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GDR SoC-IP | 1 A TOOL-CHAIN FOR FUNCTIONAL SAFETY AND RELIABILITY IMPROVEMENT IN AUTMOTIVE SYSTEMS https://equitas-project.com/site/ R. Nouacer, M. Djemal, S. Niar, G. Mouchard, N. Rapin, J.P. Gallois, P. Fiani, F. Chastrette, T. Adriano and B. Mac-Eachen [email protected] [email protected] Bpifrance AAP FUI16 and the General Council of Essonne France

A TOOL-CHAIN FOR FUNCTIONAL SAFETY AND RELIABILITY ......GDR SoC IP | 2 Pour personnaliser « nom événement et auteur » : « Insertion / En-tête et pied de page » Personnaliser

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  • GDR SoC-IP | 1

    A TOOL-CHAIN FOR FUNCTIONAL SAFETY AND

    RELIABILITY IMPROVEMENT IN AUTMOTIVE

    SYSTEMS

    https://equitas-project.com/site/

    R. Nouacer, M. Djemal, S. Niar, G. Mouchard, N. Rapin, J.P. Gallois, P. Fiani, F. Chastrette, T. Adriano and B. Mac-Eachen

    [email protected]

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    AGENDA

    !   Context and Trends

    !   Objectives and Results

    !   Methodology and tools !  Technical challenges !  Automatic test generation !  Analysis and verification of compliance with the requirements !  Virtual platforms and HW faults injection

    !   Current status – Tools chain V2

    !   Next works

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

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    CONTEXT AND TRENDS !   µElectronic Miniaturization

    !  Increased sensitivity of ECU to transient hardware faults

    !   Increased number of functions !  10-100 ECU (distributed system)

    !   Hostile operating environment !  Electromagnetic fields, temperature, humidity

    !   ISO26262 standard ! Safety constraints (product and process)

    !   Embedded software V&V !  Complex iterative process!!  40-50% total development cost

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

    ExigencesVérification0des0

    exigences

    Allo

    catio

    n0et0Validation0de

    s0ex

    igen

    ces

    RP

    Système cible

    MIL: Model In the LoopRP : Rapid PrototypingSIL : Software-in-the-LoopPIL : Processor-in-the-LoopHIL : Hardware-in-the LoopMIL

    SIL

    PIL

    HIL

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    monitoring(and(control((system(e.g.(BCM)

    Physical(system(e.g.(USM)

    Analysis(and(decision

    Driven(process(e.g.(Wiper(blades)

    Inputs(e.g.(CAN,(ADC)

    Outputs(e.g.(CAN,(PWM)

    Measurements(/(Interruptions

    Commands(/(Actions

    Sensors Actuators

    Instructions(e.g.(windshield(wiper("commodo")

    Disturbances((e.g.(Dirt,(wind,(age,(T°C,(magnetic(field)

    BLOC DIAGRAM OF CONTROL LOOP

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    FUNCTIONAL SAFETY AND RELIABILITY ANALYSIS

    Test Bench Embedded

    System Data

    Analyzer

    Reliability Model

    Tolerance Scenarios

    Fault Scenarios

    Injection

    Reference

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    OBJECTIVES AND RESULTS !   Automate the verification and validation process of whole

    embedded software stacks !  By developing a continuous tool-chain !  In the context of automotive electronic systems

    !   Improve the relevance of the test campaigns !  By detecting the redundant tests using equivalence classes

    !   Provide assistance to the hardware failure effect analysis (FMEA) !  By introducing a hardware faults model during simulation.

    !   Extract a comprehensive V&V methodology using virtual platforms !  By assessing the EQUITAS tool chain on real automotive use cases

    !   Assess the tool-chain under the ISO 26262 requirements.

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

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    Cliquer sur appliquer partout Modèle'de'test

    Modèle'comportemental

    MaTeLo &'DIVERSITY Scénarios'de'test

    UNISIM>VP'&'Fautes'Matérielles

    Environnement'physique

    Exigences

    Verdicts

    ARTiMon(Checkers)

    Traces'd’exécution

    Moteur'd’exécution'des'scénarios

    Driver

    Driver

    Driver

    Driver

    Séquenceur

    Observateurs'de'propriétés'(Monitors)

    Observer

    Observer

    Observer

    Observer

    Trace1collector

    CAN,1ADC,.

    CAN,1PWM,.

    Environnement'de'test

    [ Driver'='Adapter +'Controller']

    VIRTUAL TESTING ENVIRONMENT

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

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    METHODOLOGY & TOOLS

    Verdict

    Analysis

    VirtualExecution

    Compilation

    Test PlanElaboration

    Tool-chain Inputs

    Code Generation

    System ModelSource Code

    Test Cases Generation RequirementsTranslation

    Tests CasesEmbedded Code Formal Constraints

    Embedded Target Simulation

    Execution Traces

    Alerts

    Requirements Verifications & Analysis

    EnvironmentSimulation

    Environment Model

    Compilation

    Executable Binary

    SystemRequirements

    !

    DIVERSITY & MaTeLo

    UNISIM-VP & PhiSim

    ARTiMon

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

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    TECHNICAL CHALLENGES !   The use of symbolic execution principle to analyze and reduce

    test cases obtained by a stochastic approach ! MaTeLo: stochastic test generation technique ⇒!Generate!the!most!likely!tests!

    ⇒!Many!redundant/duplicate!tests!

    ⇒!Developped!by!ALL4TEC!(h@p://www.all4tec.net/MaTeLo/homematelo.html) !  DIVERSITY: symbolic execution ⇒!Model!validaEon!by!analyzing!its!symbolic!execuEon!tree!

    ⇒!Property!verificaEon!

    ⇒!AutomaEc!test!generaEon!based!mainly!on!the!paths!coverage!

    ⇒!Developed!by!CEA!LIST!(h@p://projects.eclipse.org/proposals/diversity)!

    !   The extension of the simulation environment UNISIM-VP !  Modeling and injection of characterised hardware faults !  Interface to test cases generation tools (MaTeLo & DIVERSITY) !  Interface to compliance (monitoring) analysis tool (ARTiMon)

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

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    FUNCTIONAL SAFETY AND RELIABILITY ANALYSIS

    Test Bench Embedded

    System Data

    Analyzer

    Reliability Model

    Tolerance Scenarios

    Fault Scenarios

    Injection

    Reference

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

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    MATELO OVERVIEW 1) Graphical Design 2) Test Case Generation

    3) Test Script Generation

    4) Coverage Report

    AUTOMATIC TEST GENERATION AUTOMATIC TEST GENERATION

    1 2

    3

    4

    http://www.all4tec.net/MaTeLo/homematelo.html

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    DIVERSITY - METHODOLOGY

    Specification

    Test cases « numeric scenarios »

    Specification model Simulation

    Behavior tree

    Specification correctness

    Specification Requirements

    Functional model « Black box »

    Modeling Environment

    Conformance testing

    1

    2

    3 4

    AUTOMATIC TEST GENERATION AUTOMATIC TEST GENERATION

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    Use case

    Test model

    Application model (Simulink)

    Test model editor (MaTeLo)

    Stochastic test generation (MaTeLo)

    MaTeLo test campaign

    Transcription to xLIA (Diversity)

    Use case model xLIA

    MaTeLo tests analysis using

    symbolic execution

    (Diversity)

    Reduced MaTeLo test campaign

    Generation of the test campaign

    scripts for driving simulation

    Test model « MaTeLo format »

    !   Remove duplicates (40%) ⇒!Preserving!soNware!reliability!

    ⇒!Enhancing!test!coverage!

    !   Reduction of overall test length ⇒!Reducing!duraEon!of!test!execuEon!

    ⇒!Reducing!cost!

    ⇒!Preserving!same!test!coverage!

    AUTOMATIC TEST GENERATION AUTOMATIC TEST GENERATION

    COUPLING DIVERSITY AND MATELO

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    FUNCTIONAL SAFETY AND RELIABILITY ANALYSIS

    Test Bench Embedded

    System Data

    Analyzer

    Reliability Model

    Tolerance Scenarios

    Fault Scenarios

    Injection

    Reference

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

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    ARTIMON: ADVANCED REAL TIME INFORMATION MONITORING !   Provides a temporized logic based language

    !  To express requirements about system real-time behavior

    !   Transforms a set of requirements into operational detectors !  For the simulation/execution environment

    System ARTiMon

    S-Function

    HTML Report

    Detection signal

    x y

    Alarm x2 +y > z

    RedZone

    Switch_On

    An invariant (a property that should be valid at any time): when (Switch_On and (it is always the case that Redzone holds on time range [-3,0])) then (there exists at least one occurrence of Alarm on time range [0,1.5])

    ARTiMon 4 Simulink:

    System.mdl

    ANALYSIS AND VERIFICATION OF COMPLIANCE ANALYSIS AND VERIFICATION OF COMPLIANCE

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    FUNCTIONAL SAFETY AND RELIABILITY ANALYSIS

    Test Bench Embedded

    System Data

    Analyzer

    Reliability Model

    Tolerance Scenarios

    Fault Scenarios

    Injection

    Reference

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

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    COMPONENT-BASED VIRTUALIZATION ENVIRONMENT

    !   Co-simulation !   Test-bench

    database !   Existing tool-

    chains

    Services Virtual Platform Third Party Tools

    UNISIM-VP Embedded target simulation

    !   System on Chip !   Boards ! SystemC/TLM

    !   Debugger !   Test !   Monitor !   Trace analysis !   Profiling !   HW fault injection

    UNISIM – VIRTUAL PLATFORM UNISIM – VIRTUAL PLATFORM

    https://unisim-vp.org/site/index.html

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    S-Rec. Loader

    Debugger

    CPU12X ELF Loader

    Third Party Tools Stubs

    RAM FLASH

    EEPROM

    UNISIM-VP S12XEP100

    Board Simulator

    .abs ELF binary

    .s19 S-Rec. binary

    AUTOSAR BSW+RTE

    S12XEP100 Board

    STAR12X – AUTOMOTIVE APPLICATION

    XGATE

    MMC

    ATDx SCI PWM SPI CANx

    CRG PIT XINT ECT

    UNISIM – VIRTUAL PLATFORM UNISIM – VIRTUAL PLATFORM

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    TEST CASE ENHANCED WITH HARDWARE FAULT INJECTION

    Requirements+file Application

    Fault+quantifier

    Fault+probability+of+occurrence P

    Fault+injection+engine+&+simulation

    (UNISIM?VP)

    Execution+trace+(code/data)+with+faults

    Reference+execution+trace+(code/data)

    Comparator+and+analyzer+of+

    execution+traces

    Alert?

    silenceNo

    YesReliability+quantifier?! Fault'effects'analysis! Corrective'Decisions! Compute'error'ratio'(MTTF)'

    Test+scenarios(MaTeLo)

    Hardware+target

    UNISIM – VIRTUAL PLATFORM UNISIM – VIRTUAL PLATFORM

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    FAULT INJECTION STRATEGY

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    Use case

    Test model

    Application model (Simulink)

    System properties and requirements (test objectives)

    Test model editor (MaTeLo)

    Stochastic test generation (MaTeLo)

    MaTeLo test campaign

    Translation to xLIA (Diversity)

    Use case model xLIA

    MaTeLo tests analysis using

    symbolic execution

    (Diversity) Reduced MaTeLo

    test campaign

    Generation of the test campaign

    scripts for driving UNISIM-VP &

    Simulink (MaTeLo)

    Test model « MaTeLo format »

    Test campaign in the standardized

    interpretable format

    Execution trace

    Binary Code

    Translation as monitoring

    specification (ARTiMon)

    ARTiMon specifications

    Compliancy analysis (ARTiMon) Verdicts

    Simulation Embedded system +Simulink (Sys) +UNISIM-VP +HW Faults

    Physical system +PhiSim

    TOOLS CHAIN TOOLS CHAIN

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    WINDSHIELD WIPER

    USE CASE USE CASE

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    NEXT WORKS !   Studying the compliancy of the EQUITAS toolchain with the

    ISO26262 standard.

    !   Quantitative and qualitative assessment of the toolchain, by the project industrial partners.

    !   Generalization of project activities !  Distributed embedded systems !  Heterogeneous (model, ASW, binary) validation and verification

    !   Extension of EQUITAS toolchain !  RAMS analysis (Reliability, Availability, Maintainability, Safety)

    ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS ENHANCED QUALITY USING INTENSIVE TEST AND ANALYSIS ON SIMULATORS

  • GDR SoC-IP | 24

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    RELIABILITY IMPROVEMENT IN AUTMOTIVE

    SYSTEMS

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