实现系统早期验证的主要途径及重要意义

车珂珉

沈阳铁路机械学校信息技术部，辽宁 沈阳 110036

算法密集型系统的测试过程是昂贵耗时的。研究显示，嵌入式系统中所出现的大部分问题在系统的总体规划阶段就已形成，但却要等到开发阶段才可能被发现。这些问题是项目延期和成本提高的主要原因。对于算法密集型系统，包括带有通信、音频、视频、图象处理和导航功能的系统，随着系统复杂性的提高，系统开发的延期和成本会不断扩大。

我们首先对目前算法验证过程的低效易错的原因做扼要分析。在传统的设计工作流程中，总体算法设计师提出设计规范及要求，然后将规范说明书递交给硬件和软件研发团队。而每个团队分别研发各自的测试方法，来验证自己的产品在功能上的正确性。这些测试方法通常都是依据工程师们自己对规划书的理解而专门和临时搭建的，由于工程师们通常缺乏正确理解规范书所需要的实用知识和工具，因此他们在实现规划书的过程中就可能出现问题。另一种情况是总体算法设计师也许缺乏经验和工具，他们不能保证完全清楚实际应用中的所有要求和可能遇到的问题。在开发过程的晚期，他们经常会发现他们的总体算法在实际环境中并不理想。同时，每个团队也是采用各自的工具和工作流程来研制数字、RF/模拟等硬件和软件的，这进一步限制了系统性能在这些交叉领域中测试效果，不同团队所研制的产品之间经常出现难以预料的相互影响。因此，系统测试只能等到整个设计流程的末期，即在系统整合的时候进行，而这个时候要对设计做出修改是十分困难和昂贵的。由于大多数错误是在系统规划阶段造成的，传统的硬件、软件和ESL工具不能解决这些问题，因为它们已假定系统规划书已经充分和准确掌握设计要求。

为了缩短设计周期、减少设计成本、避免上述情况的发生，实现系统早期测试和快捷测试是十分必要的。系统测试问题必须把整个流程的各环节联系起来，在整个设计过程的开始阶段加以解决。为达到这个目的，在此我们就几种有效途径作出分析。

1 早期测试

基于模型的设计为系统早期测试提供了较好的方法。这种方法为系统的算法设计、模拟、定型和分析提供了一整套工具。利用这些工具，可以把算法和测试整合到系统模型中。系统模型成为系统规划书的基础，所有团队以这样的规划书作为设计参考和检测基准。这种方法针对所有团队提出了共享的、清晰的设计要求。采用基于模型的设计方法对系统和各部件性能进行早期验证具有如下优点：

1）通过模拟，可以尽早发现在设计和部件整合中出现的问题，并容易纠正；

2）为了确保规划书满足设计要求，检测和设计可以协同研发；

3）在各部件研制过程中，不断以模型做基准，消除了人为的检测误差并减少了理解错误；

4）设计者可以迅速评估利弊、部件之间的相互影响和系统性能指标。

早期验证的方法目的在于及早解决导致产品延期的关键原因，可使工程师在系统规划阶段发现和纠正错误。有关研究表明，这可以系统的开发时间和成本节省一半，并提高了设计质量。

2 测试自动化

测试工作的自动化对于系统研发周期和成本降低也十分重要。采用基于模型的设计方法同样为此提供了快捷的途径。实现测试工作自动化，对于算法设计师而言，不只是意味着工作量的减轻，更多的是设计思想的进步。他们能够利用他们已经使用的工具和各个研发团队配合工作，对现有的测试工作实现自动化。由于算法设计师在检测自己的工作时，已经开发了测试平台，这样便可以借助算法和系统模化工具中的自动化接口重复利用这个平台，在此基础上，模化工具利用广泛使用的硬件模拟器和嵌入式软件工具来完成协同仿真。这样的协同仿真可以代替手工和基于脚本的比对技巧，使其实现自动化。测试平台的重复使用极大减少检测工作量，同时也允许各团队更有效利用现有工具和设计流程。

3 跨专业建立模型

传统设计过程中存在的另一个问题是软件、数字和模拟硬件等研制团队采用各自不同的工具和流程，这种情况就会限制跨专业的设计和验证，问题只有在系统整合阶段才暴露出来。为解决这种情况，就必须在设计流程的最初阶段完成验证工作。基于模型的设计方法通过虚拟整合、在同一环境下对系统各个部分进行仿真，有效地解决了上述情况。这种跨专业建模的方法可以使设计者在设计早期对设计质量、部件之间的相互影响和系统指标作出评估。

跨专业建模和仿真可以把离散型的数字部件建模和连续型的模拟部件的建模结合到一起，也可以把时序和逻辑控制、有限状态设备、事件驱动模拟和定点模拟结合起来。设计者可以从抽象的模型入手，捕捉系统运行状况并验证设计要求。随着工作的进行，设计者可以不断改进模型以求达到时序和位真的精确。通过在虚拟整合中采用跨专业建模的方法，工程师可以观察到部件如何影响整体系统的性能，不必成为每个专业的专家。他们可以更快捷发现能够满足或超越设计要求的方法，提早处理那些通常要在系统整合期才发现的问题。

综上所述，在现代系统设计中，构建完善的系统模型，实现早期、快捷、跨专业的系统检测验证是缩短设计周期、节省成本、提高设计质量的重要手段，这在实践中得到了充分的证明。

[1]魏洪兴.嵌入式系统设计师教程[M].北京:清华大学出版社,2006,8.

[2]佚名.嵌入式系统设计与实例开发.北京:清华大学,2009-9-25.