實現(xiàn)系統(tǒng)早期驗證的主要途徑及重要意義

車珂珉

沈陽鐵路機械學(xué)校信息技術(shù)部，遼寧 沈陽 110036

算法密集型系統(tǒng)的測試過程是昂貴耗時的。研究顯示，嵌入式系統(tǒng)中所出現(xiàn)的大部分問題在系統(tǒng)的總體規(guī)劃階段就已形成，但卻要等到開發(fā)階段才可能被發(fā)現(xiàn)。這些問題是項目延期和成本提高的主要原因。對于算法密集型系統(tǒng)，包括帶有通信、音頻、視頻、圖象處理和導(dǎo)航功能的系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，系統(tǒng)開發(fā)的延期和成本會不斷擴大。

我們首先對目前算法驗證過程的低效易錯的原因做扼要分析。在傳統(tǒng)的設(shè)計工作流程中，總體算法設(shè)計師提出設(shè)計規(guī)范及要求，然后將規(guī)范說明書遞交給硬件和軟件研發(fā)團隊。而每個團隊分別研發(fā)各自的測試方法，來驗證自己的產(chǎn)品在功能上的正確性。這些測試方法通常都是依據(jù)工程師們自己對規(guī)劃書的理解而專門和臨時搭建的，由于工程師們通常缺乏正確理解規(guī)范書所需要的實用知識和工具，因此他們在實現(xiàn)規(guī)劃書的過程中就可能出現(xiàn)問題。另一種情況是總體算法設(shè)計師也許缺乏經(jīng)驗和工具，他們不能保證完全清楚實際應(yīng)用中的所有要求和可能遇到的問題。在開發(fā)過程的晚期，他們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)他們的總體算法在實際環(huán)境中并不理想。同時，每個團隊也是采用各自的工具和工作流程來研制數(shù)字、RF/模擬等硬件和軟件的，這進一步限制了系統(tǒng)性能在這些交叉領(lǐng)域中測試效果，不同團隊所研制的產(chǎn)品之間經(jīng)常出現(xiàn)難以預(yù)料的相互影響。因此，系統(tǒng)測試只能等到整個設(shè)計流程的末期，即在系統(tǒng)整合的時候進行，而這個時候要對設(shè)計做出修改是十分困難和昂貴的。由于大多數(shù)錯誤是在系統(tǒng)規(guī)劃階段造成的，傳統(tǒng)的硬件、軟件和ESL工具不能解決這些問題，因為它們已假定系統(tǒng)規(guī)劃書已經(jīng)充分和準確掌握設(shè)計要求。

為了縮短設(shè)計周期、減少設(shè)計成本、避免上述情況的發(fā)生，實現(xiàn)系統(tǒng)早期測試和快捷測試是十分必要的。系統(tǒng)測試問題必須把整個流程的各環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，在整個設(shè)計過程的開始階段加以解決。為達到這個目的，在此我們就幾種有效途徑作出分析。

1 早期測試

基于模型的設(shè)計為系統(tǒng)早期測試提供了較好的方法。這種方法為系統(tǒng)的算法設(shè)計、模擬、定型和分析提供了一整套工具。利用這些工具，可以把算法和測試整合到系統(tǒng)模型中。系統(tǒng)模型成為系統(tǒng)規(guī)劃書的基礎(chǔ)，所有團隊以這樣的規(guī)劃書作為設(shè)計參考和檢測基準。這種方法針對所有團隊提出了共享的、清晰的設(shè)計要求。采用基于模型的設(shè)計方法對系統(tǒng)和各部件性能進行早期驗證具有如下優(yōu)點：

1）通過模擬，可以盡早發(fā)現(xiàn)在設(shè)計和部件整合中出現(xiàn)的問題，并容易糾正；

2）為了確保規(guī)劃書滿足設(shè)計要求，檢測和設(shè)計可以協(xié)同研發(fā)；

3）在各部件研制過程中，不斷以模型做基準，消除了人為的檢測誤差并減少了理解錯誤；

4）設(shè)計者可以迅速評估利弊、部件之間的相互影響和系統(tǒng)性能指標(biāo)。

早期驗證的方法目的在于及早解決導(dǎo)致產(chǎn)品延期的關(guān)鍵原因，可使工程師在系統(tǒng)規(guī)劃階段發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤。有關(guān)研究表明，這可以系統(tǒng)的開發(fā)時間和成本節(jié)省一半，并提高了設(shè)計質(zhì)量。

2 測試自動化

測試工作的自動化對于系統(tǒng)研發(fā)周期和成本降低也十分重要。采用基于模型的設(shè)計方法同樣為此提供了快捷的途徑。實現(xiàn)測試工作自動化，對于算法設(shè)計師而言，不只是意味著工作量的減輕，更多的是設(shè)計思想的進步。他們能夠利用他們已經(jīng)使用的工具和各個研發(fā)團隊配合工作，對現(xiàn)有的測試工作實現(xiàn)自動化。由于算法設(shè)計師在檢測自己的工作時，已經(jīng)開發(fā)了測試平臺，這樣便可以借助算法和系統(tǒng)?；ぞ咧械淖詣踊涌谥貜?fù)利用這個平臺，在此基礎(chǔ)上，?；ぞ呃脧V泛使用的硬件模擬器和嵌入式軟件工具來完成協(xié)同仿真。這樣的協(xié)同仿真可以代替手工和基于腳本的比對技巧，使其實現(xiàn)自動化。測試平臺的重復(fù)使用極大減少檢測工作量，同時也允許各團隊更有效利用現(xiàn)有工具和設(shè)計流程。

3 跨專業(yè)建立模型

傳統(tǒng)設(shè)計過程中存在的另一個問題是軟件、數(shù)字和模擬硬件等研制團隊采用各自不同的工具和流程，這種情況就會限制跨專業(yè)的設(shè)計和驗證，問題只有在系統(tǒng)整合階段才暴露出來。為解決這種情況，就必須在設(shè)計流程的最初階段完成驗證工作?；谀Ｐ偷脑O(shè)計方法通過虛擬整合、在同一環(huán)境下對系統(tǒng)各個部分進行仿真，有效地解決了上述情況。這種跨專業(yè)建模的方法可以使設(shè)計者在設(shè)計早期對設(shè)計質(zhì)量、部件之間的相互影響和系統(tǒng)指標(biāo)作出評估。

跨專業(yè)建模和仿真可以把離散型的數(shù)字部件建模和連續(xù)型的模擬部件的建模結(jié)合到一起，也可以把時序和邏輯控制、有限狀態(tài)設(shè)備、事件驅(qū)動模擬和定點模擬結(jié)合起來。設(shè)計者可以從抽象的模型入手，捕捉系統(tǒng)運行狀況并驗證設(shè)計要求。隨著工作的進行，設(shè)計者可以不斷改進模型以求達到時序和位真的精確。通過在虛擬整合中采用跨專業(yè)建模的方法，工程師可以觀察到部件如何影響整體系統(tǒng)的性能，不必成為每個專業(yè)的專家。他們可以更快捷發(fā)現(xiàn)能夠滿足或超越設(shè)計要求的方法，提早處理那些通常要在系統(tǒng)整合期才發(fā)現(xiàn)的問題。

綜上所述，在現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計中，構(gòu)建完善的系統(tǒng)模型，實現(xiàn)早期、快捷、跨專業(yè)的系統(tǒng)檢測驗證是縮短設(shè)計周期、節(jié)省成本、提高設(shè)計質(zhì)量的重要手段，這在實踐中得到了充分的證明。

[1]魏洪興.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006,8.

[2]佚名.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā).北京:清華大學(xué),2009-9-25.