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浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 伴随着汽车电子技术在汽车行业的广泛和深入应用，汽车电控系统及其网络 趋向复杂化，这促使电控系统软件结构向模块化，平台化，标准化方向发展。基 于a u t o s a r 标准的软件开发成为汽车电子嵌入式领域的趋势。 基于a u t o s a r 的系统配置工具的设计和实现具有重要意义。本文介绍了汽 车电子嵌入式系统的发展及国内外系统配置工具的现况，并分析了a u t o s a r 标 准的体系架构及其开发流程，设计和实现了基于a u t o s a r 标准的系统配置工具。 系统配置是a u t o s a r 标准开发流程的重要阶段之一，它是在系统层面上对软件 系统进行设计和配置。 本文采用了模块化的设计方法，其研究内容重点在于系统配置三大功能模块 的分析和实现，包括建立系统e c u 实例和通信簇的硬件拓扑设计模块，映射软 件组件到各e c u 及映射通信数据到系统信号的系统映射模块，配置i s i g n a l 、p d u 、 帧、信道的网络配置模块。其次，本文还讲述了系统配置工具数据模型及用户界 面的设计，输入输出模块的实现，e c u 基础配置描述的提取方法及系统模板与 e c u 配置模板的关系。 除了详细介绍系统配置工具各个模块的设计思路、实现方法之外，本文给出 一个系统配置工具的应用实例，将系统配置工具结合软件组件设计工具及e c u 配置工具应用于车灯演示系统中。 关键词：系统配置工具，a u t o s a r 开发流程，汽车电子 a b s t r a c t w i t ht h ea u t o m o t i v ee l e c t r o n i ct e c h n o l o g yw i d e l ya p p l i e di nc a r s ，a u t o m o t i v e e l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e ma n di t sn e t w o r kb e c o m em o r ea n dm o r ec o m p l e x t h e r e f o r e ， t h em o d u l a ra n ds t a n d a r d i z e ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r ef o ra u t o m o t i v ee l e c t r o n i cc o n t r o l s y s t e mb e c o m e sp o p u l a rt h e s ey e a r s d e v e l o p i n g a u t o m o t i v ee m b e d d e ds o f t w a r e b a s e do nt h ea u t o s a rs t a n d a r di so b v i o u s l yat r e n d t h i sp a p e rf i r s t l yp r e s e n t st h er e c e n td e v e l o p m e n ts t a t u so fa u t o m o t i v ee l e c t r o n i c s e m b e d d e ds y s t e m sa n dd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ls y s t e mc o n f i g u r a t i o nt o o l s a n dw e w i l la n a l y z et h ea u t o s a rs t a n d a r da r c h i t e c t u r ea n di t sd e v e l o p m e n tp r o c e s s a so n e o ft h et h r e ei m p o r t a n tt o o l si nt h ea u t o s a rd e v e l o p m e n tp r o c e s s ，s y s t e m c o n f i g u r a t o rw o r k sa n ds o l v e sp r o b l e m sa tt h es y s t e ml e v e l b a s eo nt h em o d u l a rd e s i g na p p r o a c h ，t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ea n a l y s i sa n d i m p l e m e n t a t i o no ft h et h r e em a i nf u n c t i o n a lm o d u l e so ft h es y s t e mc o n f i g u r a t o r , i n c l u d i n gt h eh a r d w a r et o p o l o g yd e s i g nm o d u l ew h i c h e s t a b l i s h e se c ui n s t a n c e sa n d c o m m u n i c a t i o nc l u s t e r s ，t h e s y s t e mm a p p i n g m o d u l ew h i c hm a p ss o f t w a r e c o m p o n e n t st ot h ee c u a n dm a p sc o m m u n i c a t i o nd a t ai n t ot h es y s t e ms i g n a l s ，a n dt h e n e t w o r kc o n f i g u r a t i o nm o d u l ew h i c hc o n f i g u r e si s i g n a l s ，p d u s ，f r a m e sa n dc h a n n e l s f u r t h e r m o r e ，t h ep a p e ra l s od e s c r i b e st h ed a t am o d e l sa n du s e ri n t e r f a c ed e s i g nf o rt h e s y s t e mc o n f i g u r a t o r , t h ei n p u ta n do u t p u tm o d u l e s ，t h e e x t r a c t i o nm e t h o do f e c u b a s e dc o n f i g u r a t i o nd e s c r i p t i o na n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e ne c uc o n f i g u r a t i o n t e m p l a t e sa n ds y s t e mt e m p l a t e i nt h ep a p e r , a na p p l i c a t i o ne x a m p l ef o rl i g h t sc o n t r o ls y s t e m ，w h i c hi sd e v e l o p e d b yt h es y s t e mc o n f i g u r a t o r , t o g e t h e rw i t hs o f t w a r ec o m p o n e n td e s i g n e ra n de c u c o n f i g u r a t o r , i sp r e s e n t e d k e y w o r d s ： e l e c t r o n i c s y s t e mc o n f i g u r a t o r , a u t o s a r , d e v e l o p m e n tp r o c e s s ，a u t o m o t i v e 浙江大学硕士学位论文图目录 图目录 图1 1a u t o s a r 软件开发流程i 训5 图1 2s m a r t r t e 系统模型【5 】6 图1 3s m a r t r t e 开发流程图【5 l 7 图1 4s y s t e m d e s k 配置网络通讯8 图1 5d a v i n c is y s t e ma r c h i t e c t 映射软件组件9 图2 1a u t o s a re c u 软件体系架构【4 1 1 2 图2 2a u t o s a r 开发方法1 4 图2 3e c l i p s e 体系架构16 图2 4j a x b 的工作方法18 图3 1a u t o s a r 的软件开发方法【1 1 j 一1 9 图3 2a u t o s a r 模板依赖关系2 0 图3 3 软件组件与a u t o s a r 底层结构的关系f 4 】2 1 图3 4e c u 内外部通信与r t e 2 3 图3 5 系统配置工具总体设计2 4 图3 6 系统配置工具配置流程2 7 图3 7 系统层次模块类图2 8 图4 1 硬件拓扑数据模型3 6 图4 2 硬件拓扑模块的e c o r e 模型3 7 图4 3 建系统硬件拓扑设计的用户界面3 8 图4 4 软件组件映射一3 9 图4 5 数据映射流程4 0 图4 6 原子数据类型的映射41 图4 7a u t o s a r 映射原理【阚4 3 图4 8 两种运行实体的映射方案l l 4 4 图4 9 系统映射模块类图4 5 图4 1 0 网络配置模型总览4 7 图4 11p d u 的配置流程4 8 图4 1 2 封装字节序与开始位关系的例子4 9 图4 1 3 帧的建立和配置流程5 1 图4 1 4 网络配置数据模型5 2 图4 1 5 网络配置界面设计5 3 图4 1 6 组件映射和数据映射的例子5 4 图4 17 数据映射描述提取问题的解决方法5 4 图4 1 8e c u 配置模板与系统模板的关系举例【1 3 】5 5 图5 1 车灯系统案例。5 6 i v 浙江大学硕十学位论文 图目录 图5 2 导入软件组件描述5 7 图5 3 硬件拓扑的设计5 7 图5 4c a n 通信簇的设置5 8 图5 5 软件组件映射案例5 8 图5 ，6 创建系统信号5 9 图5 7 数据映射案例5 9 图5 8 建立p d u 6 0 图5 9t s so u tp d u 的时序设置一6 0 图5 1 0t s so u tp d u 与t s so u t 信号的映射关系6 1 图5 1 1 建立帧6 1 图5 1 2p d u 到帧的映射案例6 2 图5 13 配置信道6 2 图5 1 4c e n t r a l b o d y e c u 描述的数据映射部分6 3 图5 1 5 映射到c e n t r a l b o d y e c u 的软件组件6 3 图5 1 6 案例运行在开发板上6 4 图5 1 7c a n 总线分析仪实验数据6 4 v 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景 近年来，中国汽车产业发展迅猛，中国巨大的市场潜力刺激了中国乃至世界 的汽车产业，2 0 0 9 年中国的汽车产销突破1 3 6 0 万辆，乘用车产销也首次超过1 0 0 0 万辆。中国已经超越了美国成为世界第一汽车生产和消费国，这比原先预计的提 前了5 到6 年。 伴随着汽车产业的飞速发展，中国汽车电子市场在2 0 0 8 年同比增长近1 3 ， 规模达到1 3 7 0 亿元左右。在接下来的几年，中国汽车电子产品市场将在汽车产 业发展的刺激下持续快速发展，不断创新和完善的各类电子产品将在汽车中的得 到更广泛的应用。预计到2 0 1 0 年，中国汽车电子产品市场的规模将增长至2 0 0 0 亿元以上，到2 0 1 2 年，将有望突破3 0 0 0 亿元。汽车产业的快速发展为汽车电子 产品提供了广阔的应用市场，中国汽车电子市场随着中国汽车产业进入了快速发 展时期【1 1 。 1 1 1 汽车电子嵌入式系统的发展 汽车电子化是现代汽车发展的重要标志。电子技术在动力总成控制、底盘控 制、车身控制，以及车载信息和车载娱乐等各个部分所占的比重越来越大，其成 本在汽车整车成本中所占比例也相应地逐步提高。研究表明，从1 9 8 9 年至2 0 0 5 年，短短的1 5 年内，电子设备在整车制造成本所占比例，已经从1 6 增至3 0 以上。而目前每部新车的i c 的成本约在3 1 0 美元左右，估计到2 0 1 0 年将增长到 3 5 0 美元左右【1 1 。汽车的性能的提高越来越依赖电子技术的发展，汽车电子化成 为推动汽车产业发展的关键技术。 目前，跨国公司在中国汽车电子市场中占据着主导地位，而国内企业仅占市 场很小的份额，并且是技术含量较低的部分。中国汽车电子市场的持续高速增长 以及现代汽车对安全、节能、环保以及智能化、信息化的需求日益严格，促使自 浙江大学硕十学位论文第l 章绪论 主研发汽车电子嵌入式技术成为国内关注的热点。 现代汽车电子嵌入式系统有以下三个特点： 1 ) 汽车电子网络向多总线网络互联方向发展 2 ) 电控系统e c u 向专用化、高集成度、高性能方向发展 3 ) 电控系统软件结构向模块化、平台化、标准化方向发展 首先，汽车电子网络向多总线网络互联方向发展。现代汽车是一个智能化网 络计算平台。汽车网络贯穿整车的每个单元，即动力总成控制、底盘控制、车身 控制，以及车载信息和车载娱乐等各个系统均由汽车网络互联。一台计算机一般 只有一个或几个c p u ，而现在的中高档轿车拥有十几甚至上百个电子控制单元 ( e c u ) 。每个e c u 有自己的处理器、i 0 设备和简单的存储器，并通过不同的总 线和网关进行通讯，形成了一个多总线互联的计算网络。车载电控系统的网络已 经成为现代车辆中至关重要的部分2 。 目前被广泛应用的汽车总线网络协议有c a n 、l i n 、m o s t 、f l e x r a y 等。 c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 是一种有效支持分布式控制或实时控制的串 行通信网络。c a n 控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据报文标识符 的总线访问优先权，采用逐位仲裁的方式竞争向总线广播数据，不同的节点同时 接收到相同的数据。c a n 总线网络各节点之间的数据通信实时性强，容易构成冗 余结构，提高了系统的可靠性和系统的灵活性。 f l e x r a y 总线协议具有更快的数据速率、更灵活的数据通信、更全面的拓扑 选择和容错运算能力。c a n 网络最高的通讯速率为1 m b p s 。而f l e x r a y 有两个信 道，每个信道的数据速率最大可达到1 0 m b p s ，总数据速率可达到2 0 m b p s 。因此， 应用于车载网络，f l e x r a y 的网络带宽能达到c a n 的2 0 倍之多。f l e x r a y 能够满 足未来先进汽车高速控制应用的需要。除了可以像c a n 和l i n 网络这样使用单 信道系统通信，f l e x r a y 还可以作为一个双信道系统运行。双信道系统可以通过 冗余网络传输数据，这是高可靠系统的一项重要性能。 但高成本的f l e x r a y 的出现并不能完全取代低成本、技术成熟的c a n 、i n 等总线协议的应用。f l e x r a y 协议目前主要应用于需要高通信带宽和高容错数据 2 浙江人学硕士学位论文第1 章绪论 传输能力的底盘控制、车身和动力总成等场合。f l e x r a y 与c a n 、l i n 和面向媒 体应用的m o s t 光学数据总线等四种主要车内网络标准在车控网络的应用上相 互补充。 其次，电控系统e c u 向专用化、高集成度、高性能方向发展。这个趋势是 十分明显的 3 1 。自从1 9 7 6 美国通用汽车公司首次将e c u 应用到汽车发动机控制 系统后，汽车电子控制系统发展迅速，e c u 逐渐被应用到动力总成、车身控制、 底盘控制和安全等各种控制系统中。由于车用e c u 对信息处理能力、可靠性、 实时控制能力及成本上的特殊要求，基于通用芯片开发出的e c u 已经很难满足 汽车电子控制系统的要求。因此，针对各种控制系统和不同的控制对象开发出各 种具有特殊功能和设计的高集成高性能的汽车专用e c u 系统具有很高的现实意 义。例如，飞思卡尔m p x y 8 3 0 0 是面向超低功耗和精确感应的胎压监控系统 ( t p m s ) ，集成了先进的压力传感器和8 位微控制器( m c u ) 、两轴加速仪和无线射 频( r f ) ，具有非常高的集成度和更强大的功能，实现精确及时的胎压监控。 同时，新的控制理论和方法的大量应用也为e c u 的设计提出了新的需求。 除了经典的p i d 控制方法以外，随着控制技术的不断改进和发展，新的控制方法 和理论将更广泛地应用于车控系统之中。如模糊控制应用于自动变速器控制中、 最优控制理论应用于悬架系统中，人工神经网络应用于四轮转向控制中及滑模控 制应用于a b s 控制中等。针对这些控制算法设计的专用高性能e c u 必将极大地 提高汽车控制系统的性能。 与汽车电子网络和e c u 的多样化和专用化趋势不同的是，电控系统软件结 构向模块化、平台化、标准化方向发展。随着汽车电子产业的不断发展，汽车电 子网络系统越来越复杂，e c u 专用化程度和集成度越来越高，系统软件的规模会 变得越来越大，复杂度越来越高，开发难度会越来越大。整车厂商为了降低软件 系统开发的成本和风险，开始寻找提高软件复用度的方法。软件的复用要求一个 供应商开发的应用程序可以在不同系统中复用。 为了提高软件复用度，业界面临两方面的困难：第一是硬件平台不确定性， 应用程序在开发阶段不能确定其运行在哪个e c u 上，也就是说不能确定这个平 浙江大学硕上学位论文 第l 章绪论 台的硬件特性。第二是网络的不确定性，不能确定运行应用程序的e c u 与其他 e c u 的通信关系，更不能确定当前的网络媒介和网络拓扑结构。因此，为了提高 软件复用度，应用程序在开发阶段必须具有硬件平台无关性和网络分布无关性。 为了解决上述问题，汽车电子产业内多家著名整车厂商和供应商联合提出了 针对汽车电子嵌入式软件开发的开放式的工业标准a u t o s a r ( a u t o m o t i v eo p e n s y s t e ma r c h i t e c t u r e ：汽车开放系统体系结构) 。a u t o s a r 旨在提高汽车电子软件 开发的复用度，实现汽车电子嵌入式软件开发的标准化，模块化和平台化。 1 1 2a u t o s a r 标准及其开发流程概述 近年来，随着汽车产业的发展，现代汽车电子系统已经达到了前所未有的复 杂度。为了满足产业不断增长的需求，迫切地需要在软硬件技术和架构上取得突 破性的发展。a u t o s a r ( a u t o m o t i v eo p e ns y s t e ma r c h i t e c t u r e 汽车开放系统架 构) 标准解决方案应运而生。a u t o s a r 旨在为汽车电子软件产业建立一个开放 的标准和基础软件架构。它通过定义一套支持分布式的、功能驱动的汽车电子软 件开发方法和e c u 上的软件架构标准化方案，提高软件复用度，降低开发成本。 a u t o s a r 组织于2 0 0 3 年夏天正式成立，并于2 0 0 4 年启动了主要的工作，包括 9 个核心成员：b m wg r o u p s ( 宝马) 、b o s c h ( 博世) 、g m ( 通用) 、f o r d ( 福 特) 、t o y o t a ( 丰田) 、d a i m l e r ( 戴姆勒) 、c o n t i n e n t a l ( 大陆) 、p s ap e u g e o t c i t r o n ( 标志雪铁龙) 、v o l k s w a g e n a g ( 大众) 。目前其成员已超过1 5 0 个， 国内o e m 中已有中国一汽集团及中国上汽集团加入。 a u t o s a r 提倡“在标准上合作，在实现上竞争”的原则，其核心思想在于“统 一标准、分散实现、集中配置”，a u t o s a r 的广泛推行使得汽车o e m 拥有更灵 活和更大的软件采购和控制权，因为软件系统的标准化和开放化将使更多的软件 和工具开发商进入汽车电子行业，从而使o e m 在采购软件时有更多的选择，同 时软件的质量监督也会相应提高，有利于提高o e m 的产品质量。 因此，自a u t o s a r 成立以来，从半导体工业、零部件供应商、工具和软件 厂商到汽车制造厂商本身，整个汽车产业内的价值体系都给予了积极的推动。 4 浙江大学硕上学位论文 第l 章绪论 a u t o s a r 组织在2 0 0 7 年发布了2 1 版本，使a u t o s a r 标准达到了一个较为稳 定的阶段。至2 0 0 9 年底，a u t o s a r 标准已经发布了4 0 版本。目前b m w 集团 已将符合a u t o s a r 标准的e c u 应用在b m w7 量产车型中，预计在不久的将来 a u t o s a r 的所有核心成员也都会推出相关的产品。 除了定义标准的软件架构，a u t o s a r 还定义了一套标准的软件开发流程， 从系统建模到生成可执行的代码，包括软件组件设计、系统配置、e c u 配置和代 码生成三大流程，如图1 1 所示。 图1 1a u t o s a r 软件开发流程f 4 l 1 1 3s m a r t r t e 虚拟功能总线( v f b ) 和运行时环境( r t e ) 概念是a u t o s a r 标准的核心内 容，实现r t e 的机制是实现a u t o s a r 标准的重要基础。浙江大学汽车电子嵌 入式中心针对汽车电子嵌入式领域的产业特点，参考a u t o s a r 标准，对运行时 环境r t e 的基本机制进行了分析，对其实现方法加以研究，设计和实现了一套面 向汽车电子嵌入式领域的运行时环境中间件s m a r t r t e 。 首先，s m a r t r t e 参照a u t o s a r 标准设计了其系统模型。为了提高软件复 用度，s m a r t r t e 将应用程序设计为一系列通过端口通信的功能组件，称为软件 组件。s m a r t r t e 是软件组件进行通信的唯一桥梁。在系统生成阶段，软件组件 通过一个符合s m a r t r t e 软件模板的软件组件描述文件将自身的端口以及内部运 浙江人学硕士学位论文 第l 章绪论 行信息传递给s m a r t r t e 。s m a r t r t e 根据这些描述信息为软件组件自动生成运行 期支持代码。这些生成的代码用软件组件内的运行代码片段组合成操作系统的任 务体以提供调度，并负责建立软件组件端口间的通信。s m a r t r t e 的系统模型如 图1 2 所示。 e c u le c u 2 ， 摘遂 l 描述 l l描述对i入j j ，l，、j _l_ _ - 一 中币砰小币计水珊计 j - l 遥 j ：对坏竣 迓f ：n 毒环缓 图1 2s m a r t r t e 系统模型p 1 用户使用s m a r t r t e 开发汽车电子软件系统，首先通过图形化编辑工具创建 软件组件并生成系统描述文件，将此文件作为s m a r t r t e 代码生成器的输入来生 成部分s m a r t r t e 运行代码，并与s m a r t r t e 通用代码、用户提供的软件组件代码 和包含操作系统、通信栈、板级支持包等基础平台代码一起进行编译。s m a r t r t e 的开发流程图如图1 3 所示： 6 浙江人学硕士学位论文第1 章绪论 鹱旦= 仑蚓 院 |lu 沙 瞄睁 v 遂 f 孵砰缝允鬻1 嚣连r 孵耀境f 乞璃：蔓醯举 z 旋圪魏糟垤翰 精耄| 魏件f t 璐 图1 3s m a n r t e 开发流程图【5 i s m a r t r t e 参考a u t o s a r 标准实现了a u t o s a rr t e 的系统模型和主要机 制，但是并没有很好地实现a u t o s a r 的软件组件设计、系统配置、e c u 配置等 标准开发流程，需要进一步地研究和改进。 1 1 4 国内外系统配置工具概述 目前，国内尚没有符合a u t o s a r 标准的软件开发平台，对于这方面的研究 成果也不多，但是在国外，支持a u t o s a r 标准的工具和软件开发商如d s p a c e 、 e b 、v e c t o r 、m e n t o r 、e t a s 等已推出了相应的工具和软件，提供需求管理、 软件组件建模、软件组件代码生成、系统配置、e c u 配置、r t e 生成、以及基础 软件和操作系统等服务，帮助o e m 实现无缝的a u t o s a r 系统软件架构开发流 程。下面主要针对这些软件公司提供的系统配置工具进行简要分析。 1 1 4 1d s p a c es y s t e m d e s k s y s t e m d e s k 是d s p a c e 公司开发的系统架构工具，可以帮助用户快速地设计、 实现和集成复杂的汽车电子软件系统架构。s y s t e m d e s k 利用图形化的系统建模， 减少软件开发的复杂度和风险，改善o e m 和供应商之间的软件交流和集成流程。 s y s t e m d e s k 包括以下功能【6 】： 7 浙江凡学碗学位论文 第l 章绪论 1 1 设计软件架构 2 1 设计软件模块，包括接口和内部逻辑 3 1a u t o s a r 系统建模 4 1 规范的硬件拓扑和网络通讯设计 5 1 集成单个e c u 的代码或多个e c u 的网络通讯代码 6 1 生成a u t o s a r 运行环境( r t e ) 7 1 提供过程控制，例如运行脚本可以连接版本控制系统，可以提供库管 理，存储可重用的对象 s y s t e m d e s k 还可以与d s p a c e 的产品级代码生成工具t a r g e t l i n k 协同工作， 可以使用t 甜g e t l i n k 将s y s t e m d e s k 架构模型中的模型生成产品级代码。在功能设 计时，可以使用s i m u l i n k s t a t e f l o w 工具。 ，】r 二0 圈14s y s t e m d e s k 配置网络通讯 1 1 4 2v t o r d a v i n c i d a v m c i 是v e c t o r 公司提供的a u t o s a r 软件开发工具集，其中系统配置工 具由d a v i n c is y s t e m a r c h i t e c t 和d a v i n c i n e t w o r k d e s i g n e r 两个工具组成。 d a v i n c is y s t e ma r c h i t e c t 是一个符合a u t o s a r 标准的分布式系统定义工 具。o e m 可以使用d a v i n c is y s t e m a r c m 把n 进行汽车软件系统定义，并生成符合 a u t o s a r 标准的描述。它的主要功能有1 7 ： 渐旺大学顶学位论文第l 章绪论 1 ) 定义网络拓扑 2 1 图形化定义软件组件 3 ) 定义软件组件到e c u 的映射 4 ) 将端口数据映射到网络信号 5 ) 基于e c u 软件接口定义发送和接收信号 围1 5 d a v i n e is y s t e m a r c h i t e c t 映射软件组件 d a v i n e i n e t w o r k d e s i g n e r 是一个网络通信配置工具主要用于配置分布式系 统的网络架构和数据通信，支持l i n 、c a n 和f l e x r a y 等总线协议，可以生成 l d f 、d b c 和f i b e x 等网络配置描述。主要有以下功能： 1 1 定义总线网络系统通讯对象和网络属性 2 ) 考虑总线网络节点数目，所需要发送报文的数量及i d 3 ) 定义报文的收发节点，每个报文所包含的具体信号 4 1 定义每个信号的数据类型，以及信号在报文的数据场中的位置分配 1 1 4 3 m e n t o r g r a p h i c s v o l c a n o 美国明导科技( m e n t o rg r a p h i c s ) 推出了符合a u t o s a r 标准的v o l c a n o 开 发工具。v o l c a n o v s a ( v e h i c l es y s t e m s a r c h i t e c t ) 是明导汽车综合设计工具集的 一部分尾一个基于a u t o s a r 标准的系统设计工具。其主要功能如下【8 1 ： 1 ) 软件组件定义 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 定义软件组件很大程度上就是定义软件组件的端口、接口和它们之间的连 接。这个工作由软件组件设计者、架构和功能工程师来做。 2 ) 硬件拓扑设计 v s a 为通讯网络和e c u s 定义了硬件拓扑，即e c u 的连接和通信关系，这 是e c u 资源定义的前提。 3 ) 软件组件部署 软件组件需要被分配到各个e c u 上。这个工作可以由系统架构，e c u 设计 或者别的工程师来做。 4 ) 网络设计 主要包括数据元素到系统信号映射、信号到i p d u 映射、帧定义。v o l c a n o 通过对响应时间进行建模，并设计和优化消息的i d 和周期，从而达到控制延迟 时间、响应时间及总线负载的目标。 5 ) e c u 硬件资源定义 在系统配置完成进而进行e c u 配置之前，e c u 硬件资源需要定义。这个包 括传感器和执行器的定义以及e c u 硬件的其他方面的定义。这一过程的输出， 是e c u 配置输入所必须的e c u 硬件描述文件。 1 2 本文研究内容 a u t o s a r 标准的开发流程包括软件组件设计、系统配置、e c u 配置及代码 生成三大流程。本文详细叙述了基于a u t o s a r 标准的汽车电子软件系统配置工 具的整体设计方案，其主要研究内容概括如下： 1 ) 实现基于a u t o s a r 的系统配置流程 本文在调研a u t o s a r 标准及其开发流程，国内外系统配置工具的发展现状 的基础上，实现了基于a u t o s a r 的汽车电子软件系统配置流程。 2 _ ) 软件组件及其通信数据的部署方法 系统配置工具的重要功能之一是将软件组件分配到系统各个e c u 上，并将 通信数据组合到系统信号之中。本文在实现这个功能的前提下，介绍了映射优化 1 0 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 的方法。 3 ) 汽车电子网络的设计和配置方法 汽车电子网络的设计和配置涉及到网络拓扑的设计及系统层面上的网络各 层的配置。本文详细讲述了这个功能实现的方法。 4 ) 系统配置工具与软件组件设计工具、e c u 配置工具的连接方法 系统配置工具是浙江大学汽车电子嵌入式实验室a u t o s a r 平台的重要组成 部分，本文讲述了如何实现a u t o s a r 标准的开发流程中系统配置工具与软件组 件设计工具、e c u 配置工具之间的无缝连接。 1 3 本文组织结构 第一章( 绪论) 介绍了论文的背景，国内外现状和主要内容。 第二章( 研究基础) 介绍了系统配置工具的研究基础，包括a u t o s a r 标准、 d s p a c e 的系统配置方法及e c l i p s e 插件开发环境等技术基础。 第三章( 总体设计) 设计了系统配置工具的架构，包括系统配置的方法、软 件系统的模型及系统配置工具的功能模块。 第四章( 具体实现) 介绍了系统配置工具的具体设计和实现。 第五章( 应用) 将系统配置工具应用到汽车电子软件系统的实现过程中，介 绍了应用的案例、系统配置的过程及应用结果。 第六章( 总结与展望) 总结了本文的工作，展望了系统配置工具的未来发展。 1 4 本章小结 本章首先介绍了系统配置工具开发的课题背景，包括汽车电子嵌入式系统的 发展，a u t o s a r 标准及其开方流程，对国内外系统配置工具的发展现状进行了 分析。然后介绍了本文的主要内容。最后，还介绍了本文的组织结构。 浙大学顸学位论文箱2 章研究摹础 第2 章研究基础 2 1a u t o s a r 体系架构及其开发方法 本论文研究面向汽车电子领域的软件系统配置方法和工具，a u t o s a r 标准 的体系架构和开发流程是本文的重要基础。 2 1 1a u t o s a r 体系架构 如图21 所示，a u t o s a r 的体系架构从上往下看分别是应用层，实时运行 环境r t e 层( r u n t i m ee n v i r o n m e n t ) ，基础软件b s w 层( b s s i cs o t t w a r e ) 。 图2 i a u t o s a r e c u 软件体系架构1 4 在a u t o s a r 中，应用软件在概念上位于r t e 层之上，它由一系列相互通 信的a u t o s a r 应用软件组件组成，它们并不依赖于e c u 硬件平台和系统的网 络构成，这意味着，在系统配置者制定的约束之下，一个软件组件可以在系统配 置期间部署在任何一个e c u 上。r t e 是软件组件通信唯一桥梁，所有的软件组 件，仅能通过a u t o s a r 接口以r t e 为媒介与其他组件、基础软件进行交互。 r 1 e 是a u t o s a r 体系架构的核心，是提高软件复用度的基础。在以往的汽 车电子软件开发方法中，应用程序的设计需要考虑从系统架构布局到具体的组件 浙江大学硕士学位论文第2 章研究基础 实现等所有细节，并且需要考虑应用程序所运行的硬件平台。而在基于a u t o s a r 架构的系统中开发应用程序时，r t e 屏蔽了其对基础软件的依赖。r t e 通过配置 和调度e c u 内外部的通信，使软件组件可以在不同的e c u 上进行重新分配组合， 实现软件组件的平台无关性。因此对a u t o s a r 软件组件的开发者来说，整车的 应用程序的开发建立在同一个r t e 层上，开发者完全不需关心具体的平台特性及 汽车的e c u 网络结构。 基础软件包括操作系统模块，系统服务模块，通信栈模块和i o 模块。下面 主要介绍与系统配置相关的通信栈模块。 a u t o s a r 通信栈主要自上而下由c o m 层，p d ur o u t e r 层，接口层和驱动 层组成。a u t o s a r 通信栈为r t e 层提供了一个统一的接口，对应用层隐藏了协 议和消息的属性。a u t o s a r 定义基本的通信单元“消息”为信号。c o m 层主要负 责信号和信号组的收发、网关操作，信号处理和通信时间监控等。p d ur o u t e r 层 根据路由表提供基于i p d u 的路由功能，不对信号内容进行检查，也不对信号进 行处理。接1 2 1 层和驱动层可以支持f l e x r a y 、l i n 、c a n 等多种总线协议。 2 1 2a u t o s a r 开发方法 a u t o s a r 的基本开发方法如图2 2 所示。其中v f b ( v i m 删f u n c t i o n a lb u s ： 虚拟功能总线) 是a u t o s a r 标准中的重要概念，v f b 在每一个e c u 上的具体 实现即为r t e 及基础软件b s w 。 从a u t o s a r 的体系架构可知，v f b 为软件组件提供了统一的通信平台，软 件组件开发者只需要定义好本组件与其他组件的a u t o s a r 通信接口，然后对这 些接口及组件内部行为予以实现，并提供组件的描述文件即可。这个阶段即为软 件组件设计阶段。 系统设计者则在系统层面根据本系统需要实现的功能，选定该功能所使用的 软件组件，根据系统的约束将软件组件部署到系统各个e c u 中，并生成每个e c u 的基础配置描述。这一阶段称为系统配置阶段。 接下来e c u 的设计者根据e c u 的基础配置描述和当前e c u 的软硬件资源 塑垩查芏堡主兰竺堡三 蔓! 皇堕型至堕 对本地e c u 的各个软件模块例如o s ，c o m 等进行配置，最后生成可执行的代 码。这一阶段即为e c u 配置和代码生成阶段1 4 i 。 显然，a u t o s a r 的基于合作的开发方法极大地减少了汽车电子软件提供商 及整车厂商的丌发成本和风险。 v f b 视图 i c 0 。 i 0 。j 2 a u t o s a r ia u t o s a r _ | a u t o s a r i 鞍件组件1r 虢件组件3敏忭组件2 l 。一 基础鞋件基础软件i 2 2 技术基础 e c u m 薹魂麓件一 竺卜 幽2 2 a u t o s a r 开发方法 2 2 1e c l i p s e 与插件开发 e c l i p s e 是一款非常流行的集成开发环境。e c l i p s e 的体系架构如图2 3 。e c l i p s e 吸引了世界众多软件开发者原因在于e c l i p s e 集众多优秀特性于一身。 首先te c l i p s e 是真正可扩展并可配置的。e c l i p s e 最有魅力的地方就在于它的 1 4 蓍；| 鞠臀嚣 到一 浙江人学硕士学位论文第2 章研究基础 插件机制。这种机制的重要概念是扩展点，也就是为插件提供的接口。每一个插 件都是在现有的扩展点上开发的，而且可以留有自己的扩展点，以便在这个插件 上做继续开发。由于插件机制，e c l i p s e 核心在启动时只需启动平台的基础部分和 查找安装系统的插件。e c l i p s e 本身也是由插件开发的。 其次e c l i p s e 支持多种开发语言而不仅仅是j a v a 。只要安装相应编程语言的 开发插件，e c l i p s e 就可以支持该种语言的开发。 再者e c l i p s e 支持多平台特性。e c l i p s e 支持w i n d o w s 、l i n u x 、m a c o s 等。 e c l i p s e 对每个平台都有单独的图形工具包，这使应用程序具有接近本地操作系统 的外观和更好的性能。 插件开发机制提高了软件开发效率及质量。开发e c l i p s e 程序主要是创建实现 一个或者多个扩展的插件。e c l i p s ep d e 是一个非常好用的插件开发环境，作为 e c l i p s es d k 的一个部分，本身也是通过一组插件来实现的。 创建一个插件的时候，首先打开p d e 透视图，新建一个p l u g i n 项目。p d e 提供了一个插件创建向导，并提供各种需要来创建插件项目。当然可以手动配置 插件项目，但是使用p d e 的可视化编辑器更加高效。m a n i f e s t 编辑器编辑3 个文 件：m a n i f e s t m f ，p l u g i n x m l 和b