在都灵理工大学教授基于模型的设计

作者:Massimo Violante，都灵理工大学

在意大利都灵周边地区，对具备开发复杂、高完整性嵌入式软件所需技能和知识的工程师有着强烈的需求。华体会官网app下载汽车公司的需求尤其迫切，但它也影响到航空电子和其他行业。公司寻找的工程师能够交付复杂的华体会官网app下载软件，符合ISO 26262和DO-178B等安全标准，同时遵守严格的质量要求和严格的生产期限。

为了满足这一需求，都灵理工大学引入了基于模型的软件设计这是一门面向五年级学生的课程，将讲座和实践练习与当地行业专家举办的研讨会相结合。使用MATLAB^®,仿真软件^®, Stateflow^®和嵌入式编码™，学生学习如何管理日益复杂的今天的嵌入式系统通过设计和模拟一个可执行的模型;严格验证、测试和调试;并为嵌入式目标生成代码。通过促进学术界和工业界之间的合作和知识共享，该课程帮助学生为他们在未来工作中将面临的工程挑战做好准备。华体会官网app下载

课程目标

这门课程是在一年前开设的，涵盖了计算机、电子和机电工程课程没有完全解决的问题，并为学生在当地工业(主要是汽车工业)的工程职业生涯做好准备。华体会官网app下载

经常有人说，能够将基于模型的设计应用于嵌入式系统开发的熟练工程师非常短缺。华体会官网app下载公司看到了使用这种方法的价值，但却有所限制培训工程师的时间和资源华体会官网app下载在公司内部。因此，在开发课程的目标是准备学生进入这些需求的角色，并立即富有成效。由于这门课程明显有利于当地的产业，许多公司同意支持这门课程，派出工程师就他们的工作开展研讨会和演讲。华体会官网app下载

第一次提供的时候，基于模型的软件设计成为都灵理工大学最后一年面向计算机、电气和机电一体化学生开放的14门选修课中最受欢迎的一门。在约200名工科学生中，有73名注册，反映华体会官网app下载出学生在这一学科发展专长的强烈动机。到目前为止，已有107名学生报名参加第二期课程。入学人数同比增长46%，进一步表明该课程产生的浓厚兴趣。

教学建模、仿真和代码生成

本课程以一系列关于使用建模和仿真作为嵌入式软件开发过程的核心的讲座开始。激励公司采用这种方法的因素被解释，包括开发中系统复杂性的快速增长，上市时间的压力，以及在开发后期发现缺陷的高成本。

接下来，描述了如何利用MATLAB和Simulink实现基于模型的设计华体会官网app下载工程师模式完成系统，通过仿真验证系统规格和功能，并自动生成测试用例和嵌入代码。

大多数学生在早期的控制课程或其他课程中使用过MATLAB和Simulink，所以他们很快就能在实际练习中快速上手。

在一个练习中，学生使用基于模型的设计来建立一个停车辅助系统。该系统包括一个接近传感器，在Cypress可编程系统芯片(PSoC)上运行的控制软件^®5，由赛普拉斯大学联盟捐赠给都灵理工大学)，以及一组led，当接近传感器接近障碍物时就会发光。

控制软件完全使用Simulink和statflow开发，使用状态图和真值表。[image_frame style= " framed_shadow " align= " center " alt= " Mathworks Statfelow图表和真值表" title= " Mathworks Stateflow图表和真值表" height= " 400″width= " 250″]//www.fofupijo.com/wp-con华体会官网app下载tent/uploads/2013/01/Mathworks-Statflow-chart-and-truth-table.jpg[/image_frame]

经过模拟和验证他们的设计，学生使用嵌入式编码器生成代码的Cypress PSoC目标。然后他们讨论了验证和验证，这为ISO 26262系列讲座提供了一个自然的引子。

使用ISO 26262, AUTOSAR和其他标准

许多汽车公司必须遵守ISO 26262，这是道路车辆软件系统的功能安全标准。尽管ISO 26262在业界很流行，但对学生来说却是一个新的概念，他们从来没有遵循过如何设计和构建软件的规则。在几个讲座的过程中，并在Maurizio Morisio教授的支持下，介绍了真实世界的安全标准，包括ISO 26262, IEC 61508和DO-178。学生们了解到，开发这些标准需要额外的工作，但自动化和可用的资源，如资格套件，可以帮助减少所需的努力。例如,DO资格套件(适用于DO-178)而且IEC认证套件(适用于ISO 26262及IEC 61508)，以及这些产品如何在基于模型的设计中简化认证过程。

与ISO 26262一样，AUTOSAR架构是一个新概念，对许多学生毕业后立即有用。学生们学习分层结构，软件功能可以从用于实现它的硬件中解耦。他们很容易掌握模型，使他们能够捕获和模拟AUTOSAR软件组件的行为，并为AUTOSAR环境生成代码。

进入研究生学习

一些完成课程的学生现在正在写硕士论文，主题涉及基于模型的设计。由于基于模型的设计在汽车、航空电子和工业应用领域是事实上的行业标准，学生经常有机会与行业伙伴合作。两名学生正在与当地一家汽车公司合作，研究控制算法建模和验证的最佳实践。还有两家公司正在开发一种工业控制系统车辆采用基于模型的设计另外三人正在为一场比赛研发一款电动汽车。最后，两名学生正在撰写一篇硕士论文，开发一个开源的AUTOSAR堆栈，明年修这门课的学生将能够在实验室中使用。

2013年的课程将包括额外的实践实验练习，使学生能够看到更多他们在Simulink中设计和开发的系统运行在嵌入式系统上。

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本文已获得MathWorks和都灵理工大学的许可转载

[titled_box title= "罗曼·尼古拉斯观点:"]

当我谈论这个问题时，我并不客观，因为我在这个领域工作。无论如何，我认为这是很好的，为学生提供能力，他们将面对的工业。事实上，掌握Matlab/Simulink在工业上是不够的;您需要遵守建模标准，使您的建模方式适应公司规则和指导方针，并且还需要考虑像代码生成和配置管理这样的约束。我一定会很感激跟随这门课程。我唯一的问题是，他们是只考虑汽车约束，还是也考虑航空电子设备或铁路系统?

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