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構(gòu)建自動(dòng)駕駛的通用語(yǔ)言

2019-08-13 21:21:25·  來源：Astroys  
　
EDA行業(yè)希望助自動(dòng)駕駛一臂之力。復(fù)雜的系統(tǒng)，無論是SoC還是自動(dòng)駕駛汽車（AV），都會(huì)讓設(shè)計(jì)工程師們感到沮喪。他們經(jīng)過數(shù)月的艱苦工作后，還必須回過頭來驗(yàn)證剛
EDA行業(yè)希望助自動(dòng)駕駛一臂之力。
 
復(fù)雜的系統(tǒng)，無論是SoC還是自動(dòng)駕駛汽車（AV），都會(huì)讓設(shè)計(jì)工程師們感到沮喪。他們經(jīng)過數(shù)月的艱苦工作后，還必須回過頭來驗(yàn)證剛設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否真正會(huì)按照預(yù)期的方式運(yùn)行。
 
對(duì)此，以色列初創(chuàng)公司Foretellix的CEO/聯(lián)合創(chuàng)始人Ziv Binyamini說：“SoC和AV都構(gòu)建在一個(gè)黑匣子中，這本質(zhì)上很難找到隱藏在意料之外處的漏洞。”
在測(cè)試和驗(yàn)證SoC時(shí)，有兩個(gè)措施被認(rèn)為是必不可少的：代碼覆蓋率（code coverage），它表示代碼通過激勵(lì)進(jìn)行測(cè)試的程度；功能覆蓋率，用戶可以編寫某種程序邏輯來監(jiān)控激勵(lì)對(duì)代碼覆蓋的效果。Foretellix認(rèn)為，當(dāng)OEM測(cè)試安全時(shí)，類似的覆蓋范圍驅(qū)動(dòng)的原則應(yīng)適用于AV。
 
目前，科技公司和OEM們正在模擬器中累積著軌道、公路測(cè)試的數(shù)百萬(wàn)里程。例如，Waymo上個(gè)月宣布，該公司已經(jīng)累積了超過1000萬(wàn)的實(shí)際路測(cè)里程、100億英里的模擬路測(cè)里程。
 
但這里有一個(gè)問題，有沒有人知道Waymo、Uber、Cruise和Argo AI這樣的公司究竟在測(cè)試什么？他們?nèi)绾魏饬繙y(cè)試結(jié)果？他們的AV在哪些場(chǎng)景中進(jìn)行了測(cè)試？Binyamini說：“現(xiàn)在AV公司們的路測(cè)里程競(jìng)賽是希望證明產(chǎn)品的安全性，但缺乏量化的方法來衡量證明AV安全性所需的場(chǎng)景數(shù)量（覆蓋）。此外，他們?nèi)狈梢蕴峁﹪?yán)謹(jǐn)和自動(dòng)化的方式來發(fā)現(xiàn)未知風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景并將其變?yōu)橐阎墓ぞ摺?rdquo;
 
這就是Foretellix發(fā)現(xiàn)到的機(jī)會(huì)。Foretellix基于在EDA行業(yè)成長(zhǎng)起來的驗(yàn)證專家團(tuán)隊(duì)，正在試圖將專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到AV領(lǐng)域。
 
例如，正如EDA行業(yè)幾十年前為SoC設(shè)計(jì)人員開發(fā)了一種名為SystemVerilog的高級(jí)硬件描述和硬件驗(yàn)證語(yǔ)言那樣，F(xiàn)oretellix正在為AV系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員開發(fā)可衡量的場(chǎng)景描述語(yǔ)言（M-SDL，Measurable Scenario Description）。
 
據(jù)Foretellix稱，目前美國(guó)和歐洲的一些OEM正在試用M-SDL。Binyamini表示，他們會(huì)在將行業(yè)反饋整合到語(yǔ)言之后，計(jì)劃在夏季之后發(fā)布。他還強(qiáng)調(diào)M-SDL不是私有的，將在GitHub上公開。
 
Foretellix承諾，無論是在模擬器還是實(shí)際路測(cè)中，M-SDL都將提供測(cè)試結(jié)果的“統(tǒng)一指標(biāo)”。Binyamini說：“我們還會(huì)進(jìn)行隨機(jī)測(cè)試，以了解哪些方案仍需要測(cè)試。” 
EDA和汽車領(lǐng)域的Nexus
The Linley Group的高級(jí)分析師Mike Demler指出：“Foretellix沒有為AV系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)建驗(yàn)證工具。相反，它只是提出了AV的覆蓋率分析工具和覆蓋率驅(qū)動(dòng)的驗(yàn)證。”
雖然“覆蓋驅(qū)動(dòng)驗(yàn)證”的想法確實(shí)來自EDA，但Demler強(qiáng)調(diào)說：“覆蓋率是檢查驗(yàn)證計(jì)劃的工具，但它本身并不是驗(yàn)證工具。覆蓋工具檢查你的測(cè)試臺(tái)是否涵蓋所有可能的故障，或足夠的數(shù)量以滿足特定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。”
因此，在Demler看來，F(xiàn)oretellix對(duì)M-SDL與SystemVerilog的比較是個(gè)很大的延伸。這看起來更像是“測(cè)試計(jì)劃?rùn)z查器”。
盡管如此，F(xiàn)oretellix創(chuàng)始人的背景強(qiáng)烈暗示著他們正在努力將其在半導(dǎo)體行業(yè)積累的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到汽車行業(yè)。 
Pentium Pro
對(duì)于那些親歷過芯片設(shè)計(jì)日益復(fù)雜時(shí)代的人來說，AV中出現(xiàn)的設(shè)計(jì)變化對(duì)他們來說應(yīng)該一點(diǎn)都不陌生。Binyamini觀察到這些都是芯片行業(yè)在20世紀(jì)90年代經(jīng)歷過的問題。
當(dāng)英特爾開發(fā)Pentium Pro時(shí)，Binyamini是P6項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)自動(dòng)化工程師。由于P6設(shè)計(jì)是第一個(gè)X86超流水線技術(shù)，會(huì)無序的推測(cè)執(zhí)行機(jī)器，處理器非常復(fù)雜。需要新的驗(yàn)證解決方案來應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜性。
在P6發(fā)布之前，英特爾面臨著“奔騰漏洞”危機(jī)，這是早期英特爾處理器浮點(diǎn)的一個(gè)缺陷，1994年林奇伯格學(xué)院的教授發(fā)現(xiàn)了這個(gè)漏洞。到1994年12月，英特爾召回了缺陷處理器，耗資近5億美元。這一事件使電子行業(yè)意識(shí)到幾乎不可能找到復(fù)雜處理器內(nèi)的所有錯(cuò)誤和問題。
到了1997年，Binyamini加入了一家名為Verisity的初創(chuàng)公司，該公司于1995年由VLSI驗(yàn)證的領(lǐng)先專家Yoav Hollander創(chuàng)立。Verisity被稱為是世界上第一家驗(yàn)證公司之一，其任務(wù)是提供基于覆蓋驅(qū)動(dòng)方法的VLSI驗(yàn)證工具套件。
Verisity告訴半導(dǎo)體行業(yè)，覆蓋驅(qū)動(dòng)驗(yàn)證是處理芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜性的唯一方法。Hollander在Verisity期間創(chuàng)建了“e”驗(yàn)證語(yǔ)言，后來被納入了標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 1647）。
2005年，Verisity被Cadence收購(gòu)，Binyamini和Hollander在接下來的十年中繼續(xù)在Cadence工作，并領(lǐng)導(dǎo)著驗(yàn)證業(yè)務(wù)。
2015年，二人離開了Cadence。2018年他們共同創(chuàng)立了Foretellix，目標(biāo)是解決AV行業(yè)的困境。
一方面，SoC中的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致代價(jià)高昂的設(shè)計(jì)返工。如果芯片工程師花費(fèi)一半的時(shí)間來設(shè)計(jì)芯片，需要另一半的時(shí)間來驗(yàn)證，才可以確定芯片的完成情況。另一方面，AV設(shè)計(jì)中的任何缺陷都可能會(huì)引起致命事故。
然而，在Foretellix看來，AV行業(yè)仍然停留在路測(cè)里程競(jìng)賽中，而不是安全測(cè)試和驗(yàn)證所需的“覆蓋質(zhì)量”。
高度自動(dòng)化車輛中的系統(tǒng)非常復(fù)雜。但在測(cè)試場(chǎng)景中添加一些環(huán)境和行為因素（如惡劣天氣、道路狀況、其它車輛的切入和駛出等），測(cè)試方案會(huì)變得越來越笨重。盡管存在這些挑戰(zhàn)，F(xiàn)oretellix聲稱其工具Foretify可以通過使用M-SDL提供“可測(cè)量的安全性”，并通過自動(dòng)方式生成各種方案的組合。該工具還具有隨機(jī)創(chuàng)建組合場(chǎng)景和監(jiān)測(cè)檢查和跟蹤場(chǎng)景覆蓋的能力。 
Foretellix工具的適用領(lǐng)域
 
當(dāng)被問及Foretellix時(shí)，VSI Labs的Phil Magney說：“我喜歡它，它似乎適用于所有測(cè)試平臺(tái)，無論你是在做模擬、x-in-loop測(cè)試、軌道測(cè)試，或是路測(cè)。他們的Foretify的解決方案可以管理所有測(cè)試格式，并提供分析和指標(biāo)，以便了解何時(shí)完全覆蓋。”
 
在今天的AV測(cè)試環(huán)境中，可用的指標(biāo)非常有限。通常，唯一可用的方法就是AV行業(yè)一直在用的脫離次數(shù)和測(cè)試?yán)锍獭?br />  
根據(jù)法律，主動(dòng)在加州道路上進(jìn)行路測(cè)的AV公司們必須披露測(cè)試?yán)锍碳懊撾x頻率。但如今許多專家都不相信脫離頻率是正確的衡量指標(biāo)。Edge Case Research的Phil Koopman告訴我們，脫離次數(shù)往往會(huì)激勵(lì)測(cè)試的公司盡量減少干預(yù)措施。因此，這就是不安全的測(cè)試。
 
Magney也同意，說：“在開發(fā)階段，你仍然在學(xué)習(xí)并需要將車輛暴露在各種條件下。脫離次數(shù)這個(gè)指標(biāo)不可全信。通常，你會(huì)單獨(dú)針對(duì)某個(gè)特定技術(shù)或方法，查看它們出問題的位置。換句話說，你沒有運(yùn)行完整的堆棧，因?yàn)檫@會(huì)使得更難以確定子系統(tǒng)的性能。”
 
Magney還補(bǔ)充道：“另一個(gè)雖已成為常識(shí)、但還是需要拿出來說的問題是，在AV開發(fā)中，前95％的工作只是一部分，剩余的部分是一個(gè)數(shù)量級(jí)更難、更危險(xiǎn)的部分。”在他看來，那剩下的5%擁有一個(gè)巨大的、多樣的、非常輕微的行為空間。Magney認(rèn)為Foretellix的解決方案有助于解決那些問題。
但Magney與Demler也都一致認(rèn)為Foretellix的工具更多的是關(guān)于測(cè)試覆蓋率的驗(yàn)證而不是AV的實(shí)際開發(fā)。 
 
描述場(chǎng)景的語(yǔ)言
 
但場(chǎng)景描述的語(yǔ)言呢？M-SDL是這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)唯一可行的方案嗎？Binyamini承認(rèn)，一些公司正在標(biāo)準(zhǔn)化組內(nèi)開展場(chǎng)景描述語(yǔ)言相關(guān)的工作，其他人可能正在開發(fā)內(nèi)部工具。但該行業(yè)傾向于認(rèn)為AV開發(fā)人員將從與其他公司的共享場(chǎng)景中受益，同時(shí)計(jì)劃審查和復(fù)用其他公司構(gòu)建的場(chǎng)景。
 
Binyamini表示，F(xiàn)oretellix正在ASAM（自動(dòng)化和測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)）中提出M-SDL，這是一個(gè)促進(jìn)汽車開發(fā)和測(cè)試工具鏈標(biāo)準(zhǔn)的非營(yíng)利組織。
 
SDL至關(guān)重要，特別是對(duì)于尋求客觀理解更接近真實(shí)世界的測(cè)試場(chǎng)景的測(cè)試工程師而言更是如此。
 
Binyamini還指出，統(tǒng)一的SDL將有助于建立透明度，使監(jiān)管機(jī)構(gòu)能夠看到AV測(cè)試已經(jīng)完成。例如，監(jiān)管機(jī)構(gòu)可以編制測(cè)試場(chǎng)景的存儲(chǔ)庫(kù)，確保OEM具有相同的理解。他補(bǔ)充說，由于M-SDL的編寫水平較高，可供監(jiān)管機(jī)構(gòu)和公眾來閱讀，最終可能有助于贏得公眾信任。
 
Magney還指出，F(xiàn)oretellix并不是唯一一個(gè)考慮驗(yàn)證自動(dòng)駕駛的公司。例如，德國(guó)的Pegasus除了發(fā)布高度自動(dòng)駕駛功能的場(chǎng)景和情況外，還致力于建立普遍接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工具和方法。但Magney補(bǔ)充說：“然而，Pegasus的目標(biāo)是L2-L3，而不是L4+。Pegasus的方法使用預(yù)期分布，這有助于估計(jì)預(yù)期失敗的頻率。但正如Foretellix在他們的博客中指出的那樣，你需要意想不到的分布確保意外失敗的發(fā)生頻率高于其它情況。”
 
如果一切可以如期進(jìn)行，Magney認(rèn)為Foretellix將通過不斷更新的參數(shù)化方案庫(kù)為AV驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。然而，他告誡說：“建立場(chǎng)景需要時(shí)間。畢竟，為了ISO21488（SOTIF）的利益，你不了解你將要曝光的所有情況（或場(chǎng)景），你只會(huì)及時(shí)了解它們。” 
 
[參考文章]
EDA, AVs Find Common Language, Junko Yoshida
 
 
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