虚拟平台中的“有意”/“无意”故障注入

构建虚拟平台的重点往往会放在系统运行，尤其是在汽车和航空航天的数字孪生领域。只有确保虚拟平台能够正常运行系统，软件才得以可靠地在虚拟平台上运行。

为确保系统正常运行，通常需要解决如何测试异常、故障和其他问题。该过程通常被称为“故障注入”，指采用人为的在目标系统中引入故障的方法，来加速系统的失效，通过观察系统在出现故障之后的行为反应对系统的可靠性进行评价。

众所周知，在硬件上直接执行故障注入既复杂又昂贵，且难以精确控制注入时间与位置，容易对目标系统硬件造成损伤。虚拟平台是规避这一问题的解决方案。

一般来说，虚拟平台中的故障注入需要对系统模型进行扩展。某些类型的故障可以通过简单的模型状态改变（如修改寄存器值、内存内容等）来引入，但通常需要模型中有特定故障。在实际操作时，除了预先设计的、故意的故障注入外，还会存在不能被明确定义为“故障”的意外故障。

虚拟平台上的操作系统突然崩溃，而屏幕显示的是“divede by zero”故障——多半是时钟漂移的缘故。

我们知道，实际硬件操作过程中，不同芯片上的处理器内核通常不会出现完全相同的时间，这是由于单个时钟周期通常会在某个时间点出现偏差，俗称“时钟抖动”，而“时钟漂移”指的是因物理设计等原因而出现的偏差。

实际上，虚拟平台中的时间是紧密协调的，并未对真实硬件普遍存在的时钟漂移进行建模，从而导致了这种硬件上未曾发生、只会在虚拟平台上出现的问题。

在检测系统软件能否正确检测到新插入的电路板并激活的测试中（具体指将电路板热插拔到带电背板），在虚拟平台上同时向系统添加两块电路板时，软件当即崩溃。只要在虚拟平台对应的真实背板上也同时热插拔两块电路板，并对比堆栈痕迹，就可知bug是出在虚拟平台还是系统本身。事实上，在完成读秒、同时将两块板子插入的那一瞬间，背板就被烧毁了。

尽管此种情况发生的概率很低，故障发生的原因可能是短路也可能是过载，但无论是什么结果，都是前期设计时没有考虑到此种情况所导致的——也许这才是开发人员真正需要注意的地方。

▲双板热插拔故障

天目全数字实时仿真平台SkyEye，是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，工程师可在虚拟测试环境中任意注入故障，随时暂停或反向执行，稳定复现缺陷，有助于突破硬件配置的界限、解决软件问题。