過渡適合試験を統一する環境のご提案
コンカレント日本株式会社
営業部 森脇達仁
株式会社 日本ヴィアイグレイド
コンサルタントエンジニア 吉井亨
2010年 5月13日

本日のアジェンダ
会社紹介
今日のモデルベース開発の課題
SIMulation Workbench（SWB）の概要
提案：シームレスな開発環境での過渡適合試験
成功事例のご紹介

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary2

会社案内：コンカレント日本㈱リアルタイム・コンピューティング技術でミッションクリティカルなご要求にお答えする。
社名：コンカレント日本株式会社
本社：Concurrent Computer Corporation（米国 アトランタ）
海外拠点：イギリス、フランス、ドイツ、オーストラリア、香港、中国
事業部：Video On Demand、サードパーティ製品、リアルタイム システム

コンカレント…シミュレーション、試験、データ収集、プロセス制御そしてビデオ・オン・デマンドで最も早くから最も信頼されています。

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary3

会社案内：コンカレント日本㈱40年に及ぶリアルタイム・ソリューションの取り組み
Real- Time Proprietary
Systems Manufacturer

Systems Integrator

SI and Software
Provider

1966

1996

2006

real-time OS

real-time UNIX

real-time Linux

RedHawk™ real-time Linux

9年以上に及ぶ進化型開発ワールドワイドに数千のお客様

時間制約の厳しい分野へ、高い決定性と最小遅延のLinuxを供給

COTS 使用の経済性

オープンソース OS

航空宇宙・防衛分野の現場で実証された実力13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary4

会社案内：㈱日本ヴィアイグレイド
VI-grade gmbh
 概要
自動車、二輪車、鉄道、航空分野向けの、車両運動シミュレーションソフト ウェアとエンジニ アリングサービスを提供。

 本社
ドイツ Marburg （開発拠点:イタリア Udine）

 沿革
2005: MSC. Softwareからのスピンオフとして、ドイツに設立
2006: Italy, US, 日本にダイレクトオフィスを設立。
電通国際情報サービスと代理店契約を締結
DACH, Italy, USはMSC.Softwareの代理店として契約
2007: 10カ国以上もの会社とパートナーシップ契約を締結
第1回 VI-gradeユーザーコンファレンス in Marburgを開催
2008: 全世界、7カ国で25人の従業員

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary5

本日のアジェンダ
会社紹介
今日のモデルベース開発の課題
SIMulation Workbench（SWB）の概要
提案：シームレスな開発環境での過渡適合試験
成功事例のご紹介

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary6

今日のモデルベース開発の課題（１）【成果１】
各開発フェーズでのツール、特に制御プログラム開発にフォーカスしたシステムは充実。
【課題１】
REAL WORLDとVARTUAL WORLDを区別しない環境に乏しい。
 制御プログラム開発の現場で、要求仕様に基づいた適合のチェックが甘い？
 HILSで初めて不具合が発覚。

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary7

今日のモデルベース開発の課題（１）
要求定義レベルの制御対象モデル
 部品特性レベルでのモデリング 詳細設計用
 高周波領域検討用
要求定義

仕様書、試験ケース

ソフトウェ
ア設計

MILS

モデル作
成検証

SILS

ハードウェ
アプロトタイプ

HILS
SILS/HILSレベルの制御対象
モデル TEST
 特性が継承されているか？
 アルゴリズムは同一か？
コード検 網羅性はどうか？
証

コード生成
コード生成レベルの制御対象モデル
コード自動 簡易モデル？
生成ツール
 そもそも過渡適合試験を実施
レガシーしているか？
コードコードカバレッジ
判定ツール

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary8

今日のモデルベース開発の課題（２）【成果２】モデル上流からHILSまで実行可能な仕様書・試験ケースを使用。
【課題２】
要求仕様へのトレーサビリティは確保されたか？
試験環境の一貫性は確保できたといえるか。
 タイミングやジッタは？
 条件発生やソルバーは同じアルゴリズム？
 測定環境は同一？

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary9今日のモデルベース開発の課題（２）
MILSもSILSもHILSも最終的には要求定義への妥当性へ帰着する。
ハードウェ 要求定義へのトレーサビリティ。
アプロトタイプ
 しかし、MILSもSILSもHILSも異なるツール!?

要求定義

仕様書、試験ケース

ソフトウェ
ア設計

HILS
TEST

MILS

モデル作
異なる測定環境でトレーサビリティ
成検証

SILSを確保するためには？
 正しいキャリブレーション。
 正確な測定タイミング。
コード生成
 測定精度（桁数、誤差等）の考察。

コード検証

レガシー
コード

コスト増加？
もし、確保されていなけ
れば・・・・、
 大きな不具合にも通じる可能性。

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary

10

今日のモデルベース開発の課題（３）【成果３】
成果物をMATLAB®/Simulink®モデルの形式で管理。
【課題３】
部分適合時、レガシーコードとの機能・I/Fの整合チェックが困難。
 レガシーコードを、MATLAB®/Simulink®モデルにリバース生成する必要あり。（コスト・時間増）
 リバースモデルから生成したコードの復元率？

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary11

今日のモデルベース開発の課題（３）

ハードウェ
アプロトタイプ

要求定義
リバースモデルは、
 生成の為にコストと時間がかかる。
 生成したモデルとレガシーコードソフトウェの妥当性の評価が必要。
ア設計
 リバースモデルから生成したコードはレガシーコードに復元？

HILS
TEST
コード検証

モデル作
成検証
コード生成

リバースモデルレガシー
コード

レガシーコードはモデル検証に使用できない！
 再利用/資産化するためにMATLAB®/Simulink®
モデルへ。

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary12本日のアジェンダ
会社紹介
今日のモデルベース開発の課題
SIMulation Workbench (SWB) の概要
提案：シームレスな開発環境での過渡適合試験
成功事例のご紹介

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary13

SIMulation Workbench (SWB) の概要
SIMulation Workbenchとは…
 SIMulation Workbenchは、新しいコンセプトの『Real-Time
Data Base（RTDB）』を中心に、シミュレーションプロセスおよびI/Oタスク、データロギングなど全てのタスクのデータ中継点「ハブ」としての役割をはたすプラットフォームです。
FBS
Sch e duler
Fram e C ycle

 『リアルタイム Linux
RedHawk』 をベースとすることにより、実時間に即したリアルタイム・シミュレーシ
ョンが可能です。

Sub Cycle

Sub Cycle

Sub Cycle

Sub Cycle

DeviceIn p ut

TD L(user pro gram )Sim ulink
R TW m o d el

DeviceO utp ut

RTD B
Re al Tim e Data BaseO utp ut Data
L o gging

In p ut Data
L o gging

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary

14SIMulation Workbench (SWB) の概要
マルチモジュール＆インタフェースとの結合
 MATLAB®/Simulink®

※ Linux版MATLAB®/Simulink®及び RealTimeWorkshop ®が必要。
SWBの環境よりコード生成、コンパイル実施

 C/C++のユーザコード
 外部ソルバー（Vi-CarRealTime）
 I/Oインタフェース（A/D,D/A,DI/O,CAN,FlexRay etc.）
全てのモデルパラメータとシミュレーシ
ョンに必要なI/O信号の入出力名を、メ
モリ常駐型リアルタイムデータベース（RTDB）へ登録
シミュレーション変数がSimulink® あるいはユーザ記述コードのモデルアドレ
ス空間にマップされます.
I/Oポイントとモデルパラメータを簡便に再マップできる、GUIコントロールパネルを用意。

FBS
Sch e duler
Fram e C ycle
Sub Cycle

Sub Cycle

Sub Cycle

Sub Cycle

DeviceIn p ut

TD L(user pro gram )Sim ulink
R TW m o d el

DeviceO utp ut

RTD B
Re al Tim e Data BaseO utp ut Data
L o gging

In p ut Data
L o gging

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary15

SIMulation Workbench (SWB) の概要
使い方は簡単（ MATLAB®/Simulink® ） Simulink®上のinput/outputを…
 コンカレントが提供する、Library Blockから…
 ”RTDB̲In”、”RTDB̲Out”を変更、 “RTDB”を追加し
 ”RTDB̲In”、”RTDB̲Out”に名前をつけるだけ

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary16SIMulation Workbench (SWB) の概要
RTWによるモデルのコンパイルを実施
 作成したSimulinkモ
デルを呼び込み。
 RTWによるコード生
成と実行可能モジュール作成
 モデルのデータベース（RTDB）へのマップ.

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary17SIMulation Workbench (SWB) の概要
使い方は簡単（ C/C++のユーザコード ） SIMulation WorkbenchのGUIからサンプル・コードを呼んで…
 使用するRTBD上の変数を定義し、コードを埋めるだけ。
サンプルコードの例…
int ccurTDL_start() {int count = 0;
int idx;
float moments[5]={100,50,20,200,5};char mm[128];
ItemValue val;val.Val.Scalar.ll = 0;
val.numElements = 1;
ccurLog_printf(defaultLog,LOG_INFO,"suspension_demo_tdl started");for (;;) {ccurTDL_waitNextFrame();count++;
if ((count % 2000) == 999) {ユーザ
idx = (float)rand()*4.0/RAND_MAX;
コード
val.Val.Scalar.d = moments[idx];
ccurLog_printf(defaultLog,LOG_INFO,"val:%g", val.Val.Scalar.d);
ccurRTDB_setCVTValueP(long_m,&val);}}
return 0;}

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary18

SIMulation Workbench (SWB) の概要
I/Oマッピングの例
 CAN Bus Message Mapping

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary19SIMulation Workbench (SWB) の概要
ハードリアルタイム環境
 15μ秒の応答をコミットするOSによる、ジッタレスで正確な応答
 1,000点以上のI/O + Simulink®のモジュールが、 500μ秒以内でのシミュレーションサイクル(Sub Cycle)の実績

外部のリアルタイムクロック＆インタラ
プト・モジュールを基準とした、OS独自のFrequency-Based Scheduler が正確なCycleを発生

FBS
Sch e duler
Fram e C ycle
Sub Cycle

Sub Cycle

Sub Cycle

Sub Cycle

DeviceIn p ut

TD L(user pro gram )Sim ulink
R TW m o d el

DeviceO utp ut

MATLAB®/Simulink®モデルやユーザが記述したコードのモデルを同時に複数/マルチレートで実行

RTD B
Re al Tim e Data BaseO utp ut Data
L o gging

In p ut Data
L o gging

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary20SIMulation Workbench (SWB) の概要
Real-Time Viewer を使用して動作の確認
ここで選択したRTDBのItemと変数はモニタ可能

リアルタイム・スケジューラの状態をモニタする

マルチ・コアに割りつけられた各モジュールの実行時間、実行順が一目で確認できる
スケジューラからのメッセージ表示（エラー・コード、ワーニング、etc.）

この表示を、リアルタイム性をこれらの情報確認がリアルタイムに可能
13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary21SIMulation Workbench (SWB) の概要
RTDB変数の表示例

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary22

SIMulation Workbench (SWB) の概要
データロギング＆プレイバック
 結合しているモジュール間で受け渡しされるシミュレーション
データは独立して格納可能
 すべてのシミュレーションデータポイントは個々に、そしてSimulink®モデリング環境とは無関係に記録が可能。

ランタイムフラグとタイムスタンプ、及びハードウェアI/Oの値では工学的単位値まで記録要求されるパフォーマンスによって、データロギングはシミュレーションホスト上、あるいはネットワーク接続された別のサーバ上で走らせることが可能。

FBS
Sch e duler
Fram e C ycle
Sub Cycle

Sub Cycle

Sub Cycle

Sub Cycle

DeviceIn p ut

TD L(user pro gram )Sim ulink
R TW m o d elDevice
O utp ut

RTD B
Re al Tim e Data BaseO utp ut Data
L o gging

In p ut Data
L o gging

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary23

SIMulation Workbench (SWB) の概要
Playback Tool
 記録されたデータを読み込み、 RTDB の中に書き込むメカニズムを提供。
 プレイバック機構はFBSと同期。
 シミュレーションデータのリプレイ
Real Time Host

Data Logger Host
Data Reader

Output Playback
Task
Input Playback
Task

RTDB

２つの同期プロセスがPlaybackを実行。
レコーダに記録された、Input/Outputデータを読み、毎フレームサイクル毎にRTDBへフィードバック

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary24SIMulation Workbench (SWB) の概要
SIMulation Workbenchを支える技術
 SWBはCONCURRENT社の先端技術が支えます。

RedHawk Linuxが実装するFrequency-Based Scheduler
ユーザが周期的な実行パターンでプロセスを軌道することの可能な、高分解能タスクスケジューラ

klinu
ls
Sim odeM

SIMulationWorkbenchLega
M o cy cde odels

triggeriHawkリアルタイム・マルチプロセッサ上で使用する、リアルタイム・ク
ロック&インタラプト・モジュール
タイム・クリティカル・アプリケーションの為に設計・実装

直接RTDBへ接続することのできる外部I/Oボード&ドライバを準備
A/D,D/A,DI/O,CAN,FlexRay,RVDT/LDVT,Resolver 等

FBS

RCIM
I/O boards

CONCURRENT社製プラットホーム
1システムあたり最大8マルチコアCPU
1システムあたり256MB 〜 64GBメモリ

iHawk

CONCURRENT社製、X86系マルチコアサポートのリアルタイムLinux OS
RedHat Enterprise Linux バイナリ互換
シールドされたコア上で、15μ秒以下の応答保証

RedHawk Linux

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary25

本日のアジェンダ
会社紹介
今日のモデルベース開発の課題
SIMulation Workbench (SWB) の概要
提案：シームレスな開発環境での過渡適合試験
成功事例のご紹介

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary26

提案：コンカレントの提案するシームレスな開発環
境での過渡適合RealワールドとVirtualワールドをシームレスにリンクするために…
 MILS、SILS、HILSで同一のソルバーを使用しましょう。可能な限り、制御対象のモデル設計で使用するものとの互換性を考慮しましょう。
 モデル開発/プロトタイピング(設計)/コード生成の各工程で同一のシミュレーション環境下で過渡適合のテストを実施しましょう。

9 手戻りの減少によりコストの低減
9 不要な不具合の混入の低減
9 設計後の突発的な不具合への対応が全ての工程で実施
可能

要求定義レベルの制御対象モデル
 部品特性レベルでのモデリング 詳細設計用
要求定義
 高周波領域検討用

仕様書、試験ケース

ソフトウェア
設計

モデル作成
検証

ハードウェアプロトタイプ

MILS
SILS

コード生成
コード生成レベルの制御対
コード自動 象モデル
 簡易モデル？
生成ツール
 そもそも過渡適合試験をレガシーコ実施しているか？
ード

SILS/HILSレベルの制御対
HILS
TEST
象モデル
 特性が継承されているか？
コード検証 アルゴリズムは同一か？
 網羅性はどうか？

コードカバレッジ
判定ツール

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary27

提案：コンカレントの提案するシームレスな開発環
境での過渡適合要求仕様へのトレーサビリティを確保するには…
 モデル開発/プロトタイピング(設計)/コード生成の各工程で同一の測定環境下で過渡適合のテストを実施しましょう。
 部分適合の確認でも、同一の測定環境下で行うことをお勧めします。

9コストの低減
9不要な不具合の混入の低減
9設計後の突発的な不具合への対応が全ての工程で実施可能

MILSもSILSもHILSも最終的には要求定義への妥当性
ハードウェへ帰着する。
アプロトタイ
 要求定義へのトレーサビリ
プティ。
 しかし、MILSもSILSもHILSも異なるツール!?
HILS TEST

要求定義

仕様書、試験ケース

ソフトウェア
設計

MILS

SILS
モデル作成
異なる測定環境でトレーサビ検証
リティを確保するためには？
 正しいキャリブレーション。
 正確な測定タイミング。
 測定精度（桁数、誤差等） コード生成の考察。
レガシーコード

コード検証

コスト増加？
もし、確保されていなければ・・・・、
 大きな不具合にも通じる可能性。

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary28

提案：コンカレントの提案するシームレスな開発環
境での過渡適合

レガシーコードを活用しながらフル･モデル開発へ移行
するには…
 CコードとMATLAB®/Simulink®モジュールを直接、Loopの中で使用しましょう。
 必要のあるCコードのみMATLAB®/Simulink®モデルへリバースモデリングを実施、資産化しましょう。

9コストの低減
9不要な不具合の混入の低減

要求定義
リバースモデルは、 生成の為にコストと時間がかかる。
 生成したモデルとレガシーコードの妥当性の評価が必要。
ソフトウェア リバースモデルから生成し設計たコードはレガシーコードに復元？
モデル作成
検証

ハードウェ
アプロトタイプ

HILS TEST

コード検証

コード生成

リバースモデルレガシーコード

レガシーコードはモデル検証に使用できない！
 再利用/資産化するために
MATLAB®/Simulink®モデルへ。

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary29

提案：コンカレントの提案するシームレスな開発環
境での過渡適合RealワールドとVirtualワールドをシームレスにリンクするために…
要求仕様へのトレーサビリティを確保するには…
レガシーコードを活用しながらフル･モデル開発へ移行
するには…

Real-Time solvers& Models
13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary30

本日のアジェンダ
会社紹介
今日のモデルベース開発の課題
SIMulation Workbench (SWB) の概要
提案：シームレスな開発環境での過渡適合試験
成功事例のご紹介

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary31

成功事例のご紹介
SIMulation Workbench の生い立ち


航空機のVerification & Validation (V&V)のプラットフォームの要求に答えて開発

コンカレントの高いカーネル技術に裏打ちされた高いハードリアルタイム性能とFBSが使いやすい環境を構築
¾

航空機関係

３社

¾

防衛

２社

¾

自動車

４社(ヨーロッパの自動車メーカが中心)

¾

その他

２社

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary32

成功事例のご紹介
Aviatronics Airbus HIL Test Stands
 Airbus A440M, A320, A340 and A350 hardware-in-the-loop
simulation
 Testing, verification and validation of the Airbus High Lift Systemused to control of wing flaps that generate high lift during takeoff andlanding Seamless integration with MathWorks’ Simulink for rapid modelbased simulation
 Thousands of I/O points and Simulink variables accessible via theSWB Real-time Data Base.
 All operations occur in real-time within a 500 microsecond frame time
 iHawk includes signal conditioning and easy-to-use patch panel

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary33

成功事例のご紹介
Goodrich CH-53K Test Stand

Testing of the CH-53K helicopter’s integrated Vehicle HealthManagement System (IVHMS)

Minimizes aircraft maintenance, eliminates errors and maximizes
flight timeConcurrent solution used for test control both in engineeringdevelopment and in manufacturingSolution based on Concurrent SIMulation WorkbenchI/O includes ARINC 429, MIL-STD-1553, AI, AO, DIO, pulse
generator, resistor simulator, resolver and relay cardsComprehensive test management features

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary34

成功事例のご紹介Lockheed Martin Maritime
 Automation and control systems for U.S. Navy ships
 Laboratory HIL simulation of steering, propulsion, ballast tank balancing andother ship controls
 Uses Concurrent SIMulation Workbench modeling environment
 MathWorks Simulink models
 I/O includes multiple AI, AO, DIO and resistor simulator cards
 RedHawk real-time determinism and FBS scheduling

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary35

成功事例のご紹介
Hirain China
 Hirain offers integrated hardware, software and engineering solutions
for aero/defense, automotive, telecommunications, electronics,education and research Specializes in control system design and simulation, in-vehicle
network design and development, and signal processing Uses an SWB system to teach collage students on how to perform
real-time simulation with MATLAB®/Simulink® on a real-timecomputer.
 System includes AI and RS-232/422 I/O support

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary36

成功事例のご紹介
Audi Automobile manufacturer Audi uses SIMulation Workbench foradvanced cruise control HIL simulation
 All models in Mathworks Simulink
 I/O support includes FlexRay, CAN, A/D, D/A and DIO Supports a FlexRay-to-FlexRay gateway Possible future expansion to steering control simulation

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary37

成功事例のご紹介
VI-grade VI-grade is a developer of engineering simulation software for
automotive, aircraft and rail applications
 Uses a SIMulation Workbench system for running dynamic vehicle
models All models in Mathworks Simulink
 Real-time execution required

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary38

ご視聴ありがとうございました。

http://www.ccur.co.jp

13 May 2010
Concurrent Computer Corporation, Proprietary39