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利用以模型为基础的设计流程开发驾驶者监控系统AUTOSAR自适应软体
[作者 鈦思科技提供]   2021年05月19日 星期三 浏览人次: [16457]

本文叙述选择一个驾驶者监控系统的原型来进行研究及证明,经由以模型为基础的设计,如何可以加速端到端的AUTOSAR自适应软体系统开发。


由Elektrobit(EB)开发的嵌入式软体被执行在全世界超过一百辆车上至少一亿个装置。这些EB开发的嵌入式软体大多使用标准的V模型(V-model)和ASPICE流程来开发和验证。虽然这些装置运作情况良好,但因为手动编写程式码和其他需要大量劳力的手动任务,让应用软体开发速度变得缓慢。


我们团队要来证明以模型为基础的设计可以加速端到端的AUTOSAR自适应(AUTOSAR Adaptive)软体系统开发。选择一个驾驶者监控系统的原型来进行这项专案,该系统会在驾驶闭上眼睛,而且没有马上再睁开时发出警报,因为这可能代表驾驶者睡着了(图1)。



图1 : 驾驶者监控系统的模拟,可以看到从串流影片侦测到的人脸和眼睛。
图1 : 驾驶者监控系统的模拟,可以看到从串流影片侦测到的人脸和眼睛。

为了要展现以模型为基础的设计来开发的效率,设定下一个野心勃勃的期限:要在三个月之内完成设计、实现、测试、以及整个系统的验证。如果使用传统的设计方法来进行同样的专案,可能会要花上至少一年的时间。


定义需求及划分设计

我们从定义需求来开始这项专案。高层级的需求包含即使是在驾驶者带着眼镜时也要侦测到闭眼,将错误警报率维持在3%以下,以及透过自适应AUTOSAR (Adaptive AUTOSAR)发送警报给EB的人机介面(human machine interface;HMI)。


在初期,与MathWorks工程师合作开发系统架构,并且将我们的需求映射到架构内的功能模块(图2)。



图2 : 驾驶者监控系统的顶层Simulink模型。
图2 : 驾驶者监控系统的顶层Simulink模型。

在设计的顶层有两个主要的模块。第一个是电脑视觉元件,它负责处理从摄影机来的输入资料,并且依串流影片产生讯号例如侦测到人脸、侦测到眼睛、闭眼。第二个模块是AUTOSAR自适应函式模块,它负责过滤这些讯号,并且决定是否要启动警报。这个模块包含一个连接到EB corbos AdaptiveCore软体架构的介面,这个架构是用来整合模块与HMI。


设计的建模与验证

将设计划分成具备清楚定义介面之元件(图3)可独立处理每一个元件。在Simulink建立电脑视觉元件,它使用一个预先训练的深度学习网路以及电脑视觉工具箱(Computer Vision Toolbox)来侦测人脸及眼睛。


为了要验证这个模型,我们让模型处理预先录制好的驾驶者脸部影片来执行模拟。这些影片是从各种角度和不同的周遭照明条件来录制。影片也包含驾驶者带着眼镜及不戴眼镜的条件,以确保系统可以在各种操作场景下侦测闭眼。



图3 : 电脑视觉元件的Simulink模型(上)和过滤元件(下)。
图3 : 电脑视觉元件的Simulink模型(上)和过滤元件(下)。

过滤元件以电脑视觉元件的输出资料作为输入。它追踪「侦测到眼睛」和「闭眼」的讯号值,过滤掉短时间的眨眼,并且当讯号显示驾驶者眼睛闭上的时间太长时透过AUTOSAR自适应启动警讯,与EB AdaptiveCore软体架构沟通。从顶层的Simulink模型产生了一个单元测试模型,可以执行系统验证与评估设计是否符合ISO 26262。


程式码生成与硬体部署

透过模拟验证设计之後,我们把设计部署到原型硬体设置来测试它。这个设置包含两块Raspberry Pi 3 B+板,其中一个作为DMS系统,另一个做为测试设置用,包含HMI、驾驶者输入资料、以及环境。两块板子都透过乙太网路来连接(图4)。



图4 : 硬体测试设置。
图4 : 硬体测试设置。

我们将电脑视觉元件和过滤元件转换为符合MISRA的C/C++程式码。在电脑视觉元件的程式码完成之後,直接把它部署到第一块Raspberry Pi板。


至於过滤元件,将产生出包含ARXML档案的程式码汇入到EB corbos Studio。在corbos Studio编译元件,并且将它当作一个AUTOSAR软体元件部署到同一块Raspberry Pi上。电脑视觉与过滤元件透过一个行程间通讯(interprocess communication;IPC)介面来连接。第二块Raspberry板子是用来执行基础EB corbos AdaptiveCore软体和EB GUIDE HMI来当作一个车辆仪表板。


当程式码执行在两块板子上,透过即时的摄影机串流影片测试系统,并且验证HMI正确地在影片中的人闭上眼睛时发出「闭眼」警报。


从概念验证到现实世界应用

由於驾驶者管理系统是一个作为概念验证的原型,它在开发阶段不要求完全符合ISO准则。然而,专案的准备则确实需要符合ISO,因此我们使用Model Advisor来检查模型是否涵盖了所有的要求,并且符合ISO 26262、ISO 61508和MISRA C:2012等标准。


在以模型为基础的设计展现出能够加快自适应AUTOSAR软体开发速度的实力之後,我们现在打算扩大使用它。我们团队计画将安全性功能以及处理器??圈(processor-in-the-loop)测试纳入工作流程,也正在帮助EB其他工作地点的同事开始使用以模型为基础的设计。


(本文由??思科技提供;作者Thomas Kleinhenz、Seyed Nourbakhsh、Stefan Zurbes任职於Elektrobit公司)


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