虚拟ECU：彻底改变汽车软件开发与测试

汽车开发领域有着垂直性较强的一系列需求，其中最为瞩目的需求之一就是对安全高效的软件测试方法的需求。传统的汽车开发偏向使用硬件原型与真实ECU进行软件测试，但由于硬件设备往往在开发周期的中后阶段才生产完成，给汽车开发带来了成本与时间方面的挑战。最近一项研究表明，约60%的开发项目遇到没有真实硬件可用的情况，10%的工程师被迫在真实车辆上进行测试。

真实硬件的缺失及搭建虚拟硬件的高昂成本正带来一系列困境：

• 测试能力有限。
• 只有在真实测试时才能发现集成中的缺点。
• 无法在开发阶段验证设计，也无法提供快速更新。
• 无法应对当前市场中不断缩短的开发周期。

汽车开发的最优解：在某一模块开发完成或发生调整之后，进入下一流程前，即刻进行全系统测试。伴随“软件定义汽车”概念的深入，为实现这一目的，使用虚拟ECU来进行测试与验证已成为行业内的共识，业界已逐渐意识到虚拟ECU的潜力、优势及其在塑造未来移动出行方面的潜能。

01.什么是虚拟ECU验证？

虚拟ECU验证（通常称为vECU）是一种突破性的方法，可以在暂无硬件原型的情况下测试软件功能。通过创建独立于硬件的虚拟环境，开发人员可以在PC机上使用仿真模型闭环执行ECU、模拟各种场景，并在早期阶段评估软件功能、与环境模型的交互以及组件模型。这种安全且高效的方法使得道路、台架测试得以转移至PC机，支持在开发阶段进行全面测试，以最有效和最可行的方式确保ECU软件的可用性。

其优点有：

• 及早发现集成问题：虚拟ECU验证有助于及早发现与集成相关的缺陷，使工程师能够在进入下一个开发阶段之前及时解决这些问题。通过消除对硬件原型的依赖，可以更有效地识别和解决潜在问题，从而节省时间和资源。
• 可扩展的环境：虚拟ECU平台提供了一个可扩展的环境，可以适应特定的测试要求。开发人员可以在相同的时间内运行更多测试，从而提高生产力并加快整个开发进程。
• 减少验证工作：由于减少了对物理原型的需求，最大限度地减少了验证工作量和相关成本，开发人员可以专注于测试软件堆栈的复杂性，而不受硬件可用性的限制。
• 稳定可靠的测试环境：虚拟ECU平台提供稳定可靠的测试环境，不受物理原型的不确定性和限制。这种受控设置可以对软件功能进行精确测试和准确评估，确保在实际场景中具有强大的性能。
• 重用可用的硬件测试用例：通过将软件测试与硬件原型分离，虚拟ECU验证允许重用可用的硬件测试用例，不会丢失有价值的测试场景。

02.虚拟ECU是如何工作的？

虚拟ECU不依赖硬件，通过虚拟化环境来测试软件堆栈的复杂性，从而帮助开发人员构建ECU。通过连接外部环境模型的输入和输出信号，虚拟ECU得以使应用软件读取传感器值并设置执行器，并且可在相同时间内运行更多测试。

根据其使用情况，虚拟ECU有着不同的利用率级别：

• 0级vECU（控制器模型）：最简单的vECU 类型，由控制器模型或由其生成的 C 代码组成，主要用于测试控制算法本身。
• 1级vECU（应用级）：包含特定于虚拟ECU的应用软件代码，无需使用总线或网络。
• 2级vECU（模拟BSW）：在1级的基础上提供模拟底层软件（BSW）功能，可以在信号级别以及总线或网络级别进行通信。
• 3级vECU（生产BSW）：不仅包括应用软件，还包括用于测试目的的底层软件（BSW），能够评估真正ECU的硬件独立软件，并作为在各种测试级别测试BSW的手段。
• 4级vECU（目标二进制文件）：以真实ECU编译的代码为代表。作为实时系统最接近的表示形式，4级vECU包括硬件依赖性，允许评估潜在的故障和问题。

    *其中，4级又分为4a和4b级，分别指代部分未仿真和全栈仿真ECU。

03.移动出行的未来

虚拟ECU提供的协作属性使得汽车OEM和供应商能够在相同的工件（虚拟ECU）下无缝协作。vECU测试提供的真实可视化功能使其用户友好，并有助于不同利益相关者接受验证结果。这种方法不仅节省了时间和成本，使制造商能够投入更多时间部署新功能，也使ECU软件能够达到更高的成熟度水平。

随着自动驾驶、移动出行以及OEM对软件功能投资的增加，汽车行业已准备好迎接由汽车虚拟ECU等数字技术推动的重大转型。

04.工具推荐

SkyEye，中文全称天目全数字实时仿真软件，是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，能够为汽车嵌入式软件提供满足AUTOSAR标准的ECU虚拟化运行环境，实现故障诊断系统的预模拟。除了能够提前进行故障诊断的相关验证外，SkyEye还具备测试用例执行时间远低于实际硬件的优势，是车厂研发团队的最佳伴侣。

参考链接

https://www.cyient.com/blog/virtual-ecu-validation-validating-software-without-hardware-prototypes