HIL第2讲，零基础教程，HIL来源和实时系统

第二谈，本节详细讲解HIL的历史，并讲解什么是实时系统，读者本节之后，读者不应学会自行分析自己的测试对象，想到必须不必须实时系统，以及，必须什么样的实时系统，还可以对自己的测试对象的实时性，做到一些非常简单的评估。上一节我们总体上聊了本系列文章的目的，从本谈开始，我们转入正题。

本节，我们聊聊HIL系统的起源，以及什么是实时系统。HIL系统很得意，但是它是怎么问世的呢？我们假设该稍文章的读者都具备单片机的概念（汽车上的控制器就是一个加强型的单片机），那么回忆起一下，大学时候，我们是怎么在硬件层次上测试单片机呢？一般都是，从淘宝上卖个开发板或者自己做到一个开发板，把代码火烧进来之后，把单片机外设的IO输出用导线印出来，把导线的另一端跟电源或者地点控一下又一下，跟电焊似的，建构数字信号输出，看单片机的反应如何。对于单片机的输入，我们一般是拿个示波器测试PWM波，或者拿个万用表测数字量输入。总之，单片机必须什么，我们就给它建构什么，单片机输入什么，我们就想要办法检测什么。

上个世纪80年代之前，全世界范围内还没新能源车，燃油车上的控制器也很少，没ABS、ESP、SPB、气囊、ADAS、雨量传感器……，汽车控制器的研发还是很非常简单的，所以，还是只得可以按大学单片机的作法来研发的。但也正是上个世纪80年代起，汽车技术蓬勃发展，大量的新技术和电子产品开始引进到汽车中，整车的复杂度大大提高，这在提升了汽车的安全性、舒适性的同时，也大大增加了汽车研发的工作量，开发周期显得更长了。

在这个时候，在汽车起源的地方，锐意进取的日耳曼人再行一次走在了世界的前茅，HerbertHanselmann博士在UniversityofPaderborn正式成立了dSPACE公司，并同时公布了两款划时代的产品：较慢原型、HIL。附图一张创始人的画像：这两个产品相互合作，极致解决问题了当时乃至今天依然不存在的两大难题：1、我作好了软件，但是硬件还须要时日，样车慢下线了，怎么能去找一个控制器，把软件火烧进来，装有到车上替换我的硬件，再行顶一下，别耽搁车辆工程进度；2、我的软件、硬件都作好了，软件也火烧进来了，在装车之前，我想要再行在测试环境中对它展开精细地检查和测试（却是在车上很难建构各种逻辑条件，覆盖率较低），最差能让我实在看起来知道在操作者一辆车。dSPACE公司是HIL产品乃至HIL概念的发明者，时至今日仍是这个领域全球最杰出的运动员，追随者、模仿者有一大批，比如ETAS、NI，以及其他一众叫不上来名字的小公司。师子一号的此系列文章，只闲谈HIL，较慢原型不讲。

当年，dSPACE的HIL，主要是针对发动机控制器（EngineControlUnit）ECU的，所以，当下全世界大多数HIL设备，都具有发动机的灵魂，冥想一起，或许有一股淡淡的汽油味。整车模型、故障注入、实时系统……这些概念全部都是因为当年测试发动机而做出来的，针对发动机控制器ECU盾测试，这些东西基本上都是是必需的。再行说道第一个，什么是HIL领域的实时系统？师子一号对它的定义为：操作系统掌控板卡输入或者输出信号，仅次于时延是高效率的，这就是实时系统。

它和“运营速度快”不是一个概念，特别强调的是可靠性可控性。我们打个比方，公司八点半下班，有两位员工，都一挺勤快，甲每天大约都是8点20到，乙在多数情况下，都是8点10分之前到。

但是，甲根本没耽误过，迟于也是8点29，而且，我们分析甲的睡觉时间，通勤方式……也显然坚信他以后也并不大可能会耽误；而乙，就不是了，他在多数情况下都能早早到公司，但他有时候不会耽误，甚至，下大雪了时候，还可能会临时休假甚至旷工。在这个例子中，8点30，就是仅次于时延，也是辨别在该场景下是不是实时系统的标准，实时系统是比较某一标准而言的，一个系统在汽车行业是动态的，到了航天领域有可能就不是动态的了。很显著，甲员工就是实时系统，而乙不是。

实时系统主要有linux－RT、Vxworks等类型。那，为什么发动机ECU测试必须实时系统呢？答案在于ECU处置的信号很类似，氧传感器、爆震传感器、曲轴凸轮轴方位传感器；点燃掌控……这些都是以一定频率变化的，假如，我们想要通过板卡的pin，输入给ECU的某一输出pin右图右图的信号（横轴代表时间，数轴代表电压），当然，这是理想信号。如果我们使用实时系统，那，我们虽然无法确保信号的实际时序曲线和图中几乎一样，但能确保是在它高效率的附近，从而符合ECU对该信号的时间延迟的定义及拒绝，保证ECU不察故障（这些故障是ECU构建定义好的、ECU软件早已构建了）；如果我们使用非动态的单核系统，则有可能当我们在这个系统上同时展开别的操作者时，比如用matlab展开建模分析，造成进程冗余，上图某个点的信号经常出现较小时间后武，远超过了ECU的时延，从而造成ECU报了故障。

而且，请求读者留意一点，上图这个周期为6．28秒，一周期变化20次的信号，靠人工操作者是不有可能构建的，必需通过软件，而且是运营在实时系统上的软件。这个所谓的软件，就是“整车模型”的一部分。下一讲师子一号将不会详尽说道说什么是整车模型。

上面这个例子，明晰展出了所谓实时系统的起到。当年dSPACE公司大力实行实时系统，是因为没有它敢，而且多核处理器还没出生于。所以，HIL系统就出了那副样子，两个主机，一个主机装有上实时系统，出了一个大号的单片机，然后用它作为标准，去给另一个增强型的迷你单片机获取输入输出信号；另一个主机是一个普通PC，做到一些文档编辑、测试用例设计操作者的工作，两个主机之间一般通过网线通讯。可是，时代是不会变化的，CPU、操作系统的技术也是大大升级的，现在的多核CPU，早已几乎可以通过软件对普通windows系统展开动态化，仍然必须两台独立国家主机了。

而且，并不是所有的控制器都像ECU那样，有这种低时间特性的信号，必须实时系统来测试。比如VCU、HCU、BMS、BCM、FCU、网关……普通的单机win7系统几乎绰绰有余。我们必须实时系统，是因为，如果信号延后了，被测对象要报错，基本无法再行长时间工作。

而这样的“报错”，对被测对象而言，是一个长时间且必需的功能。所以，想到被测对象否有这样的“时延检测”功能，是我们辨别否必须实时系统的最重要的依据。经综合考虑到，本系列文章主要谈单主机普通PC、WIN7系统的HIL，和双主机的HIL。

普通win7系统的动态化技术，可以成本极低的实时系统，但在汽车行业较为小众，不做到讲解，读者可自行研究。可是，为什么“两台主机”这种架构的HIL系统，依然是HIL供应商直言的呢？哪怕你测量个BCM，也给你促销这种架构。

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