Simulink Verification and Validation

主な機能

  • MAAB スタイル ガイドラインと信頼性の高いシステム設計ガイドライン (DO-178、ISO 26262、IEC 61508、および関連する産業規格) の準拠性のチェック
  • カスタム チェックの作成を含む、モデル アドバイザーの設定エディター
  • モデル オブジェクト、コード、要求仕様ドキュメントのテストのトレーサビリティのための Requirements Management Interface
  • サブシステムのためのテスト ハーネスの自動生成
  • シミュレーション、Software-in-the-loop (SIL)、Processor-in-the-loop (PIL) によるコンポーネント テスト
  • プログラム可能なスクリプト作成インターフェイスによる、準拠性のチェック、要求仕様のトレーサビリティ解析、コンポーネント テストの自動化
Analysis views and reports generated by Simulink Verification and Validation for requirements tracing, modeling standards compliance checking, component testing, and model coverage.
要求仕様とモデルのトレース、モデリングルールの準拠性チェック、コンポーネント テスト、モデル カバレッジの測定の目的で Simulink Verification and Validation により作成された解析ビューとレポート。

Simulink Verification and Validation の操作

Requirements Management Interface では、外部ドキュメントと Simulink® ブロックを接続するリンクを作成できます。このリンクは要求仕様レビュー、設計レビュー、トレーサビリティ解析、プロジェクト ドキュメンテーションに使用できます。

Requirements Management Interface では以下を実行できます。

  • Simulink および Stateflow® オブジェクトと要求仕様との関連付け
  • Simulink または Stateflow オブジェクトから要求仕様へのナビゲーション
  • ユーザーが定義した強調表示やタグを使用した、モデルでの要求仕様リンクのレビュー
  • どのオブジェクトがどの要求仕様にリンクされたかを示す Simulink モデルのレポートの作成

Simulink Verification and Validation のライブラリでは、スタイル ガイドラインやモデリング基準による準拠性チェックを直ちに実行できます。このチェックは、MathWorks Automotive Advisory Board (MAAB) スタイル ガイドラインおよび DO-178B と IEC 61508 基準をサポートして高信頼性ソフトウェアを開発することができるように事前定義されています。

Model Advisor とモデリング基準チェックでは以下を実行できます。

  • モデリング ガイドラインとの準拠性の検証のための、モデルやモデル コンポーネントに対するチェックの実行
  • チェック コンフィギュレーションの作成と共有
  • コマンドライン API を使用したチェック実行の自動化
  • 新しいモデリング スタイル ガイドラインのためのカスタム チェックの作成

Simulink Verification and Validation ではコンポーネント テスト関数を使用して、ハーネス モデルを作成して既存のモデルからデータを記録し、モデル コンポーネントのシミュレーションを実行することが可能です。以下のことが行えます。

  • モデルのコンポーネント テストを自動化する
  • サブシステムやサブチャートのコンテンツを抽出して新しいモデルに注入して解析する
  • シミュレーションで入力ポートの値を記録する
  • テスト ケースを使用してモデルをシミュレーションする
  • 生成されたコードに対してテストを実行する
  • モデル カバレッジを収集して測定する

モデル、テスト、生成されたコードの要求仕様のトレース

Simulink Verification and Validation の Requirements Management Interface では、Simulink と Stateflow のオブジェクトを要求仕様ドキュメントのテキストにリンクできます。IBM® Rational® DOORS®、Microsoft® Word、Excel®、PDF、HTML の各ファイルに保存された要求仕様をサポートします。また、それ以外のドキュメント タイプや要求仕様管理システムをサポートするようカスタマイズすることも可能です。

Requirements Management Interface context menu and Requirements dialog box.
Requirements Management Interface コンテンツ メニューおよび要求仕様ダイアログ ボックス。

リンクの作成

リンクとは、外部ドキュメントをポイントするモデル内の参考文献のことです。これは、要求仕様のトレーサビリティ情報のロバスト性や持続性を確認するモデル ブロック固有の識別子に関連付けられています。

要求仕様のトレーサビリティを使用すると、外部ドキュメントの要求仕様オブジェクトやブックマークを選択したり、Simulink のコンテキスト メニューからリンクを作成したりすることができます。要求仕様ダイアログ ボックスでは、キーワードや説明にリンクを適用して、解析をさらに絞り込むことができます。

設計と要求仕様のレビュー

Requirements Management Interface では、モデル内のブロックを強調表示したり、モデル サブシステムの画像と要求仕様ドキュメントの情報を組み合わせる要求仕様レポートを作成したりすることができます。さらに、Simulink Report Generator™ を使用してレポート テンプレートをカスタマイズすることができます。

IBM Rational DOORS と併用すると、Simulink Verification and Validation で、要求仕様ドキュメントに変更を加えることなく、DOORS でリンク オブジェクトとしてSimulink リンクを複製して、双方向のトレーサビリティを可能にすることができます。Requirements Management Interface は、DOORS のリンクと Simulink のリンクを同期させます。その結果、IBM Rational DOORS または IBM Rational DOORS Web Access でリンクを作成して、それを Simulink モデルと同期させることができます。要求仕様リンクとソース ドキュメントとの整合性を保つために、要求仕様の整合性チェックを実行して、要求仕様が削除されたり変更されたことを識別することが可能です。こうしたチェックを他のモデル アドバイザー チェックと組み合わせて、モデルを体系的に解析することができます。

コードのレビュー

Embedded Coder™HDL Coder™ または Simulink PLC Coder™ を使用してモデルからコードを作成すると、ソース コードのコメントやコード生成レポートのハイパーリンクとして、要求仕様ラベルを添付することができます。コード生成レポートのハイパーリンクを使用すると、コードから要求仕様に直接ナビゲーションすることが可能です。

Requirements Management Interface をサポートしてリンクやトレーサビリティを提供するサードパーティの要求仕様管理ソリューションについては、MathWorks Connections Program をご覧ください。

Annotated source code, created with Real-Time Workshop Embedded Coder, showing hyperlinks to requirements.
要求仕様へのハイパーリンクを示した、Embedded Coder で作成された注釈付きソース コード。

モデリングルールの準拠性チェック

Simulink Verification and Validation は以下の各チェックを提供します。

  • MathWorks Automotive Advisory Board
  • DO-178B
  • IEC 61508 (ISO 26262)
  • 要求仕様の整合性

モデル アドバイザーでは、個別のチェックや一連のチェックを実行できます。各チェックには、矛盾を解決するための詳しいドキュメンテーションや推奨事項が添付されています。チェックによっては、コンフィギュレーション オプションが追加されているものもあります。

Violation in highlighted model block found through modeling standards checks in Model Advisor.
モデル アドバイザーのモデリングルールチェックで発見され強調表示されたモデル ブロックの違反。

モデル アドバイザーの設定エディターを使用してチェックを変更することができます。これによって以下を実行できます。

  • チェックの組み合わせの選択
  • 特定のチェックを新しいコンフィギュレーションとして保存
  • 既存のコンフィギュレーションからチェックをインポートして適用
  • コンフィギュレーションにカスタム チェックを追加
  • コンフィギュレーションをエクスポートして実装

スクリプト API でカスタム チェックを作成することができます。カスタム チェックの例は、製品ドキュメンテーションに記載されています。

適合性チェックを自動化するには、Parallel Computing Toolbox™ を併用して 1 台または複数のマシンでバッチ モードでチェックを実行することができます。モデル アドバイザー内、または、解析実行後に作成される HTML レポートで結果を見ることができます。

Simulink DO Qualification Kit を使用すると、DO-178B または DO-254 認定プロジェクトで使用されるモデル アドバイザーの DO-178B チェックの適格性を確認することができます。

コンポーネントのテスト

Simulink Verification and Validation は、モデル内の参照モデル、サブシステム、Atomic サブチャートの解析やシミュレーションのための API を提供します。コマンド ラインからコンポーネント テスト関数を使用できるほか、コンポーネント テスト関数をMATLAB® スクリプトに組み込むこともできます。

ハーネス モデルの作成

ハーネス モデル作成関数を使用すると、大規模な制御システム モデルで参照される Atomic サブシステムやモデルを分離して、追加のテストや解析のためのハーネス モデルに抽出することができます。開発中のコンポーネントを網羅的にテストする場合や、システム モデルの残りの部分がシミュレーションの際に利用できない場合に、ハーネス モデルを使用することができます。

ハーネス モデル作成関数によって、複雑で深くネスティングされたバスを含む、ルートレベルの入出力のインターフェース コンフィギュレーションを自動化することができます。外部データ ストアなどのサブシステムの依存性は、ハーネスに統合され、新しいモデル入力と関連付けられます。必要な信号ラベリングや接続は、テスト中のコンポーネントの属性に自動的にマッチングされます。

データのロギング、インポート、オーサリング

データ ロギング関数を使用すると、閉ループ シミュレーション中に入力信号を取得し、そこで記録されたテスト ベクトルを、ハーネス モデルのシミュレーションに再使用することができます。基本的なデータ フォーマットは Simulink Design Verifier™ と互換性があるため、Simulink Design Verifier で提供されるテスト作成機能を使用して、テスト ケースをさらに作成することができます。

ハーネス モデルを作成する際には、モデル ハーネス作成関数を記録されたデータに統合し、それを Signal Builder ブロックにインポートして編集することができます。

Signal Builder ブロックが含まれているハーネス モデルは、デバッグや詳しい解析に使用できます。Simulink Signal Builder ブロックを使用すると、グラフィカルにテスト ベクトルを編集したり、ドキュメントのスプレッドシートから既存のテストデータをインポートしたりすること可能です。

Workflow in Simulink Verification and Validation utilizing component testing functions to augment tests done on the control system model and to verify the model and code in the simulation.
Simulink Verification and Validation による、コンポーネント テスト ワークフロー。このワークフローでは、製品のコンポーネント テスト関数を利用して、制御システム モデルで実行されるテストを補完したり、シミュレーション内のモデルやコードを検証したりすることができます。

テストの実行

テスト実行関数を使用すると、モデルや、シミュレーション、SIL、PIL モードで作成されたコードに対するテスト ケースの実行を自動化することができます。SIL や PIL モードでは Embedded Coder が必要です。

コンポーネント テストの結果をデータ インスペクターにインポートして、詳しく解析することができます。また、モデル カバレッジ ツールやコード カバレッジ ツールにテスト実行関数を統合して、テストの完全性に関する追加情報を収集することができます。

テストと要求仕様のリンク付け

Signal Builder ウィンドウの要求仕様ペインから、Signal Builder のテスト ケースを、機能要求仕様やテスト プランなどの外部ドキュメントとリンクさせることができます。さらに、個々のテスト ケースにアサーションを割り当てて、パス/失敗の結果を自動的に解析することができます。

Using the Simulink Signal Builder block to link test cases with verification blocks and requirements.
Simulink Signal Builder ブロックを使用して、テスト ケースを検証ブロックや要求仕様とリンク。検証ブロック設定ペインと要求仕様ペインが表示される。

モデル カバレッジの測定

Simulink Verification and Validation では、論理状態、スイッチ、ルックアップ テーブル補間区間、サブシステムなど、デザインの未試験要素を表示するモデル カバレッジ レポートを作成できます。こうしたレポートは HTML ドキュメントとして公開され、構造カバレッジに関する業界標準の指標を使用しています。これには、モデルに関するカバレッジ情報も表示されるので、未達カバレッジのモデルを横断したり、それに関連する要求仕様にナビゲーションしたりすることができます。こうして、カバレッジの目標を達成するために、要求仕様、テスト ケースまたはデザインを変更する必要があるかどうかを判定することができます。

Model coverage report for a group of test cases run in simulation.
シミュレーションで実行される一連のテスト ケースのモデル カバレッジ レポート。

Simulink Verification and Validation では、次の 8 個のモデル カバレッジ測定指標が提供されています。

循環的複雑度は、モデルで作成されたコードの McCabe 複雑度測定値を近似して、モデルの構造的複雑度を測定します。

判定カバレッジは、Simulink Switch ブロックや Stateflow の状態など、モデルの決定ポイントを表現する項目を検証します。

条件カバレッジは、論理ブロックや Stateflow 遷移など、入力の論理的組み合わせを出力するブロックを検証します。

修正条件判定カバレッジ (MC/DC) は、RTCA DO-178B で定義されたように、セーフティ クリティカルなソフトウェアを解析し、論理入力だけで出力が変更されたかどうかを判定します。

ルックアップ テーブル カバレッジ (LUT) は、各補間区間における利用頻度を記録します。(テスト ケースは、それが各補間区間や外挿区間を 1 回以上実行する場合に、カバレッジ全体を記録します。)

信号範囲カバレッジは、全部の Stateflow データ オブジェクトについて、各ブロック出力ごとのシミュレーション中に作成される最大値と最小値を表示します。

信号サイズ カバレッジは、モデル内の全部の可変サイズ信号について、最大値、最小値および割当サイズを記録します。レポートには、可変サイズ出力信号があるブロックのみが記載されます。

Simulink Design Verifier カバレッジは、Simulink Design Verifier のブロックと関数のモデル カバレッジ データを記録します。

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