高可靠性飛行代碼的自動(dòng)化驗證技術(shù)

從仿真模型自動(dòng)生成代碼是基于模型設計中的關(guān)鍵開(kāi)發(fā)環(huán)節，可實(shí)質(zhì)性地減少開(kāi)發(fā)團隊手寫(xiě)代碼所花費的時(shí)間和工作量。要想成功開(kāi)發(fā)高性能的嵌入式系統，就必須生成非常高效的代碼。代碼效率目標包括內存使用的最小化和執行速度的最大化。要想成功部署軍用和國防系統，還需要嚴格的代碼驗證能力。代碼驗證目標包括需求符合性和標準符合性。

本文介紹如何使用2011b版MATLAB和Simulink產(chǎn)品系列(包括用于飛行代碼生成的Embedded Coder)測量代碼效率和進(jìn)行代碼驗證。所討論的開(kāi)發(fā)和驗證活動(dòng)用于滿(mǎn)足DO-178B和DO-178C要求，同時(shí)也用于滿(mǎn)足與DO-178C更新一同發(fā)布的基于模型的開(kāi)發(fā)和驗證的補充說(shuō)明。本文并非介紹產(chǎn)品系列中的每個(gè)工具或DO-178標準的所有條款；恰恰相反，本文關(guān)注的重點(diǎn)是新技術(shù)。

Qualification Kit可用于本文介紹的驗證工具。

源代碼評估

1. 代碼效率

代碼效率指標分為兩個(gè)廣泛的類(lèi)別。第一個(gè)測量RAM、ROM的內存使用率和堆棧大??；第二個(gè)測量執行周期計數或速度。Embedded Coder在生成代碼后生成代碼指標報告，從而幫助軟件工程師分析和優(yōu)化所生成代碼的內存占用率。此報告可根據源代碼的靜態(tài)分析和對目標硬件特性的了解(如整型字長(cháng))顯示各行代碼、全局RAM和堆棧大小。分析是靜態(tài)的，因為它并不考慮交叉編譯和代碼執行。這樣，工程師可以快速的根據源代碼優(yōu)化內存使用率，例如，通過(guò)嘗試不同的數據類(lèi)型或修改模型中的邏輯。但是，接下來(lái)的分析和優(yōu)化階段將需要完整的嵌入式工具鏈來(lái)進(jìn)行板上內存利用和執行時(shí)間評估，如下文中的可執行目標代碼評估中所述(圖1)。

圖 1：靜態(tài)代碼指標報告 。

2. 代碼驗證

源代碼驗證很大程度上依賴(lài)于代碼審查和需求可追溯性分析。MathWorks的新產(chǎn)品Simulink Code Inspector可對生成的源代碼自動(dòng)執行結構化分析并評估代碼是否符合詳細設計(low-level

requirements)模型。該檢查可檢測每一行代碼在模型中是否都具有相應的元素或模塊。同樣，它還可以檢測模型中的元素以確定它們在結構上是否相當于生成代碼中的操作、運算符和數據。然后，它會(huì )生成詳細的模型到代碼和代碼到模型的可追溯性分析報告(圖2)。

圖 2：Simulink Code Inspector 報告。

其他源代碼驗證活動(dòng)包括確保符合行業(yè)代碼標準(如MISRA AC AGC：有關(guān)在自動(dòng)代碼生成過(guò)程中應用MISRA-C:2004的指南)。借助R2011a版，Embedded Coder允許開(kāi)發(fā)人員基于MISRA-C標準影響代碼生成器的輸出。這樣MISRA-C分析工具就可以應用于代碼檢查。例如，Polyspace代碼驗證產(chǎn)品可分析MISRA AC AGC和MISRA-C:2004代碼。Polyspace還可檢測代碼是否具有除零和數組超出邊界條件等運行時(shí)錯誤。Simulink Code Inspector結合Polyspace，可用于處理DO-178表A5中的所有涉及源代碼分析的代碼驗證目標。最差情形執行時(shí)間等目標將需要使用可執行目標代碼以及如下所述的其它技術(shù)和工具(圖3)。

圖 3：MISRA-C:2004 代碼生成目標規格。

可執行目標代碼評估

1. 代碼效率

Simulink通過(guò)使用軟件在回路(SIL)和處理器在回路(PIL)測試進(jìn)行評估分析來(lái)支持可執行目標代碼驗證。借助SIL測試，可對生成的代碼進(jìn)行編譯并在主機上運行，以便使用Simulink作為測試裝置提供的測試數據進(jìn)行代碼執行的快速評估。通過(guò)PIL測試，可將生成的代碼交叉編譯成可執行目標代碼(EOC)，并且在真正的飛行處理器或指令集模擬器上運行，同樣使用Simulink作為在環(huán)測試裝置。

對于任何使用可定制API和參考實(shí)現的嵌入式處理器的裸機或實(shí)時(shí)操作系統執行，Embedded Coder 都支持處理器在回路(PIL)測試。有這樣一個(gè)示例可供觀(guān)看和下載，這個(gè)示例中用到Green Hills MULTI IDE和用于Freescale MPC8620處理器的Integrity RTOS(圖4)。