基于模型设计如何加速科技创新

在科技飞速发展的今天，工程师和科学家们不断面临新的挑战和机遇。MathWorks 作为全球领先的数学计算和仿真平台，始终站在技术创新的前沿，推动各行各业的技术进步。从能源、汽车、医疗到通信，MathWorks 的基于模型设计（MBD）方法论正在改变着传统的工程设计和开发流程。

本文将探讨基于模型设计在不同的应用场景中如何加速科技创新的步伐，如从桌面到云端的安全可靠的嵌入式软件开发，燃料电池系统和电动汽车热管理系统仿真等等。

创新场景：从桌面到云开发安全可靠的嵌入式软件

在技术创新过程中，使用工具和方法必须能应对当下面临的挑战和技术发展趋势。传统的MBD以模型为中心，在桌面环境中进行模型设计、分析、验证，以及从模型生成嵌入式代码。现代的系统越来越复杂，导致模型及开发团队规模越来越大，系统开发也从桌面环境逐步向云端扩展，即基于云的系统开发和运维（DevOps）。基于 MBD 如何从桌面拓展到云端，以及在云环境下如何实现 MBD 自动化？参加 MATLAB 深圳创新力研讨会详细了解 MBD 全流程及通过 CI/CD 实现 MBD 开发从桌面向云端的拓展。

使用基于模型的设计开发从桌面到云的安全可靠的嵌入式软件

李敏， MathWorks 中国

经典场景：利用多物理域仿真技术构建燃料电池系统

随着“双碳”的加速落地，它所倡导绿色、环保、低碳的生活方式引导绿色技术不断创新，持续推东产业结构和能源结构调整，也带来了汽车驱动系统的持续变革。在乘用车领域，电池电动系统（BEVs）的电气化趋势日益明显，而在轻型与重型商用车领域，燃料电池能则体现出优势，即具有更低的重量和更少的充电时间，这对于商用车来说至关重要。在燃料电池开发过程中如何使用 MBD 加速技术探索？使用 MathWorks 提供的 Simscape 物理建模工具对燃料电池系统建模及选型，以及控制器模型，完成电池及控制器全系统建模，覆盖了机、电、液及控制系统的相互作用及其潜在的技术限制，并模拟了系统性能表现。这种多物理域仿真工具不仅为燃料电池系统的设计提供了新的视角，也为商用车领域的电气化转型提供了强有力的技术支持。

利用多物理域仿真技术构建燃料电池系统

王梦佳， MathWorks 中国

经典场景：车载热管理系统仿真

随着电动汽车在全球范围内的快速发展，高效的热管理系统对于提高车辆性能、延长电池寿命以及增强乘客舒适度变得至关重要。仿真则是热管理这个跨学科课题研究的重要工具。如何使用正向开发，从简单到复杂搭建整车热管理模型进行仿真，如何通过外置监督来监测系统效果和性能，如何在开发各阶段通过仿真来迭代设计、优化整车能耗及测试验证控制算法？ MathWorks 提供的系列工具能够帮助工程师直观地构建和分析电动汽车的热管理系统，包括电池冷却、电机和电力电子的热管理，以及乘客舱的温度调节。

车载热管理系统控制的外置监督探索

黎家业，广汽研究院

经典场景：从手动编码到自动代码生成加速嵌入式系统开发 

在传统的嵌入式系统开发中，手动编写代码通常是一个耗时且劳动密集的过程。基于模型的设计，可以直接从模型自动生成代码，节省了人力和时间投入。在软件最终部署到嵌入式硬件中，还需要和底层软件集成，配置硬件。为加速这一过程，MathWorks 及合作伙伴提供一系列硬件支持包，如针对意法半导体公司的 STM32 处理器 STM32 Processors 和 STM32 Nucleo 的硬件支持包。通过这些工具，算法和底层硬件模块可以快速地在模型中构建并进行多种测试，并直接转换成高质量的产品级代码，无缝部署到 STM32 微控制器上。这种方法不仅加快了产品的开发周期，还有助于降低由人工编码引入的错误。

使用 MATLAB/Simulink 加速基于 STM32 的驱动系统开发

邓湘怡 意法半导体研发（深圳）有限公司

创新场景：破解嵌入式软件难题 —— 保障产品质量

产品质量是企业的生命线，而软件质量是产品质量的重要组成部分。保证软件特别是嵌入式软件系统的稳定、可靠、安全是企业始终追求的目标。嵌入式软件的开发由于受到微处理器、RAM 、ROM 和 IO 等硬件环境的影响，其调试、问题定位和测试验证都很难像桌面或服务器软件开发那样便捷。当我们在系统集成和确认测试阶段遇到一些棘手的问题，经常是食不甘味夜不能寐。

以测试用例驱动的单元测试，或者以代码规范和常见错误检查为目标的人工评审或工具检查验证手段，能帮助我们解决一部分问题，如高覆盖度的单元测试/回归测试，至少能确保基本功能的正确性，对编码规范的检查或多或少能消除一些低级错误。

结果如何？现实案例不断打击程序员和管理者，该做的都做了，遗漏在所难免。如果在系统验证阶段未能发现，产品发布出去，面临的必然是召回和巨大的损失，甚至危及企业形象。

嵌入式软件质量难题里，尤其是在复杂算法或业务逻辑代码中，常常有以下情形中的一种或多种：

单元测试不仅要打桩，还要写测试用例，（不涉及功能安全的情况下）常常只到函数覆盖

防御式编程带来过度设计，增加代码的复杂度，不仅消耗有限的硬件资源，还进一步降低了测试的覆盖率，而如何保证防御式编程本身不过度也是一种艺术

测试发现访问越界或资源泄漏，极难定位

一般的分析工具的报告大量报警，真假难辨，评审耗时耗力

测试发现数值计算错误（溢出/除零等），解决了 n 处，还有没有遗漏，完全没信心

保证交付的产品稳定、可靠、安全是嵌入式设备开发企业的始终追求，如何在有限条件下，破解嵌入式软件质量的难题是软件开发与测试团队必须应对的挑战。

破解嵌入式软件难题——解决量产产品中的小概率软件 BUG

严小商，MathWorks 中国