什麼是HIL測試
硬體在環（HIL）仿真是一種用于測試導航系統的技術，其中測試前并不知道車輛軌迹。在這種情況下，車輛軌迹被實時饋送到GNSS模拟器。HIL可用于複雜實時系統的開發和測試，如衛星控制系統、軍事戰術飛彈、飛機飛行控制和汽車系統。
而HIL測試是通常是在現場測試之前以及在環模型（MIL）、軟體在環（SIL）或處理器在環（PIL）之後的一步。HIL測試至關重要，它涉及在操作中使用的所有硬體和軟體。在整個測試流程中：
- MiL（Model-in-the-Loop）模型在環，是在PC上基于模型的測試，輸出經過驗證的控制算法模型，驗證控制算法模型是否準确地實作了功能需求。
- SiL（Software-in-the-Loop）軟體在環，是将模型生成代碼或者手工編寫代碼編譯成PC程式，在PC上進行的測試，輸出經過驗證的嵌入式代碼，在PC上驗證代碼實作的功能是否與模型一緻。
- PiL（Processor-in-the-Loop）處理器在環，是将代碼編譯成目标系統程式，然後在PC上虛拟目标硬體環境并進行測試，輸出經過驗證的目标程式，在目标處理器上驗證代碼實作的功能是否與模型一緻。
HIL（Hardware-in-the-Loop）硬體在環仿真測試系統是采用實時處理器運作仿真模型來模拟受控對象（比如：汽車、航空飛機等裝置）的運作狀态，以此判斷電控子產品的性能。雖然這一系列的測試都有在環（in the loop）的意思，但卻不是所有被測子產品都帶有閉環。比如接收到某信号要用于車輛的車燈控制，這種情況下就不需要閉環，但如果在自動駕駛HIL測試中，想使用GNSS模拟器測試汽車運作是否正常，就需要把自動駕駛儀的資訊傳回到GNSS模拟器中，再進行下一個軌迹的模拟。
在HIL測試中，一般根據它在環的深度分為幾個層級：
- ECU級：也可以稱之為信号級，僅ECU軟硬體采用實物，閉環回路的其他組成部分均采用虛拟仿真系統；
- EPP級：也可以稱之為驅動級，EPP是Electrical Power Package的縮寫， ECU及執行元件采用實物，閉環回路的其他組成部分采用虛拟仿真系統；
- System級：也可以稱之為機械級，系統元件采用實物，閉環回路其他組成部分采用虛拟仿真系統。
總的來說，HIL測試系統主要由三個基本部分組成，分别是實時處理器、I/O接口和可視化的操作界面，其中實時處理器是整個HIL測試系統的核心部分。實時處理器運作場景，發送信号，被測電控子產品收到後對受控對象做出相應的控制，以此判斷電控子產品的性能。通過I/O接口與被測的ECU連接配接，對被測系統進行全方面的、系統的測試。
HIL測試系統具有很多優勢，如安全性較高。汽車HIL中，在實車測試之前，以HIL的形式先對控制器做一個全面的功能測試。因為該被控對象是虛拟的，是以HIL比實車測試更加安全高效，而且可以測試一些實車測試中不容易實作的極端情況。此外，HIL測試系統具有豐富的測試功能，以及可以實作測試平台的複用性等，極大的節省了時間和經濟成本。
基本架構
在HIL測試中，GNSS接收器通常不作為獨立裝置進行測試，而是與其他仿真器、裝置和傳感器進行內建，根據HIL架構類比可得到測試系統基本架構。
GNSS模拟器的軟體相當于操作界面，而由于虹科Safran GNSS模拟器特殊的軟體定義架構，它不僅僅是用于提供測試指令、可視化的界面以及性能分析及報告整理等功能的操作界面，還是建立測試場景、信号模拟、生成IQ檔案的驅動程式，為GNSS模拟器的硬體提供IQ資料。
GNSS模拟器的硬體部分，相當于HIL中的實時處理器，它接受IQ資料，仿真出模拟的GNSS信号。大多數能擷取位置資訊的裝置都内置了GNSS接收子產品，被測的ECU子產品會像處理真實信号那樣處理GNSS模拟器發送的信号，然後作用于仿真模型。
在定位和導航系統的驗證中，有兩種類型的 HIL 架構：開環HIL和閉環HIL。
- 開環HIL架構：
GNSS模拟器模拟生成HIL中需要的信号并作用于接收機，同時接收機的資訊也會以NMEA檔案的形式回傳到GNSS模拟器中，即可以得到接收的信号和模拟信号的偏差。在這種架構中，GNSS接收機（和一般傳感器）的輸出不用于控制車輛的軌迹，它是由使用者強加的，不一定具有确定性。
- 閉環HIL架構：
包括HIL模拟器、GNSS模拟器、GNSS接收機以及控制部分：
在這種架構中，GNSS接收機（以及一般的傳感器）的輸出用于導航算法，該算法更新控制車輛的執行器，執行器的輸出發送車輛位置到GNSS模拟器，GNSS模拟器根據位置資訊進行信号模拟并作用于GNSS接收機，形成閉環。但是要注意，在這種情況下，GNSS接收機計算的位置直接影響模拟軌迹，進而影響廣播到GNSS接收器的RF信号。
測試方案
在閉環架構中，軟體定義架構的GNSS模拟器提出了自動駕駛的HIL測試方案。自動駕駛中車輛的真實位置是随着場景的進展而确定并實時回報給模拟器。
首先實時處理器部分和架構一樣，GNSS模拟器和HIL模拟器都屬于實時處理器部分，模拟器分别把模拟器信号發送給相應的傳感器和接收機，經過處理計算後，再控制調節器。調節器的資訊又回報給模拟器進行計算模拟。GNSS模拟器支援通過位置、速度、加速度和方向指令內建6自由度軌迹的固定延遲流，來将實際GNSS射頻信号內建到HIL系統中，車輛的方向及其變化以及衛星功率水準也可以通過實時指令進行控制。支援在任何地點使用，可以模拟所有星座、所有頻率的所有可見衛星，具有1000Hz的疊代率和超高的動态，随時随地建立并更新場景。進階幹擾和欺騙功能允許使用者同時模拟多種威脅，自動确定每個信号之間的信号動态，節省時間成本，并能夠使用Python、C#和C++的開源用戶端庫建構複雜、複雜和可重複的場景。
- 在一個使用者界面中實作所有功能
- 通過直覺的UI和自動化輕松配置
- 支援所有主要的全球星座和頻率
- 多種API（Python、C#、C++、LabVIEW）
- 進階信号定制和場景建立
- 實時修改變量和參數
- 無需額外硬體即可內建幹擾
- IQ檔案生成和回放
目前，自動駕駛HIL測試中為了還原更加真實的場景，要求GNSS模拟器和其它傳感模拟器發送到被測系統的信号同時到達，并且在其它模拟器分析計算好真實位置資訊發送到GNSS模拟器後，需要能夠及時的進行GNSS信号的模拟，更好的保證它的實時性。這兩個要求讓自動駕駛HIL測試面臨着兩個問題，那就是同步和時延的問題。
對于同步，需要考慮：
- 如何處理HIL測試的同步化和時鐘系統？
- HIL模拟器和虹科Safran Skydel GNSS模拟器能否使用一個共同的時鐘源？
對于時延：
- 從HIL模拟器的輸入（自動駕駛儀指令）和GNSS模拟器的輸出（GNSS射頻信号）如何使他們的延遲最小化，以保證模拟的實時性呢？
在下期文章中我們将繼續讨論如何解決這兩個問題。