控制軟件的持續(xù)改進(jìn):重構(gòu)的必要性

梅賽德斯-奔馳北美研發(fā)中心（MBRDNA）運用MES Model Examiner工具軟件來提升其基于模型的軟件設(shè)計流程。

作為世界上最著名的汽車制造商之一的研發(fā)部門，MBRDNA的開發(fā)團(tuán)隊一直以來在不斷尋找最高效和最有效的方法和流程，為其開發(fā)用于尖端汽車功能的安全軟件，如E-Drive控制器。?但是，向現(xiàn)有的軟件程序里添加功能，同時又要保持它的可理解性、可維護(hù)性和可測試性是一項挑戰(zhàn)。?為實現(xiàn)這一目標(biāo)，即便使用軟件模型，也需要先進(jìn)的工具和流程作為輔助，才能實現(xiàn)這一目標(biāo)。?

控制軟件的持續(xù)改進(jìn)：重構(gòu)的必要性

MBRDNA尤其希望提升其E-Drive組件的控制軟件的性能。?在美國密歇根州雷德福（Redford, MI）的團(tuán)隊已將基于模型的開發(fā)作為其設(shè)計嵌入式控制軟件的主要開發(fā)方法。作為它的一部分，軟件模型是開發(fā)過程中的基本工件–對功能完整性和預(yù)期功能覆蓋率的驗證主要在軟件模型層級進(jìn)行。?作為對流程的持續(xù)改善的一個方面，現(xiàn)有的用于生產(chǎn)的軟件模型會定期進(jìn)行改進(jìn)，以合并越來越多的功能。 MBRDNA的E-Drive軟件模型是電子驅(qū)動系統(tǒng)控制器的基礎(chǔ)。?它管理著如電子驅(qū)動器的扭矩和牽引力等功能。?該控制器軟件還用于48V系統(tǒng)，純電驅(qū)動系統(tǒng)和燃料電池項目等領(lǐng)域。

MBRDNA的策略是首先實現(xiàn)軟件的基本功能。?隨著更加復(fù)雜的需求和其他項目利益相關(guān)者,?如新開發(fā)人員、測試人員和校準(zhǔn)人員的參與，MBRDNA確定了“管理復(fù)雜度”的必要性，以便使復(fù)雜的軟件模型相對容易理解，并促進(jìn)團(tuán)隊之間的有關(guān)直接溝通。?軟件模型變得越來越大，這成為審查基本模型的主要原因。軟件模型功能測試團(tuán)隊經(jīng)常需要特別投入額外的精力來測試軟件模型及其包含的軟件單元。?對測試團(tuán)隊來說，將特定的需求追溯到模型的相關(guān)子系統(tǒng)也是非常耗時的。

MBRDNA決定建立一個全面的軟件模型重構(gòu)項目，以應(yīng)對這種不斷增加的測試和跟蹤工作。

開發(fā)一個軟件模型重構(gòu)的系統(tǒng)方法

MBRDNA首先定義了一組軟件模型重構(gòu)的目標(biāo)。?其主要目標(biāo)的是通過降低模型的復(fù)雜度來提高模型的可測試性和可理解性。 MBRDNA希望降低子系統(tǒng)級別和整個軟件模型集成級別的復(fù)雜度。 MBRDNA遵循ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)，因此他們必須確保單元和模型的結(jié)構(gòu)良好且不包含過于復(fù)雜的部件，因為這經(jīng)常會導(dǎo)致測試出現(xiàn)問題。?過于復(fù)雜的部件必須分解成不太復(fù)雜和較小的單元–最好是每個子系統(tǒng)只包含一個專用功能。?另一個目標(biāo)是識別潛在的庫元素，這將進(jìn)一步降低模型的整體復(fù)雜度。 MBRDNA的做法是將自動化水平推向最高。為此，MBRDNA開始著手尋找模型架構(gòu)增強工具來支持和監(jiān)控重構(gòu)結(jié)果。?作為確定的軟件模型設(shè)計流程的一部分，他們的長期打算是驗證此類工具是否有助于體系架構(gòu)的持續(xù)監(jiān)控和優(yōu)化。

尋找合適的工具?

MES Model Examiner(MXAM)工具軟件被選中支持模型重構(gòu)項目。MXAM可計算每個子系統(tǒng)的軟件模型的本地復(fù)雜度，并提供有關(guān)整體模型復(fù)雜度的信息。?此工具還向用戶指出所謂模型的熱點。?熱點是模型的子系統(tǒng)，應(yīng)該被修改和重構(gòu)。?為了進(jìn)一步優(yōu)化MXAM的功效，MBRDNA利用該工具的靈活性，為他們的特定環(huán)境進(jìn)行了個性化定制。 MBRDNA在MXAM的配置中特別添加了特定功能代碼塊并定義了自定義縮放因子。?鑒于這種簡單的可配置性，該工具可提供一系列度量指標(biāo)，精確地識別MBRDNA模型中有問題的部分。?該工具還可進(jìn)行定性和定量分析。定量分析包含軟件模型的全局整體復(fù)雜度分析。?該信息在“重新架構(gòu)流程”和軟件進(jìn)一步模塊化的過程中是必要的，其中整體復(fù)雜度用于確定哪個超大型軟件模型應(yīng)該被分解成多個軟件模塊。?定性分析為MBRDNA提供有關(guān)特定軟件模型中容易出錯的熱點的信息。?因此MBRDNA對本地子系統(tǒng)的復(fù)雜度，以及如何以智能的方式限制復(fù)雜度的方法特別感興趣。

重構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)MXAM提供的度量指標(biāo)，MBRDNA開發(fā)并采用了一系列技術(shù)來重構(gòu)被識別的軟件模型部件：

系統(tǒng)地將過于復(fù)雜的子系統(tǒng)分解為一組不太復(fù)雜，功能相關(guān)的子系統(tǒng)。

使用MXAM的克隆檢測功能來檢測模型中重復(fù)使用的冗余元素/代碼塊（blocks）（例如：多項式（Polynoms）的代碼塊?），并將這些冗余元素添加到MBRDNA特定的代碼塊庫（block library）或引用的模型中。這樣做的目的是避免出現(xiàn)須單獨進(jìn)行檢查和測試的冗余模型組件。

使用MXAM收獲的積極成果

MXAM的分析高度精確地指出了軟件模型中易出錯的熱點。根據(jù)MBRDNA的高級開發(fā)人員Humphrey Achiri的說法，“MXAM大大提高了我們軟件模型的整體可讀性、可測試性和可維護(hù)性?！?此外，梅賽德斯-奔馳的校準(zhǔn)工程師們指出，它使得“在車輛測試期間，其測試軌道上的時間是一個限制因素，而MXAM使得定位到最終軟件這件事變得更加容易?！睂γ焚惖滤?奔馳的測試工程師們來說，設(shè)計MIL和SIL的測試用例也變得更加方便了（即易于進(jìn)行基于需求的測試），因為單個需求與特定子系統(tǒng)中的實際實現(xiàn)更加一致。?另外，由于單個子系統(tǒng)不太復(fù)雜，因此軟件的文檔也變得更加簡單。

MBRDNA目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)其主要目標(biāo)，即提高新一代混合動力汽車和純電動汽車軟件模塊的可讀性、可測試性和可維護(hù)性。?鑒于復(fù)雜的單個子系統(tǒng)的減少，軟件的文檔也得以簡化。?通過重構(gòu)取得的數(shù)值結(jié)果包括：

作為度量整體軟件模型的可理解性和可讀性的指標(biāo)，整體復(fù)雜度已降低約10%。這意味著為理解、維護(hù)、測試和實施重構(gòu)軟件模型所需的工作量大幅減少。

局部復(fù)雜度的測值也有了顯著的降低，而且對于一些軟件模型，復(fù)雜子系統(tǒng)的數(shù)量減少到了零。

在軟實力方面取得的成果：

來自需求工程團(tuán)隊的評論：“這些軟件模型現(xiàn)在更容易理解和使用?！?因為該模型與MBRDNA的48V系統(tǒng)、純E-Drive系統(tǒng)和燃料電池項目具有額外相關(guān)性，因此對其復(fù)雜度的管理也被證明有益于版本管理。

此外，自動生成的代碼沒有改變，這是因為模型中描述的功能未被修改。

鑒于取得的積極實際成果，開發(fā)流程的提升以及有利的內(nèi)部反饋，MBRDNA為安裝MXAM工具軟件并重構(gòu)整個軟件模型所做的努力是一項很好的投資。?重構(gòu)項目的反饋和具體的實際效果都非常好。

對MBRDNA復(fù)雜度管理的前景展望

未來，MXAM將為MBRDNA模型的持續(xù)優(yōu)化和重構(gòu)提供支持。在MBRDNA開發(fā)與重構(gòu)控制器功能的大型軟件模型流程指南里將列出一組MXRAY檢查和度量指標(biāo)作為團(tuán)隊在監(jiān)控整個開發(fā)流程的模型體系架構(gòu)方面的最佳實踐。 MBRDNA還計劃將該工具集成到基于Jenkins技術(shù)的高度自動化持續(xù)集成構(gòu)建流程中。?自評估開始以來，MXAM自身也實現(xiàn)了一些重大提升。?借助MXAM工具軟件里包含的一系列新功能，例如額外的不連貫不相關(guān)性和接口界面效率指標(biāo)，“可以進(jìn)一步簡化持續(xù)模型改進(jìn)的流程”，MBRDNA的E-Drive軟件總監(jiān)，Alexander Dolpp總結(jié)道。

關(guān)于MES模賽思:?軟件質(zhì)量在控制之中

模賽思軟件技術(shù)有限公司(Model Engineering Solutions)，簡稱MES)是一家高科技軟件公司，專為軟件項目的質(zhì)量保障提供解決方案。MES為客戶基于模型的軟件開發(fā)提供技術(shù)支持，使其符合IEC 61508、ISO 26262或ASPICE等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

MES模賽思成立于2006年，總部位于德國柏林。Hartmut Pohlheim博士作為基于模型的開發(fā)領(lǐng)域最著名的專家之一，自2008年起任公司常務(wù)董事。MES的主要客戶包括整車廠如戴姆勒、大眾、豐田和吉利等以及博世、西門子和三星等行業(yè)供應(yīng)商。在汽車行業(yè)中，除少數(shù)幾家公司外，全球數(shù)十家頂尖制造商及供應(yīng)商均在他們的開發(fā)環(huán)境中使用MES的解決方案。為支持其全球客戶，MES已在美國和中國建立了子公司，并與全球分銷商網(wǎng)絡(luò)緊密合作。

MES的產(chǎn)品包括4種質(zhì)量工具軟件：MXAM、MTest、MoRe和MQC，它們共同構(gòu)成了一個工具鏈，全面保障基于模型的軟件開發(fā)過程中所有階段的質(zhì)量。通過MES Jenkins Plugin，該工具鏈也可以在持續(xù)集成環(huán)境中使用。工具鏈主要應(yīng)用平臺為MATLAB? Simulink?。除了MES質(zhì)量工具外，MES測試中心和MES學(xué)院的專家們還為全球客戶提供關(guān)于質(zhì)量保證和開發(fā)流程優(yōu)化的定制咨詢服務(wù)及培訓(xùn)課程。

MES是dSPACE 公司的戰(zhàn)略合作伙伴和MathWorks及ETAS的產(chǎn)品合作伙伴。MES學(xué)院與SAE International有合作關(guān)系。

　　審核編輯：湯梓紅