1 初識(shí)MBD

基于模型的設(shè)計(jì)（ Model-Based Design，MBD ）是一種圍繞模型搭建展開的一種項(xiàng)目開發(fā)方法。這種方法可以避免繁瑣的代碼編寫和調(diào)試過(guò)程，可以極大的提高項(xiàng)目開發(fā)效率。并且從模型的角度入門汽車電子，對(duì)新手來(lái)說(shuō)更加友好，學(xué)習(xí)容易，上手非?？?。

在網(wǎng)絡(luò)中檢索MBD相關(guān)信息，有很多相關(guān)的技術(shù)博客和帖子，但有很多老工程師并不看好MBD。在實(shí)際中，也是大公司大項(xiàng)目用得多，小公司或者小項(xiàng)目很少使用MBD開發(fā)方法。MBD應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域應(yīng)屬汽車電子領(lǐng)域了，有很多相關(guān)的產(chǎn)品和工具鏈，以后會(huì)單獨(dú)講講MBD的相關(guān)產(chǎn)品和公司。

還有一種很有意思的現(xiàn)象，那就是有的工程師使用的是MBD開發(fā)方法的一部分，比如使用HIL（ Hardware In the Loop ）進(jìn)行項(xiàng)目功能測(cè)試，但代碼編寫和調(diào)試依然是人工編寫。當(dāng)然，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)HIL是可以從MBD獨(dú)立出來(lái)的，使用HIL不意味著就一定是MBD。

還有一種較為常見的開發(fā)方式，叫做快速開發(fā)原型（ Rapid Control Prototyping，RCP ）。RCP和MBD剛好相反，HIL是將控制對(duì)象進(jìn)行建模，下載到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，控制器使用的是實(shí)際的控制器（HIL測(cè)試后會(huì)成為產(chǎn)品的控制器）；而RCP開發(fā)過(guò)程中，控制器是原型控制器，控制對(duì)象一般是實(shí)際受控對(duì)象（也可以是仿真對(duì)象），原型控制器和最終的產(chǎn)品是兩個(gè)東西，所以RCP只能用于驗(yàn)證軟件算法，達(dá)不到產(chǎn)品級(jí)的驗(yàn)證。

提到HIL，就不免聯(lián)系到SIL（ Simulation In the Loop ）、PIL（ Processor In the Loop ）和MIL（ Model In the Loop ），這三種在環(huán)測(cè)試就和MBD有較強(qiáng)的聯(lián)系了。如果在項(xiàng)目中使用到了這四種測(cè)試方法（包括HIL）中的一種或多種，同時(shí)還使用到代碼自動(dòng)生成（Code Generation），那么就可以認(rèn)為使用的是MBD。當(dāng)然，嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)，MBD的內(nèi)容非常豐富，這里指的是很簡(jiǎn)單的概念。

具體而言，這四種在環(huán)測(cè)試的作用和實(shí)際應(yīng)用情況如下：

• SIL：該測(cè)試用于確定自動(dòng)生成的代碼是否能夠正常工作，如果目標(biāo)代碼需要進(jìn)行定點(diǎn)處理，SIL將起到非常重要的作用。此外我，生成的代碼甚至有的還能保證滿足功能安全要求（例如ISO26262）。如果是只涉及到浮點(diǎn)運(yùn)算，SIL和PIL的作用顯得很近似，這種情況下就沒有單獨(dú)進(jìn)行SIL的必要了；
• PIL：該測(cè)試用于確定處理器是否能夠滿足算力要求和數(shù)據(jù)精度，但實(shí)際項(xiàng)目中，前期的芯片選型階段就會(huì)充分考慮算力和精度，而且一些經(jīng)驗(yàn)也能判斷出處理器算力和精度是否滿足要求；
• MIL：該測(cè)試用于確定算法的可行性，實(shí)際上算法不可行也就沒有項(xiàng)目的確立，MIL最大的作用還是梳理項(xiàng)目的開發(fā)框架，是系統(tǒng)層面上的設(shè)計(jì)工作，還可以對(duì)不熟悉的領(lǐng)域或者相關(guān)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)；
• HIL：該測(cè)試用于確定控制器是否能正常工程，控制對(duì)象一般是仿真模型，但是是跑在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的。如果受控對(duì)象并不復(fù)雜，也可以用真實(shí)的受控對(duì)象進(jìn)行HIL測(cè)試。

2 MBD模型管理

這里引用一下MathWorks在Managing Model-Based Design一文中的一張圖片來(lái)說(shuō)明MBD是怎么運(yùn)作的：

MBD是怎么運(yùn)作的

如果有了解過(guò)的人，可能更多看到的是V型開發(fā)流程，關(guān)于V型開發(fā)流程以后細(xì)講，這里主要在更高層面上講一講MBD是怎么運(yùn)作的。

使用MBD方法開展項(xiàng)目開發(fā)，主要流程包含以下三點(diǎn)：

• 輸入：MBD的輸入是需求（requirements or Specifications）和已有的或公開的研究成果（Research）；
• 模型迭代：這是MBD的核心，也是高效實(shí)現(xiàn)MBD的關(guān)鍵，模型迭代就涉及到上述的MIL、SIL、PIL、HIL和RCP，這些都不是必須的，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試即可；
• 輸出：即自動(dòng)生成的代碼、模型報(bào)告、測(cè)試報(bào)告，以及驗(yàn)證報(bào)告。

MBD有一個(gè)很顯著的特點(diǎn)就是，可記錄、可追蹤的文本記錄，因此需要專門的工具，例如Simulink Requirements工具（也有其他的一些第三方工具）。模型是基于需求創(chuàng)建，每一個(gè)需求都有對(duì)應(yīng)的模型。同時(shí)在模型迭代中，都會(huì)生成相應(yīng)的模型報(bào)告或者測(cè)試報(bào)告。因?yàn)樗械倪@些工作都是圍繞模型展開的，所以被稱為基于模型的設(shè)計(jì)。

以上這三點(diǎn)都包含了很豐富的內(nèi)容，這里沒有講的很深入，因?yàn)槿绻皇俏淖置枋龅脑挘瑫?huì)很抽象。以后會(huì)結(jié)合實(shí)例，具體細(xì)致地講各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該做的工作。

實(shí)際上，從我的觀點(diǎn)來(lái)看，MBD更像是一種項(xiàng)目管理方法，并不是開發(fā)方法。我們管理的對(duì)象是模型，對(duì)模型進(jìn)行迭代和測(cè)試。而類似Simulink Requirements這樣的工具也是一個(gè)管理工具。而在MBD之下，就是具體的開發(fā)方法了，即上述的MIL、HIL等。對(duì)工程師而言，更多使用到的是開發(fā)方法，所以提到MBD就和MIL、HIL這些等價(jià)起來(lái)。很多團(tuán)隊(duì)在實(shí)施MBD的時(shí)候，就不關(guān)心模型管理的問題，只是使用MIL、HIL等開發(fā)方法，這就可能導(dǎo)致最終的效果并沒有很好，所以也就有老工程師不看好MBD。