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Le Model-Based Design enseigné à Politecnico di Torino

Le Model-Based Design enseigné à Politecnico di Torino

Par Massimo Violante, Politecnico di Torino

Dans la région de Turin, en Italie, il y a une forte demande pour les ingénieurs d’acquérir les compétences et les connaissances nécessaires à l’élaboration de logiciels embarqués souvent complexes. Le besoin est particulièrement aigu chez les constructeurs automobiles, mais elle affecte également l’avionique et d’autres industries. Les entreprises cherchent des ingénieurs qui peuvent livrer un logiciel sophistiqué en conformité avec les normes de sécurité telles que l’ISO 26262 et DO-178B tout en respectant les exigences de qualité et de délai de production.

Pour répondre à cette demande, Politecnico di Torino a introduit le cours Model-Based Software Design, un cours pour les étudiants de cinquième année qui combine des conférences et des exercices pratiques avec des séminaires animés par des experts de l’industrie locale. En utilisant MATLAB ®, Simulink ®, Stateflow ®, et Embedded Coder ™, les étudiants apprennent à gérer la complexité croissante des systèmes embarqués d’aujourd’hui en concevant et en simulant un modèle exécutable; en le validant, testant et déboguant rigoureusement; et en générant le code pour une cible temps-réel. En favorisant la collaboration et le partage des connaissances entre les universités et l’industrie, le cours aide à préparer les étudiants aux défis techniques auxquels ils seront confrontés dans leur futur métier.

Objectifs du cours

Le cours a été présenté il y a un an pour couvrir des sujets pas entièrement traités par les programmes “électronique”, “calculs” et “mécatronique”, et pour mieux préparer les étudiants à des carrières techniques dans les industries locales, principalement pour l’industrie automobile.

Il est souvent dit qu’il y a une pénurie d’ingénieurs qualifiés qui peuvent appliquer le Model-Based Design pour le développement de systèmes embarqués. Les entreprises voient l’intérêt d’utiliser cette approche, mais ont peu de temps et de ressources pour former des ingénieurs en interne. Dans l’élaboration du cours, l’objectif était donc de préparer les étudiants à entrer dans ces rôles et être immédiatement productifs. Comme ce cours est indirectement bénéfique pour les industries locales, de nombreuses entreprises ont convenu de soutenir le cours par l’envoi d’ingénieurs pour animer des séminaires et des présentations sur leur travail.

Enseigner la modélisation, la simulation et la génération de code

Le cours débute par une série de conférences sur l’utilisation de la modélisation et de la simulation comme le cœur du processus de développement des logiciels embarqués. Les facteurs de motivation des entreprises à adopter cette approche sont expliqués, notamment la croissance rapide de la complexité des systèmes en cours de développement, la réduction des temps de mise sur le marché de produits et le coût élevé de défauts trouvés tard dans le développement.

Ensuite, une description de la façon dont se fait le Model-Based Design avec MATLAB et Simulink permet aux ingénieurs de modéliser des systèmes complets, de valider la spécification du système et la fonction développée grâce à la simulation, et de générer automatiquement des cas de test et le code embarqué.

Dans un exercice, les élèves utilisent le Model-Based Design pour construire un système d’aide au stationnement. Le système comprend un capteur de proximité, un contrôleur fonctionnant sur un système programmable Cypress sur puce (PSoC ® 5, fournie à Politecnico di Torino par l’Alliance Universitaire Cypress), et un tableau de LED qui s’allume lorsque le capteur de proximité approche un obstacle.

Le logiciel de contrôle est entièrement développé dans Simulink et Stateflow à l’aide de diagrammes d’état et d’une table de vérité.[image_frame style=”framed_shadow” align=”center” alt=”Diagramme Stateflow et table de vérité Mathworks” title=”Diagramme Stateflow et table de vérité Mathworks” height=”400″ width=”250″]https://www.car-engineer.com/wp-content/uploads/2013/01/Mathworks-Statflow-chart-and-truth-table.jpg[/image_frame]

Après la simulation et la vérification de leurs conceptions, les élèves utilisent Embedded Coder pour générer du code temps-réel pour la cible Cypress PSoC. Ils couvrent ensuite la vérification et la validation de la fonction, ce qui permet de faire une transition sur une série de conférences dédiée à la norme ISO 26262.

Travailler avec l’ISO 26262, AUTOSAR, et d’autres standards

De nombreux constructeurs automobiles doivent se conformer à la norme ISO 26262, une norme de sécurité fonctionnelle pour les systèmes embarqués. Malgré sa prévalence dans l’industrie, l’ISO 26262 est un nouveau concept pour les étudiants, qui n’ont jamais eu à suivre des règles régissant la façon dont ils conçoivent et construisent un logiciel. Au cours de plusieurs conférences, et avec le soutien du Professeur Maurizio Morisio, une introduction aux normes de sécurité dans le monde réel est fournie, incluant ISO 26262, IEC 61508 et DO-178. Les élèves apprennent que développer en respectant ces normes nécessite un travail supplémentaire, mais que les ressources disponibles et l’automatisation, tels que des kits de qualification, peuvent aider à réduire l’effort nécessaire. Par exemple, le kit de qualification DO (pour DO-178) et le kit de certification IEC (pour les normes ISO 26262 et CEI 61508) sont présentés, ainsi que la façon dont ces produits peuvent rationaliser le processus de certification au sein du Model-Based Design.

Comme l’ISO 26262, l’architecture AUTOSAR est un concept qui est à la fois nouveau et immédiatement utile pour de nombreux étudiants une fois diplômés. Les élèves apprennent que, avec une structure en couches, la fonctionnalité SW peut être découplée des composants HW dont elle dépend. Ils comprennent alors que les modèles leur permettent de comprendre et de simuler le comportement d’un composant logiciel AUTOSAR et de générer du code pour les environnements AUTOSAR.

2013’s course will include additional hands-on lab exercises, enabling students to see more of the systems they design and develop in Simulink running on embedded systems.

© 2013 The MathWorks, Inc. MATLAB et Simulink sont des marques déposées de The MathWorks, Inc. Voir www.mathworks.com/trademarks pour une liste des autres marques déposées. D’autres produits ou marques peuvent être déposés ou être des marques déposées de leurs détenteurs respectifs.

Cet article a été édité avec la permission de MathWorks et Politecnico di Torino

[titled_box title=”L’avis de Romain Nicolas :”]

Je ne suis pas objectif quand je parle de cela parce que je travaille dans ce domaine. Quoi qu’il en soit, je pense que c’est une très bonne chose d’offrir aux étudiants la capacité de se préparer à ce qu’ils devront faire dans l’industrie. En effet, la maîtrise de Matlab / Simulink n’est pas suffisante dans l’industrie, il y a un besoin de se conformer aux standards de modélisation, d’adapter sa façon de modéliser aux règles de l’entreprise, et aussi tenir compte de contraintes telles que la génération de code ou la gestion de configuration. J’aurais vraiment apprécié suivre ce cours. Ma seule question est : considèrent-ils uniquement les contraintes automobiles ou aussi celles des systèmes avioniques ou de chemin de fer?

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