Shift-left testovanie

Softvér dnes riadi kritické funkcie naprieč odvetviami. V automotive ide o stovky funkcií vozidla – od ovládania okien, cez parkovacie senzory, až po systémy sledovania jazdného pruhu a núdzové brzdenie. Rovnaká výzva však existuje v energetike, kde softvér riadi nabíjacie stanice či batériové systémy, v leteckom priemysle, kde ovláda avioniku, alebo v priemyselnej automatizácii, kde koordinuje robotické linky.

Testovacie prostredia ako HIL a testovanie na reálnom zariadení sú nenahraditeľnou súčasťou vývojového procesu. Overujú správanie softvéru na skutočnom hardvéri v reálnom čase. Čím neskoršie sa však chyba odhalí, tým nákladnejšia je jej oprava. Cieľom moderného vývoja je preto posúvať testovanie čo najskôr, a to k zdrojovému kódu a softvérovým komponentom.

Princíp Shift-left

SIL testovanie nezastupuje HIL ani testy na reálnom zariadení, ale rozširuje testovaciu stratégiu o ďalšiu vrstvu. Umožňuje odhaliť chyby v softvéri skôr, než sa vôbec dostanete k fyzickej riadiacej jednotke, čím celý vývojový cyklus plynie plynulejšie a efektívnejšie.

Základ: čo sú MIL, SIL, HIL, VIL?

Testovacie prostredia tvoria škálu, ktorá pokrýva celý vývojový cyklus – od prvých algoritmov až po validáciu na reálnom zariadení. Každé prostredie má svoje miesto a spolu tvoria komplexnú testovaciu stratégiu.

Úroveň	Popis
Model-in-the-Loop (MIL)	Testovanie modelu regulátora v simulácii. Ideálne pre overenie základnej logiky riadenia v najranejšej fáze vývoja.
Software-in-the-Loop (SIL)	Virtuálna riadiaca jednotka alebo algoritmus beží na PC. Umožňuje integračné testovanie softvéru ešte pred fyzickým hardvérom.
Hardware-in-the-Loop (HIL)	Skutočná riadiaca jednotka v simulovanom prostredí. Overuje správanie softvéru na reálnom hardvéri v reálnom čase.
Vehicle-in-the-Loop (VIL)	Reálne zariadenie alebo vozidlo v testovacej slučke. Záverečná validácia v podmienkach čo najbližších reálnej prevádzke.

Štyri piliere SIL testovania

Funkčné SIL prostredie stojí na štyroch základných pilieroch. Každý z nich rieši inú časť problému a dohromady tvoria uzavretú testovaciu slučku, ktorú je možné spúšťať plne automatizovane, opakovateľne a vo veľkom rozsahu.

1. Virtuálny testovaný systém (SUT)

Srdcom SIL testovania je virtuálny SUT – softvérová reprezentácia testovaného systému. Namiesto fyzickej riadiacej jednotky beží softvér priamo na PC. Podľa toho, čo virtuálny SUT obsahuje, rozlišujeme niekoľko kategórií:

• Algoritmy (model alebo kód) – Simulinkový model alebo kód v jazyku C/C++ generovaný napríklad cez TargetLink. Ideálne pre skoré testovanie aplikačnej logiky na úrovniach L0 až L2.
• Virtuálna ECU na báze OSEK (V-ECU) – aplikačný softvér s Basic Software, kompilovaný pre hostiteľský počítač. Zahŕňa štyri úrovne – od L1, teda len aplikačný softvér, po L4, teda emuláciu cieľového hardvéru.
• Virtuálna ECU na báze POSIX – vhodná pre softvérovo definované systémy s HPC architektúrami. Umožňuje rôzne úrovne parity – od Code Parity Simulátora až po Target Hardware Parity Emulátor, napríklad pomocou QEMU alebo AWS Graviton.
• Execution Framework – kosimulácia pre systémy bežiace v ROS 2 alebo Docker kontajneroch.

2. Model prostredia

Virtuálny SUT potrebuje pre uzavreté, teda closed-loop testovanie, model okolia, čiže zariadenia, s ktorými riadiaca jednotka interaguje. V automotive to môže byť model vozidla, motora alebo dopravnej situácie. V iných odvetviach to môže byť model batériového systému, hydraulického obvodu, robotického ramena alebo elektrickej siete.

Nástroje použité pre SIL sú znovu použiteľné pre HIL testovania. Sú to najmä:

✅ Automotive Simulation Models (ASM)

Otvorené, modulárne simulačné modely pre vozidlá, pohonné jednotky, premávku a senzory. Bežia v reálnom čase alebo rýchlejšie na platformách MIL, SIL, HIL aj v cloude. Ich otvorená architektúra umožňuje adaptáciu aj pre aplikácie mimo automotive.

✅ AURELION

Vysoko realistické 3D prostredie postavené na Unreal Engine s fyzikálne presnými modelmi senzorov, ako sú kamera, radar alebo lidar.

✅ FMI / FMU

Možnosť integrovať modely prostredia cez FMI štandard nezávislý od simulačných nástrojov.

3. Platforma pre simuláciu a integráciu

Bez spoľahlivej platformy, ktorá drží všetko pohromade a simuláciu spúšťa, SIL testovanie nefunguje. dSPACE VEOS je centrálna platforma pre SIL simuláciu a integráciu, certifikovaná podľa normy ISO 26262.

„Včasné overenie na úrovni softvéru výrazne zlepšuje efektivitu nášho testovania. Spoliehame sa na simulačnú platformu dSPACE VEOS, ktorá sa dobre integruje do našich testovacích pracovných postupov.“

Sangeeta Theru, Stellantis

 

Príprava

Konfigurácia simulačného systému cez grafické rozhranie, napríklad VEOS Player, alebo cez príkazový riadok. Funguje rovnako na vývojovom PC, CI serveri aj v cloude.

Simulácia

VEOS integruje virtuálne SUT od dSPACE aj tretích strán, napríklad FMU. Prepája ich cez virtuálne I/O, virtuálne zbernice CAN, LIN alebo Ethernet a synchronizuje čas simulácie.

Rozšírenia

Ko-simulačné API, teda Co-Sim API, umožňuje pripojenie nástrojov tretích strán. SIL-HIL Coupling Solution prepája VEOS so SCALEXIO, kde reálne a virtuálne riadiace jednotky môžu fungovať v tom istom simulačnom systéme súčasne.

4. Validačné nástroje

Samotná simulácia nestačí. Potrebujete nástroje na riadenie testov, ich vyhodnotenie a reportovanie. dSPACE ekosystém pokrýva celý tento reťazec:

Nástroj	Funkcia
ControlDesk	Experimenty, meranie a kalibrácia v reálnom čase.
AutomationDesk	Tvorba a spúšťanie automatizovaných testov.
SYNECT	Správa testovacích dát, požiadaviek a výsledkov.
SIMPHERA	Cloudová orchestrácia a paralelné spúšťanie tisícov testov.

Testovacie metódy pokryté týmito nástrojmi zahŕňajú test na základe požiadaviek, test rozhrania, vkladanie chýb, teda Fault Injection, aj scenárové testovanie.

 

 

SIL ako súčasť CI/CD pipeline

Keďže všetky štyri piliere závisia výlučne od kódu a softvérových modelov, je možné celú SIL pipeline plne automatizovať a zapojiť do CI/CD systémov, ako sú GitLab, Jenkins a podobne.

Testy môžu bežať paralelne na viacerých strojoch alebo v cloude, pri každom commite, automaticky a opakovateľne. To je výhoda, ktorú ocenia vývojové tímy v akomkoľvek odvetví.

 

Výsledok z praxe

Záver

Software-in-the-Loop testovanie nie je alternatívou k HIL. Je jeho prirodzeným predchodcom a partnerom. Štyri piliere – virtuálny SUT, model prostredia, integračná platforma a validačné nástroje – tvoria ekosystém, ktorý je škálovateľný, automatizovateľný a prenositeľný.

Nástroje od dSPACE umožňujú SIL testovanie a zároveň si udržujú svoju flexibilnosť pri prechode zo SIL na HIL. Rovnaké nástroje, rovnaké modely a rovnaké testovacie prípady fungujú naprieč SIL aj HIL, naprieč odvetviami.

Viac informácií: https://www.dspace.com/…_testing.cfm