MBD闲谈 第01期：认识一下MBD

mengmianren

全文约2020字，你将看到以下内容：

MBD的基本概念

MBD模型管理

一些资源

1 MBD的基本概念

基于模型的设计（Model-Based Design，MBD）是一种围绕模型搭建展开的一种项目开发方法。这种方法可以避免繁琐的代码编写和调试过程，可以极大的提高项目开发效率。并且从模型的角度入门汽车电子，对新手来说更加友好，学习容易，上手非常快。

在网络中检索MBD相关信息，有很多相关的技术博客和帖子，但有很多老工程师并不看好MBD。在实际中，也是大公司大项目用得多，小公司或者小项目很少使用MBD开发方法。MBD应用最为广泛的领域应属汽车电子领域了，有很多相关的产品和工具链，以后会单独讲讲MBD的相关产品和公司。

还有一种很有意思的现象，那就是有的工程师使用的是MBD开发方法的一部分，比如使用HIL（Hardware In the Loop）进行项目功能测试，但代码编写和调试依然是人工编写。当然，严格来说HIL是可以从MBD独立出来的，使用HIL不意味着就一定是MBD。

还有一种较为常见的开发方式，叫做快速开发原型（Rapid Control Prototyping，RCP）。RCP和MBD刚好相反，HIL是将控制对象进行建模，下载到实时操作系统中，控制器使用的是实际的控制器（HIL测试后会成为产品的控制器）；而RCP开发过程中，控制器是原型控制器，控制对象一般是实际受控对象（也可以是仿真对象），原型控制器和最终的产品是两个东西，所以RCP只能用于验证软件算法，达不到产品级的验证。

提到HIL，就不免联系到SIL（Simulation In the Loop）、PIL（Processor In the Loop）和MIL（Model In the Loop），这三种在环测试就和MBD有较强的联系了。如果在项目中使用到了这四种测试方法（包括HIL）中的一种或多种，同时还使用到代码自动生成（Code Generation），那么就可以认为使用的是MBD。当然，严格的来说，MBD的内容非常丰富，这里指的是很简单的概念。

具体而言，这四种在环测试的作用和实际应用情况如下：

SIL：该测试用于确定自动生成的代码是否能够正常工作，如果目标代码需要进行定点处理，SIL将起到非常重要的作用。此外我，生成的代码甚至有的还能保证满足功能安全要求（例如ISO26262）。如果是只涉及到浮点运算，SIL和PIL的作用显得很近似，这种情况下就没有单独进行SIL的必要了；

PIL：该测试用于确定处理器是否能够满足算力要求和数据精度，但实际项目中，前期的芯片选型阶段就会充分考虑算力和精度，而且一些经验也能判断出处理器算力和精度是否满足要求；

MIL：该测试用于确定算法的可行性，实际上算法不可行也就没有项目的确立，MIL最大的作用还是梳理项目的开发框架，是系统层面上的设计工作，还可以对不熟悉的领域或者相关知识进行学习；

HIL：该测试用于确定控制器是否能正常工程，控制对象一般是仿真模型，但是是跑在实时操作系统中的。如果受控对象并不复杂，也可以用真实的受控对象进行HIL测试。

2 MBD模型管理

这里引用一下MathWorks在Managing Model-Based Design一文中的一张图片来说明MBD是怎么运作的：



MBD是怎么运作的 - From MathWorks

如果有了解过的人，可能更多看到的是V型开发流程，关于V型开发流程以后细讲，这里主要在更高层面上讲一讲MBD是怎么运作的。

使用MBD方法开展项目开发，主要流程包含以下三点：

输入：MBD的输入是需求（requirements or Specifications）和已有的或公开的研究成果（Research）；

模型迭代：这是MBD的核心，也是高效实现MBD的关键，模型迭代就涉及到上述的MIL、SIL、PIL、HIL和RCP，这些都不是必须的，根据项目的实际情况进行相应的测试即可；

输出：即自动生成的代码、模型报告、测试报告，以及验证报告。

MBD有一个很显著的特点就是，可记录、可追踪的文本记录，因此需要专门的工具，例如Simulink Requirements工具（也有其他的一些第三方工具）。模型是基于需求创建，每一个需求都有对应的模型。同时在模型迭代中，都会生成相应的模型报告或者测试报告。因为所有的这些工作都是围绕模型展开的，所以被称为基于模型的设计。

以上这三点都包含了很丰富的内容，这里没有讲的很深入，因为如果只是文字描述的话，会很抽象。以后会结合实例，具体细致地讲各个环节应该做的工作。

实际上，从我的观点来看，MBD更像是一种项目管理方法，并不是开发方法。我们管理的对象是模型，对模型进行迭代和测试。而类似Simulink Requirements这样的工具也是一个管理工具。而在MBD之下，就是具体的开发方法了，即上述的MIL、HIL等。对工程师而言，更多使用到的是开发方法，所以提到MBD就和MIL、HIL这些等价起来。很多团队在实施MBD的时候，就不关心模型管理的问题，只是使用MIL、HIL等开发方法，这就可能导致最终的效果并没有很好，所以也就有老工程师不看好MBD。

3 一些资源

我在研究生的时候就准备写一些关于MBD的文章，虽然一直在关注这项技术，也做过一些上手实操，但真正开始收集资料的时候，才发现MBD的相关内容是非常丰富的，我还需要更加全面系统的学习才能写出完备详细的技术文章。所以文章中难免有疏漏和错误，欢迎提出，一起交流学习。