国家可信嵌入式软件工程技术研究中心工程技术业务概要介绍上 …€¦ · 模型驱动的嵌入式软件开发方案 • 易用性 SMAVE for UML模型驱动一体化软件开发平台通过拖拽图形元

国家可信嵌入式软件工程技术研究中心

软硬件协同设计教育部工程中心

上海丰蕾信息科技有限公司

国家可信嵌入式软件工程技术研究中心工程技术业务概要介绍

国家可信嵌入式软件工程技术研究中心 ::: 教育部软硬件协同设计工程中心 ::: 上海丰蕾信息科技有限公司

华东师范大学计算机科学与软件工程学院 2019 Q1 | Confidential

华东师范大学

•上海市高可信计算重点实验室•教育部软硬件协同设计工程中心•上海市可信物联网软件协同创新中心•教育部可信软件国际合作联合实验室•国家软件人才国际培训基地（上海）

•教育部111引智基地•中欧LIAMA中心•教育部“可信软件国际合作联合实验室”•科技部的国家国际科技合作基地“可信软件国际联合研究中心”•上海市普陀区与华东师范大学合作建立“网络空间安全研究院”

国家教育部直属大学双一流A类大学

入选“985工程”、“211工程”

国家首批35所示范性软件学院之一

2016年软件工程排名上海第一、全国第四

华东师范大学

计算机科学与软件工程学院

国家可信嵌入式软件工程技术研究中心全国首家以可信嵌入式软件为主要

研究内容的国家级工程中心



首席科学家介绍——何积丰院士

• 现任计算机科学与软件工程院长

• 中国科学院院士

• 全国优秀共产党员

• 荣获国家自然科学二等奖

• 荣获教育部高等学校自然科学一等奖

• 荣获何梁何利基金科学与技术进步奖

• 荣获法国教育骑士勋章

• 荣获上海市科技功臣奖

• 荣获上海市教育功臣奖

• 荣获高等教育上海市教学成果奖特等奖

• 两次荣获英国先进技术女皇奖



业务布局

3 4

21“大脑”

+IIoT

软件定义控制系统高安全软件开发平台

工业互联网行业应用智能网联车软硬件平台

高安全软件开发平台Trustworthy Embedded Software Development Platform



主要解决方案

建模工具可信计算集成平台仿真验证

SMAVE系列工具形式化理论应用工业控制器开发平台原型仿真与试验平台

System Modeling, Analysis and Verification Environment



高安全嵌入式实时操作系统

兼容OSEK API，高实时高可靠深嵌入式操作系统



可信模型基工控软件开发环境



模型驱动的嵌入式软件开发方案

• 易用性SMAVE for UML模型驱动一体化软件开发平台通过拖拽图形元素进行建模，用户操作起来非常方便。

• 灵活性通过SMAVE for UML模型驱动一体化软件开发平台可对模型进行语法检查，并能通过颜色变换实现模型状态的改变，进而完成对模型的语义仿真，使用起来非常灵活。

• 可靠性SMAVE for UML模型驱动一体化软件开发平台应用形式化语言描述上层设计的软件模型规格来验证系统行为或检测反例。以UML状态机图为中心，将状态机图自动转换为自动机模型，并利用时态逻辑公式通过模型检查工具实现对模型的可靠性检查。

SMAVE for UML



SMAVE Virtual System – 嵌入式虚拟化仿真平台



形式模型仿真技术-半实物模型仿真

通过仿真机可以将计算机仿真中的数字模型调整到与现实世界

同步，实现与现实世界对接做仿真。

• 快速控制原型（RCP)

当控制算法无法确定，仿真机可以模拟控制器与真实的被控对象对接，从而

不断调整，获取最佳的控制算法制作控制器

• 硬件在环(HIL)

当被控对象无法接入时（如电网，航空航天领域）仿真机可以模拟被控对象

与真实的控制器对接，从而检测控制器是否能达到我们预期的控制效果

软件定义控制系统Software-Defined Control System



IntelliSYS工业互联网模块化计算平台

特种小型模块化高性能工业计算平台

采用全模块化设计（混合PCI-E超低延迟与EtherCAT实时以太网）

• 可随意替换主处理器架构（采用COM-Express Type-6国际规范接口）

• 北向可扩展高性能PCI-E计算板卡（支持1553B, 429, 1394等军用总线）

• 南向采用EtherCAT可适配当前所有工业应用模块

• 采用Real-Time Hypervisor技术提高硬件复用度

利用1/6的空间与3/5的价格

实现更高效的工业控制、分析、测试与决策系统



IntelliSYS工业互联网模块化计算平台(工业&车载）

全模块化车辆与特种装备计算平台

采用全模块化设计（采用实时/非实时以太网互联）

• RMU Host可配置主计算模块

• Expansion Type-1可扩展4路功能模块

• Expansion Type-2可扩展1路功能模块

• 规划8种功能模块与1类主控计算模块

按需部署、灵活配置、无限扩展



IntelliSYS工业互联网模块化计算平台

全模块化车辆与特种装备计算平台

• 采用OMG DDS国际规范

• 达成实时带QoS的数据发布订阅目标场景，特别适合实时采集与控制场景

• 兼容ROS2等面向无人驾驶场景软件环境

• 利用发布订阅模式实现组件交互，解除系统耦合，增强系统灵活性

• 利用IDL定义规范数据交换格式



IntelliSYS工业互联网基础软件产品线

30

IntelliSYS Hypervisor

IntelliSYS RTE

IntelliSYS UDE

IntelliSYS APP

裸金属架构Hypervisor，实现可划分硬件资源的高实时执行环境，支持x86、ARM(包括Big-Little架构）、PowerPC平台。可用于：• 虚拟PLC集群• 实现低成本HMI+控制器一体化系统• 实现低成本（显驱控）运行控制一体化系统• 搭建多实例高实时系统

基于开放架构的IntelliSYS组件模型构件，实现高度组件化与可拼装的工业应用组件运行时环境，提供工业外设通讯交互协议栈。可提供高度标准化与可扩展的工业应用执行环境：• 提供IEC 61131国际规范支持• 可连接EtherCAT、Powerlink与TSN等主流工业以太网络• 组件模型规范开放，厂商可控性强• 平台无关，高度可裁剪，高度轻量化

IntelliSYS RTE

采用全图形化、模型化的工业应用开发模型，提供组件式的应用功能配置方式，可用于高实时工业“云”、“端”及“云”+“端”的应用开发：• 支持IEC 61131-3与IEC 61499国际规范及Simulink模型• 支持开放式IntelliSYS组件模型的开发与组装配置• 支持三方功能组件集成• 提供图形化调试功能

可基于IntelliSYS Hypervisor或传统实时系统，提供可集成IntelliSYS RTE的类Docker应用容器，在传统Docker基础上增强了系统实时性、工业以太网协议栈及工业云平台集成支持：• 可运行IntelliSYS UDE开发的Application• 可运行类Docker实时应用• 可调用工业以太网协议栈实现通讯• 内建工业云集成功能库

工业互联网行业应用IIoT Applications



行业应用

SMAVE RTESMAVE RTE 485总线

控制应用显示应用

测控器显控台

武器装备控制器国产化替代与升级工程装备控制系统能源互联网关



网联化控制 - 智能家居控制器与服务平台

• 成功入围2016年上海顶级新盘万

科翡翠滨江、星河湾

• 已兼容包括门锁在内的所有家居

电器部件

• 售价在HAGER控制器的1/2

• 全面利用自主研发嵌入式RTOS

• 建立了虚拟总线通讯规范

• 集成嵌入式机器学习功能

• 集成全系列KNX执行器

南京博世转向机 –集中式软件定义控制

• 满足装配线灵活调整的需求

• 设计扫码枪，视觉，拧紧枪，压装机，机器人，测量系统等控制

• 模块化编程思想，满足设备自动冗余和未来添加新功能的应用

• 分布式控制方式，远程软件定义IO，电控柜集成

• 10型号自由切换，高度柔性化生产，充分满足设备之间的自动切换

• MES自动确认加工型号，完成柔性化生产

南京博世转向机 –集中式软件定义控制

• 满足装配线灵活调整的需求

• 设计扫码枪，视觉，拧紧枪，压装机，机器人，测量系统等控制

• 模块化编程思想，满足设备自动冗余和未来添加新功能的应用

• 分布式控制方式，远程软件定义IO，电控柜集成

• 10型号自由切换，高度柔性化生产，充分满足设备之间的自动切换

• MES自动确认加工型号，完成柔性化生产

利纳马天津 –软件定义追溯产线

• 通过动态定义流程技术实现对工件加工状态，加工信息，加工工艺的追溯

• 有效防止了工序混乱，筛查不合格工件，实现无纸化加工生产流程

• 完成从仓库管理到加工信息全追溯

• 实现项目节拍38s一台。

• PDE/MDE方案，传送所有数据给服务器，自动生成报表，包括拧紧数据，压装数据，检测数据等

• 包括8个全自动工委6个版自动工位和若干手动工位组成

天津大众变速器 –集中式软件定义控制

• 采用先进的控制理念，宝马采用虚拟PLC方案，实现对生产线控制

• 预设激活装配领域所有控制程序，需要何种功能直接软件激活即可使用，实现全软件定义功能

• 设置全新手动界面，在调试中使用PDIAG完成手动界面和所有报警信息的自动生成，无需用户手动编写手动界面和报警信息

• 单一虚拟PLC最多控制多大6个工位，实现低成本控制方案

华晨宝马沈阳发动机 –集中式软件定义控制

智能网联车软硬件平台ICV Software & Hardware Platform



面向智能网联车载计算的开发方法

关键技术

智能算法模型设计方法

智能算法模型性能评估方法

支持可信的车载智能应用开发方法

技术目标

解决车载智能算法的建模理论问题

解决智能算法模型性能的本地评价问题

解决智能车载应用安全的科学问题

模型检查方法流程

模型性能评估可信属性模型



面向车载计算的高可信控制软件开发环境

面向车载计算的高可信控制软件开发环境

关键技术

高可信控制系统设计工具研制

高可信控制系统配置工具研制

高可信控制系统生成工具研制

技术目标

实现可信的车载控制应用的系统设计

实现可信的车载控制应用的资源配置

实现可信的车载控制应用的代码实现



虚拟场景与在环验证技术

智能网联车数字与虚拟平台设计

关键技术

虚拟场景算法验证技术

智能网联汽车在环测试环境构建与模拟测试技术

整车硬件平台虚拟化技术

协同式模型与硬件在环验证技术

技术目标

实现虚拟场景数据的注入与测试

实现高精度的数字仿真环境下汽车功能验证

实现对整车硬件单元进行虚拟化仿真

实现整车功能的实时仿真

数字虚拟场景构建组成



车载功能安全评估体系

关键技术

面向时空约束的安全性质定量描述技术

智能驾驶安全场景建模与分析技术

面向随机环境与可变需求的形式化验证评估技术

面向多安全目标的仿真测试评估技术

技术目标

满足时间和空间信息的安全性质表示方法的建模和推理

保证场景变化时，评估结论可以复用

给定场景下对计算、通信和控制行为进行形式化验证评估

测试系统功能满足预先描述好的安全性质以及场景模型功能安全评估体系架构



功能安全共性保障机制及其协同优化技术

关键技术软硬件平台核心功能生存性保障技术

面向车载网络的精准实时任务保障技术

基于健康检测的功能安全保障技术

面向开源智能生态系统的兼容性保障技术

跨层异构安全保障技术的协同机制

基于人工智能的动态安全优化技术

技术目标采用服务降级技术和冗余备份技术相结合

通过应急响应机制和任务动态调度机制，保障强实时性

任务的安全执行

采用人工智能算法对故障进行诊断和预测

保障开源应用的计算兼容性，降低资源竞争所造成的应

用效能损失

对多安全目标下的协同策略选择进行分析和优化

根据场景环境和安全相关数据的动态变化，向实现安全

策略选择的持续优化

功能安全保障机制架构

功能安全评估体系

功能安全保障机制

核心功能生存性保障技术

基于健康监测的功能安全保障技术

精准实时任务安全保障技术

开源应用兼容性保障技术

基于人工智能的动态安全优化技术

评估

反馈

跨层异构安全保障技术协同机制

优化

基准

协同

安全保障技术



典型客户与应用

• Bosch选择HD2/SD2产品作为其博世车联解决方案的重要组成部分，柴油动力ECU远程测试和

分析的重要组成部分（无锡RBCD）

• 与UAES合作ECU刷新，在线数据采集等应用解决方案

• 吉利汽车选择HD2/SD2作为“吉行天下”客户关爱计划的关键产品

• 用友汽车选择SD2，BD2产品作为拓展汽车经销商服务的重要产品

• 中国通信服务公司选择SD2，车云通产品作为其供应链管理的重要手段

• 润东汽车/润华汽车等国内重要汽车经销集团选择SD2，BD2产品作为客户服务的重要产品

• Exon等ECU厂商选择SD2作为远程诊断服务试验平台的重要产品

感谢

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