XANDAR 旨在在安全关键的多核设计中生成代码

下一代联网嵌入式系统需要快速原型设计和高性能，同时保持可信赖性和安全性等关键品质。然而，安全关键嵌入式系统的部署受到复杂的软件工具链和工程流程的影响。此外，目前自主系统依赖机器学习 (ML) 和人工智能 (AI) 应用以及故障操作要求的趋势使这些新系统的验证和验证成为一项具有挑战性的工作。

为了解决这个问题，一个名为 XANDAR 的为期三年的欧盟资助项目旨在提供一个成熟的软件工具链（从需求捕获到目标上的实际代码集成，包括验证和验证），以满足对可互操作和自主嵌入式系统的快速原型设计的需求.

从基于模型的系统架构开始，XANDAR 将利用新颖的自动模型合成和软件并行化技术来实现特定的非功能性需求，为新型实时、安全和安全构建 (X-by -构造，或 XbC) 范式。

安全关键环境中的多核挑战

并行处理时代已经将多核架构推向主流，导致几乎所有应用领域都使用多核架构。编程多核架构的最初挑战，主要与并行操作执行线程之间的同步和竞争条件有关，仍未完全解决。

尽管通过并行化编译器、并行语言、特殊语言结构以及软件开发人员习惯新编程范式的整体增长经验，这种情况有所缓解，但在安全关键领域，多核尚未取得成功。在汽车或航空航天等环境中，无错误操作的验证和证明是必不可少的，这与多核编程中增加的复杂性和新的错误来源相冲突。

在这种情况下，基于模型的设计可能会提供答案并缩小当前多核架构编程与安全关键领域的要求之间的差距。

在过去的几十年里，基于模型的控制功能设计受到越来越多的关注，尤其是在航空航天、汽车和加工行业，这些行业越来越多地使用嵌入式电子设备和软件。这种趋势的主要原因是可以从更高层次的角度管理开发过程，从而从系统的低层次设计中抽象出来，同时实现系统行为的模拟和建模功能的代码生成。这样可以减少开发时间和成本。

虽然基于模型的设计越来越多地用于早期系统规范、结构建模和设计空间探索，但关键嵌入式系统的最终软件实现通常仍然是手动开发的。

在最近的研究项目中，如 ARGO，已经开发了了解隔离嵌入式系统单一安全方面的端到端解决方案，该项目专注于 WCET（最坏情况执行时间）感知代码生成。近年来，还建立了针对电气/电子架构的基于模型的系统工程方法。他们将架构划分为多个抽象层和视点，以管理从分析和设计到批量生产的整个开发过程的复杂性。其主要原因可以看作类似于基于模型的功能设计，但从架构和系统的角度来看。

每个领域的基于模型的开发通常是独立的运行过程，其中架构决策和信息需要在基于模型的功能设计工具中手动建模，反之亦然。尽管系统的各个方面（例如通信矩阵）都存在交换格式，但导入/导出过程往往容易出错，导致架构和互补行为模型之间出现不一致，尤其是在考虑模型上的分布式并发协作时。

现有的方法和研究使用简单的有限状态机行为描述修正架构模型，并处理生成可执行架构规范以进行基于仿真的验证。但是，这需要进一步发展为一种整体方法，使用单一源元模型在集成开发环境中捕获所有设计和验证步骤。

这尤其包括分布式网络嵌入式系统的架构建模、详细的集成行为建模、跨层仿真模型的综合以及必要的验证步骤和后续代码生成。

XANDAR 着手实现这样一种整体方法，其中代码生成器提供所需的 X-by-construction (XbC) 保证并保留输入模型的相关非功能特性。 XANDAR 将通过提供与平台无关的代码生成支持，包括为关键服务生成监控可运行程序以及用于人工智能和机器学习应用程序的非确定性加速器，在该领域引入新的创新。

解决这些挑战需要新的概念、自动决策算法、形式检查和程序优化，不仅是为了性能和能源效率，而且是为了非功能性保证。整个过程需要在实时性能、能效、非功能性保证和运行时的灵活性之间进行权衡。共同优化所有这些方面的高质量代码生成器和转换需要新的专业解决方案。

XANDAR 联盟合作伙伴

XANDAR 项目是一项为期三年的计划，将于 2023 年 12 月结束，由欧盟在“地平线 2020”框架下提供 500 万欧元的资金支持。由卡尔斯鲁厄理工学院 Jürgen Becker 教授牵头的产业界和学术界联盟的合作伙伴是：

• 卡尔斯鲁厄理工学院（德国）
• 伯罗奔尼撒大学（希腊）
• 德国航空航天中心
• AVN 创新技术解决方案有限公司（塞浦路斯）
• Vector Informatik GmbH（德国）
• 贝尔法斯特女王大学（北爱尔兰）
• 宝马集团（德国）
• fentISS（西班牙）

Vector 是 XANDAR 联盟的八个合作伙伴之一。凭借其作为嵌入式软件专家的专业知识以及高性能开发环境 PREEvision 和 TA Tool Suite，该公司正在为实现该项目的雄心勃勃的目标做出贡献。

在这里，PREEvision 可以通过集成所有系统级别的定义明确的语义协作地和基于模型地指定连接的嵌入式系统。 TA 工具套件可用于指定、模拟和验证复杂实时系统的时间行为。这两种环境为建立X-by-Construction设计框架提供了基础。