案例研究：Tata Elxsi——用于自动化SIL测试的ECU虚拟化
借助自动化SIL测试，减少ECU测试时间，从10天减少至不到8小时
客户
Tata Elxsi是全球领先的设计与技术服务提供商之一，业务涵盖汽车、广播、通信、医疗保健和交通运输等多个行业。Tata Elxsi与汽车和交通运输行业的领先整车厂及供应商合作，提供从架构设计到产品上市乃至后续阶段的研发、设计、生成式人工智能（GenAI）及产品工程服务。公司汇聚自动驾驶、电动汽车、联网汽车技术以及软件定义汽车（SDV）等领域的专业经验，并依托遍布全球的设计工作室和开发中心网络，以及由超过11000名工程师和专家组成的全球人才库。
挑战
通过虚拟化AUTOSAR ECU、模拟外部组件，并将手动测试流程转换为可执行的自动化测试用例，从而在软件在环（SIL）环境中实现测试。
传统的硬件在环（HIL）测试需要物理台架测试和人工操作。软件在环（SIL）测试通过在虚拟环境中执行ECU软件，减少对物理硬件的依赖，从而无需硬件支持，并实现可扩展的测试。
一个关键需求是，虚拟ECU（vECU）必须运行与量产ECU相同的软件。如果软件存在差异，则需要在硬件上重复测试，从而减少虚拟化的价值。保持行为和接口的一致性至关重要。
在此使用场景中，ECU处理来自物理输入控制装置的输入信号，以实现各种应用功能。ECU通过I²C等串行接口与外围设备通信，而与其他车辆ECU之间的数据交换则通过CAN网络进行。
另一个挑战涉及休眠和唤醒场景。ECU可能处于休眠模式或已断电。当通过CAN接收到网络管理帧，或从外围设备接收到GPIO信号时，ECU必须唤醒或通电。应用程序必须识别唤醒源并执行正确的操作，例如特定的启动序列和系统状态检查。这些行为必须在虚拟环境中模型化并验证。
来自连接外设和串行接口的信号也需要进行仿真，以实现与vECU的全面交互。手动测试步骤必须转换为自动化测试用例，以支持持续集成和回归测试。
目标是在无需硬件的情况下尽早进行软件测试，减少人工工作量，同时将自动化测试集成到持续集成/持续测试（CI/CT）管道中。这种方法有助于加快开发周期并确保测试覆盖率的一致性。
解决方案
使用虚拟MCAL驱动程序和基于CANoe的总线仿真，创建一个3级vECU，以便在软件认证级别进行全面测试。
为了实现SIL测试，使用vVIRTUALtarget创建了一个3级vECU1。该工具将操作系统和MCAL驱动程序替换为虚拟等效组件。复杂设备驱动程序（CDD）已被移植到虚拟平台。这种方法确保相同的软件既可在虚拟ECU上运行，也可在真实ECU上运行，从而在不同环境间保持功能等效性。
该虚拟化方案涵盖CAN收发器驱动程序。这使得即使在vECU处于睡眠模式或断电状态下，也能进行精确的网络仿真，包括CAN报文的发送和接收以及网络管理帧的处理。一个虚拟网络收发器负责监视CAN流量，可以通过激活虚拟供电电源或通过GPIO触发唤醒中断来触发唤醒或上电状态转换，从而复现物理设置的行为。
CAPL脚本可在CANoe配置中模拟外围设备。CANoe系统变量提供向虚拟ECU发送模拟和数字信号的手段，从而实现与按钮、开关及其他输入设备的交互。I²C等串行通信接口也通过此机制进行仿真，确保全面覆盖各种通信场景。该设置创建一个逼真的环境，使虚拟ECU能够与模拟的外部设备和网络交互，仿佛其在物理系统中运行一般。
手动测试流程被转换为自动化测试用例，通过CANoe执行并使用vTESTstudio进行管理。这为基于服务器的管道（例如使用CANoe Server Editions）中的持续集成和持续测试（CI/CT）奠定了基础。
通过虚拟化驱动程序、硬件组件及外设交互，该解决方案提供一个完全虚拟化的测试环境，能够复现硬件行为、支持早期软件验证，并无缝集成到自动化工作流中。它使集成软件无需真实硬件即可进行早期测试，从而在修复缺陷和处理变更请求后，能够高效地进行重新测试和回归测试。
优势
提前进行测试、软件再利用和自动化，有助于加快交付速度、提高质量并及早规避风险。
- 测试时间从10天减少至不到8小时
- 手动测试被自动化测试用例取代，使开发更加敏捷，并为软件定义汽车做好准备
- 无需真实硬件系统即可进行闭环测试和调试过程
- 相同的应用软件和AUTOSAR BSW既可在虚拟ECU目标上运行，也可在真实ECU目标上运行
- 虚拟环境支持并行运行，且易于扩展
- “左移”策略使开发周期中的验证工作得以提前进行，从而减少后期缺陷和集成问题
