分布式汽車(chē)電氣/電子系統設計和實(shí)現架構

在過(guò)去的十幾年里，汽車(chē)的電氣和電子系統已經(jīng)變得非常的復雜。今天汽車(chē)電子/電氣系統開(kāi)發(fā)工程師廣泛使用基于模型的功能設計與仿真來(lái)迎接這一復雜性挑戰。新興標準(如AUTOSAR)定義了與低層軟件的標準化接口，最重要的是，它還為功能實(shí)現工程師引入了一個(gè)全新的抽象級。

這提高了軟件組件的可重用性，但不幸的是，關(guān)于如何將基于模型的功能設計的結果轉換成高度分布式環(huán)境中的可靠和高效系統實(shí)現方面的指導卻幾乎沒(méi)有。

此外，論述設計流程物理端的文章也非常少。本文概述了一種推薦的系統級設計方法學(xué)，包括架構設計、分布在多個(gè)ECU中的網(wǎng)絡(luò )和任務(wù)調度、線(xiàn)束設計和規格生成。

為什么需要AUTOSAR?

即使在同一家公司，“架構設計”對不同的人也有不同的含義，這取決于他們站在哪個(gè)角度上。物理架構處理系統的有形一面，如布線(xiàn)和連接器，邏輯架構定義無(wú)形系統的結構和分配，如軟件和通信協(xié)議。目前設計物理架構和邏輯架構的語(yǔ)言是獨立的，這導致相同一個(gè)詞的意思可以完全不同，設計團隊和流程也是獨立的，這也導致了一個(gè)非常復雜的設計流程(如圖1所示)。

圖1：物理和邏輯設計流程
這種復雜性導致了次優(yōu)設計結果，整個(gè)系統的正確功能是如此的難于實(shí)現, 以致于幾乎沒(méi)有時(shí)間去尋求一種替代方法，它可導致更堅固的、可擴展性更好的和更具成本效益的解決方案。為了實(shí)現這樣一種解決方案，設計師需要新的方法，它可以將物理和邏輯設計流程緊密相連，并仍然允許不同的設計團隊做他們的工作。

新興的AUTOSAR標準為系統級汽車(chē)電子/電氣設計方法學(xué)提供了一個(gè)技術(shù)上和經(jīng)濟上都可行的選擇，盡管它主要針對軟件層面，即邏輯系統的設計。不過(guò)，大量廣泛的AUTOSAR元模型及其豐富的接口定義允許系統級電子/電氣架構師以標準的格式表達他的設計思想。從經(jīng)濟上看，AUTOSAR標準打開(kāi)了一個(gè)巨大的、統一的市場(chǎng)，它使得可以創(chuàng )建合適的設計工具。

本文描述了基于A(yíng)UTOSAR的由點(diǎn)工具組成的系統級設計方法。這導致整個(gè)流程在所有有意義的地方使用標準，但又不局限于標準，或要求用戶(hù)采用這些標準。

AUTOSAR工作原理

AUTOSAR標準是汽車(chē)制造商、供應商和工具供應商一起發(fā)起的，旨在規范汽車(chē)電子控制單元(ECU)的開(kāi)放式軟件架構。

AUTOSAR標準指定了一個(gè)分層軟件架構，它明確定義了應用軟件組件(SWC)之間的接口、用戶(hù)可見(jiàn)汽車(chē)功能和基礎設施組件的實(shí)現。它對基礎設施組件進(jìn)行了嚴格的規定，以允許不同供應商開(kāi)發(fā)的組件能一起工作。

用戶(hù)可見(jiàn)的汽車(chē)功能通過(guò)互連的應用軟件組件來(lái)實(shí)現。SWC是可以映射到ECU的最小單元。為了使SWC與特定的硬件無(wú)關(guān)，定義了虛擬功能總線(xiàn)(VFB)概念，此處SWC就使用VFB與它們的環(huán)境進(jìn)行通信。

這一概念支持SWC重新定位到不同的ECU，從而增強了應用軟件的可重用性。

一個(gè)AUTOSAR系統基本上由以下三個(gè)XML文件定義：SWC描述、ECU資源描述和系統配置描述。這些文件描述了一個(gè)邏輯架構的所有方面： SWC、功能網(wǎng)絡(luò )、拓撲和功能到ECU的映射。雖然這些文件的語(yǔ)法和語(yǔ)義由AUTOSAR標準定義，但它們的創(chuàng )建方法學(xué)則留給了工具供應商。

用戶(hù)案例分析

下面兩個(gè)代表性用戶(hù)案例可以讓你更深入地了解到總體物理和邏輯設計任務(wù)的復雜性。

在圖2顯示的設計流程中，你可看到邏輯設計過(guò)程是如何驅動(dòng)物理設計過(guò)程的。這一設計流程的第一步是汽車(chē)邏輯功能的定義和實(shí)現。大多數OEM將一部汽車(chē)的電氣系統分解成約100-200個(gè)功能。用戶(hù)創(chuàng )建能表達各種汽車(chē)功能的單元級SWC，或從像Matlab/Simulink這樣的模型設計工具中調用這類(lèi)SWC。