汽车电子中的自动编码及测试自动化技术

汽车制造商们一直致力于将工业自动化不断推向新的高度。现在，他们在设计进程自动化领域更花功夫。随着软件复杂性的增强，他们将致力于在不牺牲稳定性的前提下，将研发重心向自动代码生成（ACG）和缩短量产时间转移。

在现在这个时代，最复杂的汽车可能拥有超过100个微处理器、超过1亿的编码行数（LOC）。而且目前我们还没看到任何迹象表明：这种不断增长的软件发展势头未来会受到遏制。令人惊讶地是，甚至许多资金短缺的公司，也在试图用机器而不是人类来解决这项技术挑战。其实自动代码生成很久以前就应用于这个行业了，现在看来，它正处于迫切需要突破的临界点。自动代码生成工具，有利于使设计原形进入量产。它们创造了易于维护的编码，也有助于工程师创建复合系统，快速进入市场。

“当人们将注意力转向较大型项目、更复杂的运算法则以及32位浮点芯片时，自动编码将成为主流，”MathWorks公司汽车行业部经理Wensi Jin说；“对于混合动力车相关项目而言，这种方式很适用，不需要和海量的修改代码打交道。”

新兴技术领域对自动代码生成特别感兴趣—绝大多数的设计团队都采用编码发生器，进行免修改编程，比如为主动安全和电动转向系统设计编码。现在，汽车制造商们在高级人机界面上应用此技术的机会也越来越多。

“随着越来越多的汽车采用图形显示和人机界面，汽车工业将采用更多工具手段，集中在图形用户界面设计、在实际设备上生成代码，”微软汽车组项目经理Walter Sullivan说。

自动编码的好处

软件技术日益成为促进汽车制造商差异化的关键—他们可以用软件添加特色和功能。对于动力传动系统而言，编程也很关键。适当的编程能够提高性能参数、燃料经济性，降低排放。自动代码生成的最大好处就是：机器编码比人类快得多。“显著降低开发时间，”天合汽车公司电动转向系统高级软件开发工程师Jon Chalmers说：“虽然开始时比较费时间，但是到项目收尾时，成效明显。“

众多观察家认为：手动编程已经不再能够满足行业需求。多年前，汇编语言就开始给C语言让位了。C语言将编程提高到一个更抽象的高度，让开发者能够在同一时间生成更多软件，错误更小。“基于模型的开发将超越C语言迈出一大步，”dSpace公司北美产品经理DirkFleischer说。“更抽象就意味着更不复杂，”自动代码生成工具，在最大程度上消除了一些普通编程错误，比如上溢。

采用模型和编码器，还有助于提高稳定性。因为软件能够在硬件功能完善前获得严格审核及修改。“在电子设备硬件完备之前，设计师可以将自动编码软件放在dSpace盒子中，进行硬件在环测试，”Chalmer说：“还可以尽早调整运算法则—这样当我们把盒子装到汽车上时，对其性能更有信心。”

业内对此技术的信心越来越强，已经将其进一步扩展到提高编码效率的应用上了。曾经有负面观点称：编码器会使软件无法承受、力不从心，占用更大内存和处理功能，超出汽车制造商的预期。

但是现在情况有所改变。“随着自动代码生成工具日益完善，将逐渐接近手动编码实现的效果，”Vector CANtech公司内嵌软件高级项目工程师Ralf Fritz说。

许多程序员称：机器生成代码的效率仅比优秀的手动编码高几个百分点。对于许多在其新项目上用自动代码生成技术的公司而言，这个结果还算令人满意。

自动代码生成不会产生额外工作。但是像许多新技术一样，开始时比传统项目需要花费的时间长，也需要一定的培训或较高的实践经验。

“设定一项自动编码项目是比较复杂的，”天合汽车公司产品总工程师Richard Blachford说；“先确定一个项目，然后用工具以你想要的确定方式生成代码。在此过程中，还需要一两个对自动编码工具没有抵触情绪的软件专家。”

挑战随之而来

随着自动编码在新领域得到更大应用、在大多数系统设计里应用更广泛，免修改代码也出现了—毕竟，没人喜欢改来改去。将机器生成和手工编写结合，对于那些在这个要求高可靠性工业工作的人而言，是一大挑战。

只要在这个领域工作，就需要提高效率、尽快修改不合适的编码。工具供应商承认：在此领域还有很多工作需要去做，“今天我们所面对的重要障碍，就是在免修改环境下的自动代码生成工具集成，”Etas公司产品市场经理VivekJaikamal说。

还有一些挑战比较简单，只要求尽可能减少耗费时间。但是在复杂领域（比如动力传动和安全领域），数据价值变动频繁，程序员必须想法子找到解决之道。

“必须搞清楚如何实现这样的功能，这相对较简单，”MathWorks公司内嵌应用经理Tom Erkkinen说：“如果拥有大量的、还未清楚传送出去的全球数据，很难洞悉未来走向。”
在设计进程中，设计师们还必须面对一个挑战，即：需要程序员修改软件。通常，程序员能够找到容易修改的方式。但是绝大多数观察家认为：很少有人回应这种需求，通过手动编码修改软件。

“如果要消费者自己修改，有时他们会觉得手动的速度更快，”Vector CANtech公司内嵌软件产品线经理Robert Miller说：“但是当你在整个生命周期内做修改，就需要重新生成代码。如果采用手动生成的话，这些变革通常不会实现。

当编码随着供应链移动时，这点特别重要。如果卖方手动修改编码，当OEM商通过同一种编码器查阅编码时，会改变其中记录的信息，卖方对编码的改动可能丢失。

如果用人工进行此类改动，原模型将不再呈现量产时的代码信息。那么在后续项目中，软件工程师就得不断更新手动修改过的软件，还要决定是否使用原始模块或修改过的原代码。
“如果选择质量已经过检验的修改过的原代码，功能模块的价值将逐步消退，”Etas公司的市场副总裁Jeff Kessen说：“代码生成后的修改，可能不会传递到新项目上。”

修改自动生成代码，会扰乱进程持续性，为重新使用带来障碍。现在，越来越多公司在整个开发周期均采用自动编码软件。“但是还有很多公司不信任自动编码，所以他们用它作原型模块，用手动编码量产，”美国国家仪器公司硬件在环（HIL）和动态测试产品经理Chris Washington说：“随着工具公司日益优化代码生成方式，这种情况将越来越少。”

自动编码带动测试自动化

绝大多数自动代码生成（ACG）的拥趸者，都致力于降低开发时间、增加软件的再利用率。但是对于许多人来说，自动代码生成的一大关键好处，就是可以使开发者更容易地测试，确保耐用性。在建模过程中，自动代码生成使工程师更容易持续验证其理念和完成情况。
“所采用的实施方案越高级，就越能持续验证，”Chris Washington说：“这是获得最大好处的关键。”自动代码生成的好处，会在设计和测试过程中一直保持下去。设计团队希望节省时间，对创造成果再加工。能够采用已经考验证明成效的测试，对于手动设计团队非常重要。

“用自动编码来证明效用，是非常容易的，”MathWorks的WensiJin说：“还能再次利用自己的测试案例，大大提高生产率。”

自动代码生成能够满足的各种需求中，验证软件可靠性是非常重要的一项。消费者希望其寿命能够远超其他消费类产品。在这个汽车开始决定乘客生死的时代，性能可靠有效的软件，意义非常重要。“对于安全类系统，我们更关注验证进程，而机器生成的代码非常好用，”MathWork公司内嵌应用经理Tom Erkkinen说。

自动代码生成还有一个好处，就是使工程师团队的工作更轻松，即使没有在技术层面产生重大影响。它还能提供许多程序记录，为开发商提供进程报告。“自动记录能够减少检查的麻烦，”VectorCANtech公司Steve Traicoff说。