現(xiàn)代汽車電子技術(shù)2024/1/181第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程6.1汽車嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)汽車電子系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)

①異構(gòu)性：汽車電子系統(tǒng)的異構(gòu)性表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，結(jié)構(gòu)的異構(gòu)性，其次，是計(jì)算模型的異構(gòu)性。

②網(wǎng)絡(luò)化：分布式的電子控制系統(tǒng)成為汽車電子系統(tǒng)發(fā)展的必然，因此系統(tǒng)中的各個(gè)控制器則需要采用網(wǎng)絡(luò)連接。

③可靠性高：汽車電子控制系統(tǒng)屬于安全關(guān)鍵的系統(tǒng)，其中的許多功能都具有安全可靠要求。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

④靈活性高：一種汽車電子系統(tǒng)通常應(yīng)用在一系列產(chǎn)品中，要求軟硬件具有較強(qiáng)的靈活性。

⑤其他非功能約束：作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，汽車電子控制系統(tǒng)對(duì)于非功能屬性有嚴(yán)格的要求。例如，強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求、移動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)、功耗問(wèn)題等等。

汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出現(xiàn)下述趨勢(shì)：(1)算法與實(shí)現(xiàn)相分離：將算法設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)分離，才能保證控制算法的專業(yè)性。(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型化：模型是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心創(chuàng)造的代表，軟件人員需要通過(guò)模型進(jìn)行交流、優(yōu)化設(shè)計(jì)、管理代碼、系統(tǒng)測(cè)試以及管理文檔。(3)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：代碼與文檔一致性保證提供了可能。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

（4）應(yīng)用與平臺(tái)獨(dú)立；為了開(kāi)發(fā)集成應(yīng)用，需要一套全新的軟件架構(gòu)和開(kāi)發(fā)方法，以支持控制系統(tǒng)軟件與控制硬件平臺(tái)相分開(kāi)。

（5）系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化：車用操作系統(tǒng)的軟件標(biāo)準(zhǔn)-OSEK/VDX規(guī)范，汽車電子軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR軟件架構(gòu)。

（6）基于驗(yàn)證和可靠性保障：正確性、安全性是汽車電子軟件最重要的目標(biāo)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一階段都要對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。圖5-1示出了各開(kāi)發(fā)趨勢(shì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)應(yīng)的技術(shù)、體系和標(biāo)準(zhǔn)。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

6.2基于模型的開(kāi)發(fā)方法

隨著計(jì)算機(jī)輔助工程(Computer-AidedEngineering,CAE)工具的出現(xiàn)，新的設(shè)計(jì)方法采用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)預(yù)評(píng)估系統(tǒng)，并用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中不同協(xié)作單元之間的信息交流，并作為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。6.2.1基于模型的開(kāi)發(fā)方法體系的定義

在汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，很多開(kāi)發(fā)模式促進(jìn)MBD(Model-basedDevelopment)的發(fā)展，其中主要包括：第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))基于模型的控制設(shè)計(jì)（Model-basedControlDesign）;建立被控系統(tǒng)來(lái)模型來(lái)進(jìn)行控制設(shè)計(jì)模型驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)（Model-drivenDesign）;強(qiáng)調(diào)對(duì)系統(tǒng)概念、模型及轉(zhuǎn)化、軟件進(jìn)行圖形化的描述基于模型的信息管理(Model-basedinformationManagement);模型被用來(lái)關(guān)聯(lián)和組織信息；

基于模式的測(cè)試(Model-basedTesting),利用模型進(jìn)行如硬件在環(huán)等測(cè)試

針對(duì)于MBD的不同使用目的，可以對(duì)模型、建模語(yǔ)言和相關(guān)的方法體系進(jìn)行分類，主要包括：

①形式模型（FormalModel）：通常叫數(shù)學(xué)模型或分析模型；

②概念模型（ConceptualModel）：通常被表示成圖形形式，用于復(fù)雜軟件開(kāi)發(fā)等。

③構(gòu)造模型（ConstructiveModel）：關(guān)注系統(tǒng)開(kāi)發(fā)層面的技術(shù)并成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))6.2.2MBD方法的優(yōu)勢(shì)1.MBD在汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中描述的角色

MBD通過(guò)一些諸如抽象、形式化、預(yù)測(cè)和自動(dòng)化等手段，可以從以下四個(gè)方面提供支持：技術(shù)交流、文檔管理、分析和設(shè)計(jì)綜合。(1)概念和設(shè)計(jì)的交流(CommunicatingIdeasandDesigns)：以圖形化建模來(lái)描述軟件和系統(tǒng)開(kāi)始流行，隨著系統(tǒng)的復(fù)雜，該方法也顯得更為重要。(2)設(shè)計(jì)信息及文檔管理(DocumentingandManagementDesignInformation)；現(xiàn)在汽車嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)全生命周期的質(zhì)量管理，因此，文檔在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)和回收的各個(gè)階段都起到及其重要的作用。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))(3)

系統(tǒng)分析支持(SupportingAnalysisoftheSystemtobeDesigned)車載系統(tǒng)中一些重要的性質(zhì)如邏輯判斷、系統(tǒng)邏輯判斷、系統(tǒng)時(shí)序功能、錯(cuò)誤及診斷等傳統(tǒng)的人工分析方法很難進(jìn)行檢驗(yàn)。

(4)綜合(Synthesizing)：利用工具來(lái)輔助生成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)和相關(guān)文檔。MBD的方法與手段（1）抽象（abstraction）：將特定的系統(tǒng)通過(guò)如失效模式、虛擬結(jié)構(gòu)、傳遞函數(shù)和狀態(tài)機(jī)等方式形成簡(jiǎn)化的但可以描述真實(shí)的復(fù)雜系統(tǒng)特性的模型。（2）形式化、參數(shù)和結(jié)構(gòu)化（Formalization,ParameterizationandStructuring）模型一般遵循特定的語(yǔ)義、語(yǔ)法，這就是建模語(yǔ)言與工具，形式化指不同模型間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，參數(shù)化有助于模型的重復(fù)使用。（3）預(yù)測(cè)（Prediction）：通過(guò)多種模型分析技術(shù)可以分析確定系統(tǒng)的特性。這些特性可以通過(guò)模型屬性或模型輸入、輸出關(guān)系進(jìn)行計(jì)算得到。（4）可視化（Visualization）：更好地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行理解。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))(5)細(xì)化(Refinement)：通過(guò)層層抽象、形式化、結(jié)構(gòu)化和預(yù)測(cè)支持，可以使用一系列的模型來(lái)不斷細(xì)化和增加新的內(nèi)容；3.MBD的優(yōu)勢(shì)

基于MBD設(shè)計(jì)方法具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）節(jié)約上市時(shí)間(Time-to-market)；

(6)可追溯(Traceability)：通過(guò)抽象、形式化和結(jié)構(gòu)化，提供了對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追溯。(7)自動(dòng)化(Automation)：結(jié)合計(jì)算機(jī)的支持，上述幾部分通過(guò)自動(dòng)化完成。

（2）降低成本(CostReduction)；

（3）提高產(chǎn)品質(zhì)量(QualityAssuranceandEnhancement)；第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

(4)豐富產(chǎn)品功能（IncreaseofFunctionalContent）

(5)創(chuàng)新(Innovativeness)6.2.3MBD的技術(shù)體系MBD的技術(shù)體系包括：建模技術(shù)(ModelingTechnologies)：包括建模語(yǔ)言、模型以及它們之間的關(guān)系；分析技術(shù)(AnalysisTechnologies)：如模型仿真與靜態(tài)分析；綜合技術(shù)(SynthesisTechnologies)：包括模型生成和支持；相關(guān)工具(Tools)：用于可以支持設(shè)計(jì)的相應(yīng)建模、分析和綜合技術(shù)的工具。MBD技術(shù)體系中的核心內(nèi)容之間的關(guān)系如圖5-2所示。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

1.建模語(yǔ)言：抽象、關(guān)系和行為建模語(yǔ)言（包括編程語(yǔ)言）通過(guò)語(yǔ)法和語(yǔ)義來(lái)進(jìn)行定義并進(jìn)行相應(yīng)的解釋。基于這個(gè)概念，產(chǎn)生了統(tǒng)一的建模語(yǔ)言UML。(1)抽象類型：嵌入式系統(tǒng)建模語(yǔ)言中存在多種抽象類別，典型的抽象類別包括功能、軟件平臺(tái)、數(shù)據(jù)、通信。系統(tǒng)等。其中，功能指對(duì)系統(tǒng)功能或其他與邏輯無(wú)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。軟件平臺(tái)指軟件運(yùn)行的硬件環(huán)境、中間件和操作系統(tǒng)等；數(shù)據(jù)是指信息單元，如信號(hào)、標(biāo)志量和事件等；通信指兩個(gè)抽象描述之間信息交換的機(jī)制和物理媒介；系統(tǒng)指包括配屬屬性的完整系統(tǒng)。(2)抽象屬性：抽象的屬性主要包括結(jié)構(gòu)接口、行為語(yǔ)義和約束。接口屬性用于描述抽象的尺寸、形式和I/O。行為語(yǔ)義表示不同類型的模型，如連續(xù)時(shí)間模型或離散時(shí)間模型。約束模型主要用于邊界條件的定義。(3)行為描述：抽象的行為屬性、關(guān)系和它們的語(yǔ)義一起定義了模型的行為。常用如下：

目前，在嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有很多種類的編程和建模語(yǔ)言被廣泛使用，如圖5-3所示。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

抽象的行為屬性、關(guān)系和它們的語(yǔ)義一起定義了模型的行為。常用的嵌入式系統(tǒng)模型包括：

離散時(shí)間模型(Discrete-timeModels)：這種模型常用于模擬控制器或信號(hào)處理算法的離散化過(guò)程，一般使用差分方程描述；

連續(xù)時(shí)間模型(Continuous-timeModels):這種模型主要針對(duì)嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中描述物理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性而建立，一般是他微分方程描述；

離散事件模型(Discrete-eventModels):主要指那些邏輯功能以及計(jì)算機(jī)的軟硬件實(shí)現(xiàn)；

多任務(wù)模式(MultitaskModels)：這類模型以對(duì)平臺(tái)的觸發(fā)、同步和調(diào)度抽象為表征，優(yōu)先級(jí)和執(zhí)行時(shí)間是其主要特點(diǎn)。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))(4)抽象間的關(guān)系

分解：指通過(guò)某種規(guī)定的方式將多個(gè)抽象合并成一個(gè)整體的抽象，從而形成一種部分-整體的等級(jí)關(guān)系。這種部分-整體關(guān)系可以被用于面向行為和面向結(jié)構(gòu)的抽象中，主要體現(xiàn)信息的隱藏和模塊化；

通信：指通過(guò)規(guī)定的方式連接不同的抽象來(lái)進(jìn)行信息交換或物理交互，這種連接必須定義好行為語(yǔ)義，包括協(xié)議和時(shí)序，主要體現(xiàn)在下面同步中；

同步：指抽象之間的順序或時(shí)序關(guān)系，抽象之間的同步往往通過(guò)抽象之間的通信實(shí)現(xiàn)的，但同時(shí)其他相關(guān)的技術(shù)也可以被使用，例如任務(wù)之間的在運(yùn)行前的調(diào)度（Pre-runtimeScheduling）等。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

共性/通用性：指不同抽象之間的共同特征，這種通用性可以通過(guò)以下幾個(gè)部分實(shí)現(xiàn)：通過(guò)屬性的繼承；通過(guò)統(tǒng)一類抽象的相同配置；基于某一抽象生成另一抽象，并保留其中的一部分屬性；

細(xì)化：指同一現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的不同抽象之間的關(guān)系，某個(gè)函數(shù)將原函數(shù)細(xì)化。細(xì)化關(guān)系主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)程中的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)是逐步添加的。

分配：指將特定的功能或軟件抽象映射到硬件/平臺(tái)抽象中，這個(gè)一種在抽象以及他們的硬件抽象之間的特殊關(guān)系。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))(5)UML簡(jiǎn)介UML是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的建模語(yǔ)言。UML由圖和元模型組成，圖式語(yǔ)法。元模型是語(yǔ)義。UML主要包括三個(gè)基本構(gòu)成;事物(Things)、關(guān)系(Relationships)和圖(Diagrams)。事物：實(shí)體抽象化的最終結(jié)果，是模型中的基本成員；關(guān)系：將事物聯(lián)系在一起的方式；圖：是事物集合的分類。UML包括一些可以相互組合為圖表的圖形元素。由于UML是一種語(yǔ)言，所以UML具有組合這些元素的法則。用多個(gè)視圖來(lái)展示一個(gè)系統(tǒng)，這組視圖被視為一個(gè)模型。UML的基本構(gòu)造塊包括：事物、圖和關(guān)系。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))UML的事物包括結(jié)構(gòu)事物、行為事物、分組事物和注釋事物。

結(jié)構(gòu)事物是模型中的靜態(tài)部分，共有七種。分別為類(class)、接口(Interface)、協(xié)作(collaboration)、用例(UseCase)、活動(dòng)類(Activeclass)、組件(Component)和節(jié)點(diǎn)(Node)；

行為事物指的是UML模型中的動(dòng)態(tài)部分，包含兩類，即交互(Interaction)和狀態(tài)機(jī)(StateMachine);分組事物可以看做一個(gè)“盒子”，模型可以在其中分解注釋事物是UML模型的解釋部分。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

UML中定義四種關(guān)系，即依賴(Dependencies)、關(guān)聯(lián)(Association)、泛化(Generalization)及實(shí)現(xiàn)(Realization)。依賴是指兩個(gè)事物之間的語(yǔ)義關(guān)系，其中一個(gè)事物發(fā)生影響另一個(gè)事物的語(yǔ)義；關(guān)聯(lián)是一種描述一組對(duì)象之間連接的結(jié)構(gòu)關(guān)系，如聚合關(guān)系。泛化是一種從一般化到特殊化的關(guān)系；實(shí)現(xiàn)是類之間的語(yǔ)義關(guān)系，其中的一個(gè)類指定了由另一個(gè)類保證執(zhí)行的契約。UML中包含多種圖，它們有類圖(ClassDiagram)、對(duì)象圖(ObjectiveDiagram)、包圖(PackageDiagram)、組件圖(ComponmentDiagram)、部署圖(DeploymentDiagram)、用例圖(UsecaseDiagram)、順序圖(SequenceDiagram）、協(xié)作圖(CollaborationDiagram)、狀態(tài)圖(StatechartDiagram)和活動(dòng)圖(ActivityDiagram)。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))類圖描述系統(tǒng)所包含的類、類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及類之間的關(guān)系；

對(duì)象圖是類圖的一個(gè)具體實(shí)例；包圖表明包及其之間的依賴類圖；組件圖描述代碼部件的物理結(jié)構(gòu)以及各部件之間的依賴關(guān)系；部署圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)；用例圖從用戶的角度出發(fā)描述系統(tǒng)的功能、需求，展示系統(tǒng)外部的各類角色與系統(tǒng)內(nèi)部的各種用例之間的關(guān)系；第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))順序圖表示對(duì)象之間動(dòng)態(tài)合作的關(guān)系；協(xié)作圖描述對(duì)象之間的協(xié)作關(guān)系；狀態(tài)圖描述一類對(duì)象的所有可能的狀態(tài)以及事件發(fā)生時(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件；活動(dòng)圖描述系統(tǒng)中各種活動(dòng)的執(zhí)行順序。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

3.綜合技術(shù)綜合技術(shù)的使用案例包括模型的生成、系統(tǒng)定義或參數(shù)以及支持文檔生成等。這些綜合過(guò)程可能包括一些優(yōu)化以及模型的轉(zhuǎn)化。模型的轉(zhuǎn)化的目的是將某一工具建立的模型轉(zhuǎn)化為另一個(gè)所理解的模型，從而為工具之間提供信息交換，一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就是將Matlab/Simulink模型轉(zhuǎn)化為C代碼以用于嵌入式微處理器的開(kāi)發(fā)；

在一般的模型轉(zhuǎn)化過(guò)程中，除了簡(jiǎn)單的模型直接映射外，還需要其他的一些技術(shù)。例如，從設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為用于驗(yàn)證的分析模型需要做些簡(jiǎn)化原來(lái)的模型結(jié)構(gòu)。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))4.相關(guān)工具(1)模型管理：對(duì)于汽車嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，軟件開(kāi)發(fā)一般采用軟件配置管理(SoftwareConfigurationManagement,SCM)工具，而硬件開(kāi)發(fā)采用數(shù)據(jù)管理(ProductDataManagement,PDM)工具。(2)模型轉(zhuǎn)化和自動(dòng)化：在汽車嵌入式系統(tǒng)中，采用MBD方法一般需要利用多種工具來(lái)提供不同的功能支持。包括組件對(duì)象模型（ComponentObjectModel，COM），公用對(duì)象請(qǐng)求代管體系結(jié)構(gòu)（CommonObjectRequestBrokerArchitecture,CORBA）等形成API提供的工具。(3)格式轉(zhuǎn)化和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化：一般來(lái)說(shuō)，這些標(biāo)準(zhǔn)定義了不同工具、不同模型之間數(shù)據(jù)交換的格式。對(duì)象管理組（ObjectManagementGroup）等等。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))(4)Matlab/Simulink

作為MBD技術(shù)體系中的一部分，Matlab/Simulink在汽車嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

在Matlab體系中，Simulink用來(lái)建模、分析和仿真各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的交互環(huán)境，包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)，如圖5-4所示。Simulink也是從實(shí)時(shí)代碼生成工具Real-TimeWorkshop的支持平臺(tái)，利用上述工具，可以支持從概念建模自動(dòng)得到嵌入式的代碼實(shí)現(xiàn)，是工作人員在很大程度上擺脫對(duì)電子工程師軟件實(shí)現(xiàn)上的依賴。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))Simulink的特點(diǎn)包括：豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù)；交互式的圖形編輯器；模型分割實(shí)現(xiàn)復(fù)雜模型的管理；通過(guò)ModelExplorer導(dǎo)航、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性；支持M語(yǔ)言和C語(yǔ)言方式的功能模塊擴(kuò)展；進(jìn)行系統(tǒng)交互式或批處理式仿真；支持交互式定義輸入和瀏覽輸出；第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))圖形化調(diào)試工具檢查核診斷模型行為；通過(guò)Matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可視化數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)圖形用戶界面，以及創(chuàng)建模型數(shù)據(jù)、參數(shù)；提供模型分析和診斷工具等。Simulink是層次化建模工具，數(shù)據(jù)管理工具，定制子系統(tǒng)工具。Simulink包括超過(guò)1000個(gè)模塊以實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)建系統(tǒng)常用的應(yīng)用函數(shù)的描述，如圖5-5所示，它們包括：連續(xù)、離散動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模塊，例如積分和單位延遲模塊；算法模塊，例如加法、乘法和查表模塊；結(jié)構(gòu)模塊，例如mux,switch和信號(hào)和總線選擇；第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

特定領(lǐng)域的應(yīng)用，例如航空航天、通信、信號(hào)處理、機(jī)械、電力等；采用Matlab、FORTRAN、Ada和C代碼生成的自定義模塊；基于模型和單個(gè)模塊的完善的CallBack機(jī)制，允許用戶對(duì)模型的仿真過(guò)程進(jìn)行定制；Simulink模型中可以包括用M語(yǔ)言寫(xiě)的模塊、并且支持代碼生成。Simulink提供了諸多工具可以分析模型、測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)、可視化結(jié)果以及模型的文檔生成，并支持系統(tǒng)的綜合功能。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))②測(cè)試驗(yàn)證模型：Simulink包括于創(chuàng)建仿真試用例的模塊；①可視化結(jié)果：用戶可以通過(guò)Simulink提供的Display模塊和Scope模塊觀察信號(hào)；③模型的文檔生成：添加文檔到Simulink模型非常容易。④自動(dòng)代碼生成：Simulink模型可以通過(guò)Real-timeWorkshop生成實(shí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)C代碼，用于半物理仿真、快速原型，通過(guò)embeddedcoder還可以生成產(chǎn)品代碼，使用戶可以完成從系統(tǒng)級(jí)仿真到工程實(shí)現(xiàn)的無(wú)縫過(guò)渡。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

6.2.4MBD在汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，MBD在汽車嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用是一個(gè)研究熱點(diǎn)。MBD的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括以下幾種：(1)基于模型的跨企業(yè)溝通與整合(Model-basedCross-EnterpriseCommunicationandIntegration)

可以使用Simulink或其他建模工具來(lái)解決信息交換的問(wèn)題。(2)基于模型的信息管理(Model-basedInformationManagement)文本編輯來(lái)進(jìn)行功能定義。(3)基于模型的車輛運(yùn)動(dòng)控制工程(Model-basedVehicleMotionControlEngineering)CAE工具支持下的MBD方法為高級(jí)控制功能的設(shè)計(jì)第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))(5)基于模型的測(cè)試(Model-basedTesting)

針對(duì)MBD,目前的主要研究熱點(diǎn)包括以下幾個(gè)部分：

①用于嵌入式系統(tǒng)的建模語(yǔ)言；

②嵌入式系統(tǒng)的模型整合和管理；(6)基于模型的安全工程(Model-basedSafetyEngineering)(7)研究和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)(4)基于模型的功能和軟件設(shè)計(jì)(Model-basedFunctionalityandSoftwareDesign)，如圖5-6所示。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

目前這方面的一些研究工作主要包括：

③支持MBD的方法體系。a)GeneralStore,b)ToolNet;c)ModelIntegratedComputing.第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))6.3AUTOSAR體系

汽車電子領(lǐng)域的軟件主要屬于嵌入式軟件。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的高效管理，必須在軟件技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，才能滿足更高層次的需求和法律要求。因此，整車廠和零部件廠就聯(lián)合建立了AUTOSAR(AutomotiveOpenSystemArchitecture)架構(gòu)系統(tǒng)。6.3.1傳統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

隨著汽車應(yīng)用要求的不斷提高，軟件總量也隨之迅速增長(zhǎng)，這導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性和成本的劇增，而在非標(biāo)準(zhǔn)化的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，這個(gè)問(wèn)題已變得越來(lái)越尖銳。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

此外，第三方軟件的加入也使得汽車廠商之間的合作變得更加復(fù)雜。

從根本上講，電子系統(tǒng)中的各種功能是由若干個(gè)ECU實(shí)現(xiàn)的，一般而言，這些ECU是采用分布式的方式連接的。6.3.2AUTOSAR的產(chǎn)生及發(fā)展汽車工業(yè)界從原來(lái)的硬件設(shè)計(jì)和組件驅(qū)動(dòng)為主的設(shè)計(jì)方式向以需求設(shè)計(jì)和功能驅(qū)動(dòng)為主的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法轉(zhuǎn)變。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

EASE-EEA項(xiàng)目：是ITEA(InnternationalTestandEvaluationAssociation)資助的面向汽車領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)的研究項(xiàng)目，其目標(biāo)是通過(guò)建立面向汽車工業(yè)的通用嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的接口、高質(zhì)量的無(wú)縫集成、高效的開(kāi)發(fā)以及通過(guò)新模型來(lái)管理復(fù)雜的系統(tǒng)。

EAST-EEA的目標(biāo)是為汽車制造商、配件供應(yīng)商、工具供應(yīng)商以及軟件中間件供應(yīng)商提供一個(gè)統(tǒng)一的軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，以增強(qiáng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)爭(zhēng)力、減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和產(chǎn)品上市時(shí)間、提高汽車嵌入式系統(tǒng)軟件的質(zhì)量。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

在EAST-EEA項(xiàng)目研究成果的基礎(chǔ)上成立AUTOSAR組織。AUTOSAR汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟是由全球汽車制造商、部件供應(yīng)商以及其他電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合建立的，各成員保持開(kāi)發(fā)伙伴關(guān)系。AUTOSAR架構(gòu)有利于車輛電子系統(tǒng)軟件的交換與更新，并為高效管理越來(lái)越復(fù)雜的車輛電子、軟件系統(tǒng)提供了一個(gè)基礎(chǔ)。

寶馬(BMW)集團(tuán)自2001年在BMWStandardCore的框架下，在ECU電子控制單元中運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)軟件。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))6.3.3AUTOSAR的功能及作用領(lǐng)域AUTOSAR的根本宗旨是要建立汽車電氣/電子架構(gòu)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，使其成為汽車嵌入式應(yīng)用功能的基礎(chǔ)架構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，AUTOSAR的主要功能應(yīng)包括（見(jiàn)圖5-7所示）：

解決汽車功能的可用性和安全性需求；

保持汽車電子系統(tǒng)一定的冗余；

可以移植到不同汽車的不同平臺(tái)上；

實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的基本系統(tǒng)功能作為汽車供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)軟件基礎(chǔ)；第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享軟件功能；集成多個(gè)開(kāi)發(fā)商提供軟件模塊；進(jìn)行汽車電子軟件的更新和升級(jí)。在產(chǎn)品生命期內(nèi)更好的進(jìn)行軟件維護(hù)；更充分的利用硬件平臺(tái)的處理能力；第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))AUTOSAR是針對(duì)汽車電子這一特定領(lǐng)域提出的一套開(kāi)放軟件結(jié)構(gòu)，這些領(lǐng)域包括Powertrain、Chassis、Safety、Multimedia/Telematics、Body/ComfotandManMachineInterface等。如圖5-8所示；AUTOSAR中的模塊如圖5-9所示。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))6.3.4AUTOSAR的核心思想AUTOSAR開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì)提出“在標(biāo)準(zhǔn)上合作，在實(shí)現(xiàn)上競(jìng)爭(zhēng)”的原則。AUTOSAR的核心思想是“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，分散實(shí)現(xiàn)，集中配置”

一個(gè)汽車電子應(yīng)用系統(tǒng)可以包含多個(gè)互相關(guān)聯(lián)的AUTOSAR組件。這些組件通過(guò)虛擬功能(VirtualFunctionalBus,VFB)提供的標(biāo)準(zhǔn)通信機(jī)制與服務(wù)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的無(wú)關(guān)性。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

6.3.5AUTOSAR相關(guān)技術(shù)1.體系結(jié)構(gòu)：AUTOSAR采用分層的體系架構(gòu)，從上至下依次為應(yīng)用層、AUTOSAR運(yùn)行環(huán)境層(RuntimeEnvironment,RTE)、系統(tǒng)服務(wù)層、ECU抽象層、微控制器抽象層以及復(fù)雜驅(qū)動(dòng)模塊。一般情況下，每一層只能使用下一層的應(yīng)用接口，并向上一層提供服務(wù)接口。圖：體系架構(gòu)第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

(1)應(yīng)用層AUTOSAR軟件組件，包括應(yīng)用軟件組件、傳感器和執(zhí)行器軟件組件，都位于此。該層的軟件組件不管是內(nèi)部通訊還是訪問(wèn)ECU資源，都是通過(guò)RTE完成的。應(yīng)用層的軟件實(shí)現(xiàn)與微控制器、ECU和硬件都是獨(dú)立的。

(2)AUTOSAR運(yùn)行環(huán)境層RTE層的目的就是使得應(yīng)用層的軟件實(shí)現(xiàn)與具體硬件無(wú)關(guān)，它為應(yīng)用層提供通訊服務(wù)。RTE層之下，軟件架構(gòu)是層次型，之上變成組件型。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))(3)系統(tǒng)服務(wù)層服務(wù)層包含通訊、服務(wù)、操作系統(tǒng)等模塊。它為應(yīng)用和基礎(chǔ)軟件模塊提供基本服務(wù)。服務(wù)層位于提供的包括：操作系統(tǒng)服務(wù)、車載網(wǎng)絡(luò)通訊和管理服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)、診斷服務(wù)和ECU狀態(tài)管理。服務(wù)層的實(shí)現(xiàn)部分與微控制器、ECU硬件和具體應(yīng)用相關(guān)。(4)ECU抽象層ECU抽象層提供統(tǒng)一的接口來(lái)訪問(wèn)外設(shè)，為上層屏蔽該設(shè)備是芯片內(nèi)部還是外部的。它包含外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。ECU抽象層的實(shí)現(xiàn)與ECU硬件相關(guān)，與微控制器無(wú)關(guān)。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))(5)微控制器抽象層微控制器抽象層是與實(shí)際硬件直接接觸的一層，位于基礎(chǔ)軟件的最底層。它包含驅(qū)動(dòng)，用于訪問(wèn)微控制器內(nèi)的外設(shè)或者內(nèi)存映射到微控制器內(nèi)的設(shè)備。很顯然，微控制器抽象層為上層屏蔽了具體的微控制器硬件，它的實(shí)現(xiàn)與微控制器是相關(guān)的。(6)復(fù)雜驅(qū)動(dòng)復(fù)雜驅(qū)動(dòng)與其他各層不同，它無(wú)法被歸入某一層中，因此被單獨(dú)列出。它包含處理復(fù)雜的傳感器和執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)模塊，它們有特殊的功能和時(shí)聞要求。復(fù)雜驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與微控制器、ECU和具體應(yīng)用是密切相關(guān)的。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

2軟件架構(gòu)AUTOSAR軟件架構(gòu)主要是通過(guò)軟件系統(tǒng)的嚴(yán)格分層、軟件接口的嚴(yán)格定義以及軟件模塊的精確功能描述來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第6章汽車嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法、體系和流程(汽車電子技術(shù))

整體系統(tǒng)包括AUTOSARSW-Component(SW-C)、AUTOSARRTE