基于模型的测试在汽车行业的应用

作 者 | 路国光出 品 | 汽车电子与软件摘要为解决汽车电子软件开发中传统测试效率低、覆盖不足、验证滞后等问题本文以基于模型的系统工程MBSE为背景研究基于模型的测试MBT在汽车行业的应用。阐述 MBT 概念、框架及测试对象、测试用例、测试环境与模型的关系结合 Simulink 建模、MIL/SIL/PIL/HIL 多环境验证、等效性测试、覆盖率分析等关键技术给出整车级 MBT 实施流程与车窗控制实例验证。结果表明MBT 可实现测试用例自动生成、多场景虚拟验证、需求与代码双向追溯显著提升测试效率与功能安全水平对汽车电控软件开发具有工程应用价值。引 言随着汽车智能化、网联化发展车载软件规模与复杂度持续提升传统人工测试难以满足高效、高覆盖、高安全的开发要求。基于模型的系统工程MBSE推动开发模式从物理迭代转向数字域持续验证促使测试环节左移。基于模型的测试MBT以模型为核心驱动测试设计、用例生成、环境搭建与结果评估已成为汽车电子测试主流技术。本文结合汽车开发实践系统梳理 MBT 框架、关键技术与工程应用为行业落地提供参考。图1 基于模型的系统工程V模型01 基于模型的测试(MBT)概述一种根据模型来设计测试的测试方法。MBT支持并拓展 了传统测试设计技术比如等价类划分、边界值分析、决策表、状态转换测试和用例测试等传统测试设计技术。1.1 MBT 基本概念模型的测试MBTModel-Based Testing是以模型为依据开展测试设计与执行的方法兼容等价类划分、边界值、决策表、状态迁移等传统技术。MBT从三大维度建立模型与测试的关系1测试对象与模型模型等效代码作为被测对象2测试用例与模型以模型为规格自动生成用例3测试环境与模型用模型构建虚拟测试台架。图2 基于模型测试三要素1.2 MBT 整体框架MBT 覆盖需求、建模、仿真、测试、验收全流程1需求层整车级→子系统→软硬件需求分解2模型层机电液模型、硬件模型、软件模型、虚拟装配3验证层模型验证→模型验收→虚拟验证→物理验证4工具链建模、仿真、自动化测试、覆盖率分析。图3 整车开发过程中基于模型测试应用02 测试对象与模型Simulink开发的软件Simulink模型就是我们的测试对象之一。Simulink模型在某些情形下等价于代码。对Simulink模型测试有几种不同深度1基于需求的测试验证模型功能与需求一致性2等效性测试背靠背测试对比模型与代码输出满足 ISO 26262 要求。2.1 基于需求的测试Requirements-based Testing需求的测试是一种功能测试主要验证目标为1件设计模型是否满足软件需求的功能定义2对象包括单元模型以及软件集成模型3察的对象包括追溯到单元模型以及集成模型上的各项需求。图4 基于需求的测试原理示意基于需求的测试是否充分用“需求覆盖率”指标来衡量包含三方面含义1. 每一条需求都能在模型中找到对应的模块2. 模型中每一个模块都要能找到对应的需求测试用例编写要求3.《详细设计开发要求》手动编写测试用例图5 基于需求的测试操作示意2.2 等效性测试Back-to-Back Testing2.2.1 效性测试意义等效性测试测试的核心意义的是验证模型与代码的一致性。当验证了代码与模型等效且模型已满足预设的软件需求时即可推导得出代码也满足相应需求。由浮点模型通过定标生成代码的精度损失定标过程中的人为错误代码生成器的信赖度ISO26262 的要求需要MILSIL以及PIL模式的模型和代码的等效性测试等效性测试的意义2.2.2 效性测试意义验证模型与代码的一致性当我们验证了代码与模型等效而模型又满足了需求则代码即满足了需求。用“需求覆盖率”指标来衡量效性测试是否充分Structural CoverageGoals结构覆盖率目标图6 等效性测试操作示意2.3 测试工具介绍BTC行业常用工具BTC、TPT支持 ATG 自动用例生成、覆盖率统计。BTC 是德国 BTC Embedded Systems AG 推出的面向汽车嵌入式、基于模型开发MBD的全流程自动化测试平台是Simulink 模型 自动生成代码测试的行业主流商用工具完全适配汽车功能安全 ISO 26262 最高工具认证TCL1广泛用于整车电控、动力域、车身控制等模型验证。BTC 整套平台叫 BTC EmbeddedPlatform核心由 4 大工具模块组成完整覆盖模型 (MIL)、软件 (SIL)、硬件 (PIL) 全阶段测试、需求测试、背靠背等效性测试、形式化验证BTC EmbeddedTester BASE基础版需求驱动测试、用例编辑、执行、基础覆盖率、Simulink 原生集成。BTC EmbeddedTester完整版背靠背测试 (B2B)、全自动结构用例生成、MC/DC 全覆盖、回归测试.BTC EmbeddedSpecifier需求形式化规范自然语言需求转形式化规约BTC EmbeddedValidator形式化验证数学级穷举校验、死代码 / 不可达逻辑检查核心优势对比原生 Simulink Test不修改原模型测试平台仅复制被测模型副本生成测试环境原生模型无任何改动、无额外测试接口 / 总线BTC Embedded Systems AG深度原生集成 Simulink自带 Simulink 菜单栏插件无需脱离 Simulink 界面即可建用例、执行、查看结果汽车行业全链路兼容完美支持 Matlab Embedded Coder、TargetLink 代码生成适配 AUTOSAR、ISO 26262 全 ASIL 等级极小用例集 高覆盖率基于模型检查算法生成最少用例达成 100% MC/DC远优图7 创建测试用例图8 查看结构覆盖率结构覆盖率指标Structural Coverage Goals MBT 常用覆盖率包括Statement Coverage (语句覆盖Condition Coverage条件覆盖Decision Coverage判定覆盖Modified Condition/Decision Coverage修正条件判定覆盖Switch-Case-Coverage (Switch Case覆盖Function Coverage函数覆盖Function Call Coverage调用覆盖03测试用例与模型基于模型的测试的基本思想是通过以下内容提高测试设计和测试实现活动的质量和效率1基于测试目标设计一个综合的MBT模型测试模型注MBT模型是利用工具完成的MBT模型通过复制规范模型获得2将模型作为一种测试设计规格说明提供给测试工程师注模型应包含高度格式化和详细的信息才能保证从模型自动导出用例3.1 用例生成逻辑基于模型测试的生成可以产生抽象的测试用例或具体的测试用例1抽象的测试用例没有输入和期望结果的具体值实现层面的的用例。也没有非常具体的测试步骤。测试大纲2具体测试用例对于输入值、期望测试结果等都有具体值实现层面的并且有非常详细的测试步骤描述。图9 手动测试与基于模型测试的对比系统级模型作为一种设计产品输出给下级子系统模型中应该可以提取测试需要的信息图10 V模型中各级测试用例与测试模型的关系04结 论传统汽车测试依赖实物样机、台架试验与道路实车测试成本高、周期长、场景受限。MBT 依托 MIL/SIL/PIL/HIL 全链路仿真测试大量测试工作前置到虚拟数字阶段无需等待硬件成型即可开展闭环验证。通过测试左移、虚拟仿真、自动化用例、全链路追溯、标准化协同MBT 有效解决了汽车电子化时代复杂度高、迭代快、安全严、成本控的核心痛点既是满足车规功能安全的硬性要求也是车企降本增效、数字化转型、打造软件核心竞争力的必然趋势。