航天:Shift-left用于硬件及软件开发 2020-01-07


在过去的20年中,系统的复杂性以惊人的速度增长。对于单个设计团队来说,看起来像系统的东西几乎可以肯定是更复杂系统中的组件。


航空航天也不例外。像F-35这样的战斗机是由国际合作伙伴(澳大利亚,加拿大,丹麦,意大利,荷兰,挪威,土耳其,英国和美国)开发的,使用3500个零件就集成了1600个供货商的20万个零件IC和200种不同的芯片,带有超过2000万行软件代码。


然而,这架喷射飞机也仅成为下一个更复杂系统(空中交通和通信网络)的组成部分。我们进入了一个设计时代,需要考虑“分散系统”。在形成下一代未来战斗空中系统(FCAS)联盟的时代,如何高效,及时地设计系统中系统的问题迫在眉睫。


Tempest计划得到英国、意大利和瑞典的支持,而另一个FCAS计划得到西班牙、法国和德国的支持。就像在消费市场一样,这将成为上市时间、设计效率和产品质量的竞赛。成功将取决于应用商业设计实践的能力,这些实践将通过开发方法扩大对物理原型的使用,从而允许更早地共同开发硬件和软件,并有效地将其集成的第一点向左移。


共同发展合作


在消费产品领域,人们可以在设计链的底部找到特定的半导体IP模块,例如处理器,外围设备和总线。它们构成了可许可子系统的基础,这些子系统继而成为系统单芯片(SoC)的组件。SoC在微型化方面遵循摩尔定律(至少直到最近才这样做),并且它们已成为集成到飞机系统等产品中PCB上的组件。


生产力的提高使通过电子设计自动化(EDA)行业实现的工具和重用使设计成本可承受。多年来,随着趋势由谁定义需求而变化,这种趋势在汽车应用领域也很普遍。软件开发已在设计链中向上游方向发展,转向了OEM,在OEM中,诸如Autosar之类的标准已提供适当的硬件抽象层,以实现设计链交互。



图1说明了这种系分散的统结构。


在商业设计中,通常的做法是争取最早的硬件和软件集成。 例如,在SoC的实际芯片可用之前,就可以在基于硬件的仿真和原型制作中引入Android和Linux等操作系统。这可以提前六个月到九个月,这样可以在15到18个月的时间内节省大量资金。借助虚拟样机之类的技术,开发人员甚至可以更早地使用硬件的抽象表示来验证软件功能,从而使错误检测曲线更加陡峭。


图2说明了早期硬件软件集成在整个开发周期中的效果,并概述瞭如何将其进一步扩展到软件开发工具包(SDK)和系统更广泛部分的系统仿真领域。


虽然使用几种不同的硬件表示形式似乎过分,但这通常是必需的,因为没有引擎能够满足软件开发的所有要求。虚拟平台快速,功能准确且易于调试。他们缺乏的是架构分析和开发更多时序关键软件经常需要的保真度。相比之下,缓存器传输级别(RTL)模拟提供了最先进的硬件调试功能,但是对于软件开发而言,除了裸机驱动程序之外,速度太慢。


仿真模拟与原型设计并驾齐驱,在调试洞察力和建模启动时间之间取得了平衡,仿真速度更快,原型制作速度更快,仿真速度更快。用户以混合组合方式设置不同的引擎,以实现模型速度和模型保真度的更细粒度平衡。一旦开发和验证,系统仿真和其他硬件软件集成实例将成为实际物理产品的“双生数字化(数字化模拟)”。


双生数字化是在任何给定时间点上制造产品或系统的当前状态的数字表示。它们通常与数字线程一起使用,作为从概念到处置的所有制成品或系统状态的数字记录。


用户将实际产品中的实际数据应用于其双生数字化模型以检查缺陷,并可以使用系统分析来减少物理产品中的问题,同时在数字孪生模型中执行实际数据以调整性能并预测维护问题,监控机械的影响磨损,前部装载可靠性分析。


在开发周期中,用于验证的双生数字化是正在开发的产品或系统的数字表示形式,以适当的保真度级别表示功能正确,可预测和可再现的表示形式,以执行验证,性能分析和系统验证任务。


在系统仿真、仿真仿真和原型制作中,更容易再现和调试真实产品中发现的问题。可以很容易地预测,无论谁成为下一届FCAS竞赛的获胜者,都会在防空应用中采用商业最佳实践。在制造之前必须进行系统仿真、原型设计和仿真模拟。


——https://www.electronicsweekly.com/

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