組込み制御ソフト開発へのシミュレーション応用による開発効率向上

組込みソフトウェアの検証は、一般的にハードウェア(実機)を使用して行われます。これをPC上でシミュレーションして検証できれば、実機で行うよりも不具合修正の手戻り工数が減るとともに、自動テストによる信頼性向上を図ることが可能です。

実機を使用した開発での課題

実機を使用した開発での課題
  • 実機は高価で数が揃えられない
  • 複数人数での並列開発ができない
  • ソフト/ハードの問題切り分けが難しい
  • デバッグが難しい
  • 自動テストが難しい

GSILを使用した開発フロー

GSILを使用した開発フロー
  • 安価で複数人での開発可能
  • いつでもどこでもテスト可能
  • ソフト/ハードの問題切り分けが容易
  • デバッグが容易
  • 自動テストが容易/信頼性向上

1. PC上でのシミュレーション実現のハードル

しかし、PC上でのシミュレーションの実現にはいくつかのハードルがあります。

  • テストケースを入力するのが難しい(スイッチ)
  • 出力確認が難しい(センサー等)
  • 実機毎にハードウェアが異なり、デバイスドライバ対応が必要
  • Simulinkを使用したモデルベースによるシミュレーションは、モデル記述方法、コード生成、BSWとの繋ぎこみなどを学ぶ必要があり、敷居が高い。

2. GSILを使ったPC上でのシミュレーション

ユビキタスAI社が販売するGSILは、これらのハードルを克服し、PC上での検証を可能にするシミュレーション向け環境です。

  • GSILは、検証環境をPCで実行可能なgccなどのコンパイラを使ってテスト対象のソフトをビルド。その際に入力、出力は、VBUSと呼ばれるBUS上にデータをリードライト可能に。

GSILを使用したPC上でのシュミレーションの概略図

  • 入出力用のGUIを持っているので、そのGUI上でスライダーなどを使って入力を変化させ、プロッターで結果を確認。

GSILの画面例

  • 入力をCSVファイルで与えて、その結果をCSVファイルで出力して確認。
  • テストでは、Pythonで入力を作成し、結果を確認することで要求仕様通りに動作しているかを自動テスト。
  • 人手では不可能な、網羅的なランダムテストを行うことが可能。発見しづらいゼロ割、バッファオーバーランなどの実行時エラーを自動的に検出。またコンソールから実行することで、CI/CDの実現が容易。

GSILによるCIの実現

3. 容易な環境構築

GSILは、入力/出力をVBUSに直接リードライトするので、BSWの部分はシミュレーション対象外。これにより、実機ごとの異なるデバイスドライバ対応が不要。gccでコンパイルが通るようにマイコン向けに作られたソースコードを変更する必要はあるものの、vECU構築アシスト機能により、特定のマイコンであればその作業は不要。スタブの自動生成も可能。

4. 使用方法が簡単

Simulinkを使用したモデルベースによるシミュレーションは、モデル記述方、コード生成、BSWとの繋ぎこみなどを学ぶ必要がありますが、GSILでは既存のCソースコードをそのままシミュレーションできますし、その使い方は容易なので、新たな事を学ぶ必要はありません。

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5. テスト資産の活用

既存の対向機がある場合は、それを使用してテスト資産を活かせます。

5-1. 既存の対向機アプリを使用してGSILでアプリ検証

既存の対向機がある場合の検証の構成

  • 対向機で使用するデータをvBUSで利用する
  • 対応の為に環境構築(データのvBUSへのR/W対応)が必要
  • 対向機アプリのデータがグローバル変数でアクセスしているような物であれば、対応にそれほど工数はかからない
  • 試験用の対向機アプリがSimulinkで作られていれば、更に容易に構築可能

既存の対向機アプリを使用してGSILでアプリ検証

5-2. 既存の対向機(ハード)を使用してGSILでアプリ検証

Ethernetを使用した検証

  • 既存対向機(ハードウェア)がEthernetでデータを制御していればそれをそのまま使用可能
  • Ethernetブリッジの作成(入出力信号の定義)は必要
  • GSIL側はEthernetブリッジを作成するか、代わりにGSILサブシミュレーターを使用してJSONで入出力の信号を定義することも可能

既存の対向機(ハード)を使用してGSILでアプリ検証

6. GSILを実機モニターとして使用

開発終了後は、GSILを実機のモニターとして使用することもできます。

6-1. 実機完成後にモニターとしてGSILを使用

アプリ検証後にモニターとして使用

  • iTestを使用して、設定したiTestのGUIをそのまま使用して、実機の制御入力やモニターとして使用することも可能

実機完成後にモニターとしてGSILを使用

7. まとめ

このように、GSILを組込み制御ソフトウェア開発のシミュレーションに応用し、実機の完成前にPC上でシミュレーションすることで、不具合の手戻り工数削減、自動テストによるテスト工数削減、信頼性向上、CI/CDの実現が可能になります。

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