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Optimiser l’efficacité globale du test des calculateurs embarqués grâce à la virtualisation

Suite d'outils dSPACE pour le test virtuel et HIL © dSPACE

L’enjeu : rester concurrentiel malgré la complexité croissante de la mécatronique embarquée

Les systèmes mécatroniques embarqués dans les avions ou les automobiles sont de plus en plus complexes, poussés par la nécessité d’augmenter la fiabilité et de respecter des normes environnementales de plus en plus exigeantes. Par exemple, pour limiter les émissions polluantes, l’utilisation des systèmes électriques à bord ne cesse d’augmenter, impliquant de nombreux efforts de R&D, notamment pour les calculateurs embarqués. Les fonctions mécatroniques sont davantage réparties dans les véhicules et nécessitent de maitriser l’architecture globale du réseau de ces calculateurs au-delà de leur comportement fonctionnel individuel. Dans le processus de développement, l’étape du test d’intégration est ainsi devenue primordiale.

L’un des enjeux majeurs est de continuer à innover dans un environnement technologique en constante évolution, sur un marché très concurrentiel, tout en maitrisant le « time to market ». Pour réduire les coûts imputés à la correction de logiciels et pour aboutir à un produit validé plus rapidement, les tests doivent être commencés le plus tôt possible. En effet, détecter les erreurs au fur et à mesure du processus de développement permet de limiter les investissements en termes de coûts mais également de temps.

Tests de calculateurs sur banc HIL : comment augmenter fortement la capacité de test ?

Depuis de nombreuses années, les calculateurs embarqués sont testés sur banc Hardware-In-the Loop (HIL). Les bancs HIL permettent de reproduire en temps réel l’environnement électrique et électronique (E/E) du calculateur et de produire des situations de vie en boucle fermée pour amener le calculateur (ou le réseau de calculateurs) dans des conditions de fonctionnement précises et reproductibles. L’émulation temps réel de l’environnement E/E du réseau, en boucle fermée, permet non seulement de parcourir un grand nombre de situations de vie dans un temps réduit, mais également de tester les calculateurs dans des conditions de fonctionnement qu’il serait dangereux de réaliser sur système réel.

L’augmentation de la complexité des systèmes E/E embarqués à bord d’avions, de voitures ou de véhicules au sens large,  entraine la nécessité d’accroitre la capacité de tests dans les mêmes proportions. Pour y parvenir le nombre de bancs HIL peut être augmenté, mais au prix d’investissements substantiels. Or même si le test HIL est aujourd’hui incontournable, l’investissement qu’il implique nécessite d’optimiser le plus possible l’usage des bancs.

Quelle autre approche permettrait de répondre à ces problématiques ?

Le test virtuel : optimiser le processus de tests et maitriser l’investissement

L’utilisation de plateformes virtuelles permet de réaliser des tests de manière dématérialisée. C’est aujourd’hui une des technologies clé pour le test mécatronique. La simulation est entièrement automatisable, permet de lancer un grand nombre de tests en parallèle, est exécutée plus rapidement que le temps réel et permet ainsi de gagner un temps précieux.

Grâce à elle et à l’utilisation de cluster de machines (PC connectés entre eux) les tests virtuels peuvent être exécutés très rapidement sur de gros plans d’expérience. Il est ainsi possible d’identifier les situations de vie critiques et de retenir les séquences de test correspondantes pour les transférer sur banc HIL. Non seulement les erreurs peuvent être détectées plus tôt avec la virtualisation, mais les séquences de tests sur banc HIL réel peuvent être affinées de façon systématique. Les plateformes HIL sont ainsi raisonnablement utilisées et les résultats qui en sont issus sont plus pertinents grâce aux tests virtuels préliminaires.

Qu’est-ce qu’une plateforme de test virtuel ?

Il s’agit d’un logiciel, installé sur une machine de type PC et qui exécute des simulations. Ces simulations représentent :

• le calculateur et son comportement dynamique (c’est-à-dire en fonction du temps),

• son environnement E/E (Électrique et Électronique).

Exemple : un modèle de train d’atterrissage et ses capteurs / actionneurs pour simuler l’environnement E/E du calculateur de freinage.

Modéliser l’environnement E/E

Il s’agit de représenter le comportement des systèmes à piloter avec l’ensemble de leur physique. De nombreux logiciels de modélisation physique existent. Le modèle de l’environnement E/E est souvent réalisé avec des outils tels que Simulink® de The MathWorks, Dymola™ de Dassault Systems, ou Amesim™ de Siemens PLM Software.

Modéliser le calculateur

Le deuxième type de modèle utilisé sur une plateforme de test virtuel est le calculateur virtuel (ou V-ECU). Le V-ECU permet de simuler le comportement du calculateur alors même qu’aucun prototype matériel n’est disponible. Selon le besoin il peut :

• simuler le comportement fonctionnel,

• représenter le comportement des différentes tâches en simulant l’OS,

• représenter les couches basses du code calculateur,

• simuler les réseaux embarqués,

• ou encore simuler le comportement du microcontrôleur en exécutant le code cible après compilation (code binaire). 

Chaque niveau de représentation du V-ECU demande un effort de développement qui varie en fonction de la complexité. Il convient donc de bien analyser l’objectif de validation avant de commencer.

En amont les tests virtuels sont réalisés sur des versions préliminaires du logiciel du calculateur, susceptibles d’évoluer sur les différentes phases du projet. A ce stade préliminaire un modèle fonctionnel du V-ECU est suffisant. Sa construction étant relativement simple, il peut être disponible rapidement pour permettre de démarrer la validation au plus tôt.

Dans les phases aval, quand les premiers calculateurs réels sont disponibles, les premiers tests HIL sur banc sont réalisés. Il est assez courant qu’une partie des calculateurs ne soit pas encore disponible. Elle doit alors être simulée. Dans ce cas, le comportement du V-ECU doit être précis pour représenter celui du calculateur manquant et permettre de jouer les tests les plus réalistes possibles. Comme la validation sur plateforme HIL intervient largement après la phase de validation virtuelle, le V-ECU évolué a pu être développé en parallèle et peut être exploité sur banc sans retarder le processus.

Une plateforme à part entière supportant les standards pour une meilleure efficacité

Pour permettre d’exploiter facilement les plateformes de test (virtuelles ou HIL), plusieurs normes ont été développées.

• la norme XIL API

Le XIL API standardise l’accès aux plateformes à partir des outils de test et d’instrumentation.  La plateforme virtuelle est ainsi vue par ces outils exactement comme s’il s’agissait d’un banc.  A titre d’exemple, le logiciel d’automatisation des tests AutomationDesk® reconnait la plateforme de test virtuel VEOS® exactement comme elle reconnait un banc HIL SCALEXIO®. De même, le logiciel d’instrumentation ControlDesk® permet de visualiser les variables et d’agir sur les paramètres des modèles indifféremment sur la plateforme VEOS® et sur banc SCALEXIO®.

• Le FMI (Functional Mockup Interface)

Cette nouvelle norme en cours de déploiement, définit comment interfacer ou échanger des modèles. Un grand nombre de fournisseurs d’outils de modélisation supportent ce nouveau standard. Cela permet aux différents acteurs d’un projet d’échanger facilement leurs modèles et de simplifier l’intégration de ceux-ci dans les plateformes de simulation.

Le support de standards tels que le XIL API et le FMI, permet aux départements de test d’intégrer plus facilement leurs chaînes outillées et de mettre en place des méthodes adaptées à leur métier.

Structurer et garantir la cohérence des données du Model Based Development

La multiplication des tests nécessaires pour valider les systèmes E/E embarqués, suppose que les résultats obtenus soient stockés et managés de façon cohérente. Comment s’assurer de la cohérence des données sachant qu’une simulation peut connaitre de multiples variations : une nouvelle variante du calculateur, une nouvelle version de logiciel, un nouveau type de véhicule, etc. Il s’agit de disposer d’une gestion rigoureuse des données, organisées de façon à les rendre aisément exploitables par les équipes de développement et de test, avec une logique orientée vers le Model Based Development.

dSPACE : solution globale pour le test de calculateur

dSPACE apporte une solution globale pour le test de calculateur, dès les phases initiales de virtualisation jusqu’au test sur banc HIL en temps réel. Cette solution s’appuie sur des normes largement partagées telles que le XIL API et le FMI garantissant l’intégration facile aux méthodes et outils en place. Enfin dSPACE propose une solution intégrée, SYNECT® pour la gestion centralisée de données pour le MBD, garantissant aux testeurs et développeurs la traçabilité et la cohérence des données tout au long du processus de développement.

Pour plus de détails sur la validation virtuelle avec dSPACE rendez-vous sur : www.dspace.fr/go/validation_virtuelle

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