一文读懂电子数字孪生：重塑电子系统全生命周期开发

定义

电子数字孪生（eDT）是电子系统及其运行环境的虚拟化呈现。通过整合真实世界数据、先进建模和仿真技术，电子数字孪生为工程团队提供一个动态、可交互的环境，使他们能够在产品生命周期的早期“向左移”，加速设计、验证和软件开发。

数字孪生是物理产品、系统或流程的虚拟表示，用于在特定使用场景下洞察其行为。电子数字孪生将这一更广泛的数字孪生概念扩展到电子设计与开发领域。这类数字副本可以对从单颗芯片到复杂的电子控制单元（ECU）以及多系统互联的电子架构进行建模，不仅捕捉其功能特性，还能模拟其与软件及运行环境之间的交互。

电子数字孪生在软件驱动型产品中尤为重要，适用于汽车、航天、工业、医疗和网络通信等多个行业。这些行业传统上以机械工程为主，如今正通过软件和电子技术加速转型。

▲ 图1：电子数字孪生支持从处理器到系统等多类型产品的开发

电子数字孪生通过建模、数据集成、仿真以及持续反馈之间的紧密协作来运行。其工作过程通常包括以下几个阶段。

创建数字模型

首先，需要构建电子系统的高精度数字模型。这一步会导入设计数据、技术规格、硬件描述（例如 RTL、SPICE 模型和 PCB 版图）以及相关的固件或软件。该模型必须能够同时反映电子系统的逻辑属性和物理属性，包括信号完整性、功耗管理、热行为以及时序特性。

高级仿真与场景测试

开发者会利用电子数字孪生在各种运行条件和场景下进行仿真。他们可以在无需实体硬件的情况下注入故障、模拟软硬件交互，并评估环境变量的影响。这对于汽车和航空航天等安全关键型应用尤为重要，因为物理原型的制作往往成本高昂且耗时较长。

持续反馈与优化

随着实际系统的运行和演进，电子数字孪生会持续收集并分析性能数据。这样的反馈机制能够提前识别潜在问题、验证设计变更，并实现持续优化。它还支持预测性维护、固件更新以及空中下载（OTA）升级，确保电子系统在整个生命周期内保持稳健和最新状态。

协作与可追溯性

电子数字孪生能够促进组织内部及跨团队的协作，并连接硬件、软件与系统工程团队。所有变更与测试结果都会在数字孪生环境中被记录，从而实现完整的可追溯性，并满足行业标准的合规要求。

▲ 图2：电子数字孪生加速软件驱动型产品的开发

电子数字孪生的优势及其在实际应用中的价值包括以下几个方面。

通过在硬件尚未可用之前，将软件开发、验证和集成提前转移到虚拟环境中，从而降低成本。

通过支持软件、硬件和系统工程的并行开发，使团队能够提前数月开始集成与测试，从而更可靠地加快产品上市时间。

帮助团队在生命周期的更早阶段识别并解决问题，从而提升质量。

加速整车厂（OEM）、一级供应商、半导体厂商和合作伙伴之间的创新。

支持电子数字孪生（eDT）的新思科技技术包括：

新思科技电子数字孪生平台：一套开放式解决方案，用于加速电子数字孪生的创建、管理、部署和使用。

新思科技 Silver™：一种 SiL（Software-in-the-Loop）解决方案，用于创建和运行虚拟 ECU（vECU）。

新思科技 Virtualizer™ Development Kit（VDK）：一种基于虚拟原型和软件生产力工具的 eDT，使开发者能够构建、测试和调试未经修改的量产软件。

Vector 与新思科技联合推出的 SIL Kit：一个开源库，用于连接模拟器、虚拟机和仿真器等 Software-in-the-Loop（SiL）环境。

新思科技 ZeBu®：一款用于支持验证团队和软件开发人员的仿真解决方案。

新思科技 HAPS®：一款用于硬件和软件的原型验证解决方案，包括高速原型验证，支持从 IP 模块到完整 SoC 的半导体芯片原型开发。

新思科技 Cloud：一款软件平台，可通过浏览器交付 EDA 工具、IP 和基础设施，从而支持 eDT 协作。

新思科技 TPT：一款测试自动化工具，用于在 MiL（Model-in-the-Loop）、SiL、PiL（Processor-in-the-Loop）和 HiL（Hardware-in-the-Loop）环境中测试和集成软件。