（计算机软件与理论专业论文）基于mda的汽车嵌入式软件系统架构设计.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 现代的汽车系统中9 0 的创新和嵌入式电子有关，其中8 0 是软件的创新。 如何在最短的时间内以最小的成本提供更多功能，更高性能的汽车产品是各汽车 生产企业追逐的重要目标。传统的基于需求分析一系统设计一详细设计一编码一 测试的软件工程方法在各个开发环节间缺乏快速和有效的沟通渠道，使得汽车嵌 入式软件开发周期过长，最终产品上市时间不能保证，同时也增加了开发成本。 m d a 通过将平台无关模型( p i m ) 转换到平台相关模型( p s m ) ，进而将p s m 转换 到程序代码，完成软件系统的开发过程。这种方式使丌发者把焦点转移到建模而 不是传统的编码，就可以摆脱许多平台技术细节的束缚，提高软件的生产效率。 鉴于m d a 以上的技术特点，本文将m d a 的思想和方法引入到汽车嵌入式软件 的开发中来。 本文以u m l s y s m l 为基础，应用m d a 对汽车嵌入式软件系统建模进行描 述，主要做了以下工作： 1 ) 针对传统汽车嵌入式软件开发方法开发周期过长，不同开发团体或平台 间无法有效沟通等问题。本文研究和使用u m l s y s m l 确定汽车嵌入式软件建模 环境，对在汽车产业领域广泛应用的嵌入式软件系统开发方案进行了分析比较， 将m d a 的思想引入到了汽车嵌入式软件系统的开发中来。 2 ) 设计了一套基于m d a 的汽车嵌入式软件系统丌发框架m a e s i d a ( m d a b a s e da u t o m o t i v ee m b e d d e ds o f t w a r ei n t e g r a t e dd e v e l o p m e n ta p p r o a c h ) ，给 出框架的设计和实现方案。该框架使得汽车嵌入式软件系统的分布式并行开发成 为可能，提高了生产效率。 3 ) 对汽车嵌入式软件系统的分布式并行建模深入学习的基础上，针对汽车嵌 入式软件开发的实际需要，标准化了汽车领域频繁使用的数据交换格式，这使得 汽车各种硬件和软件系统的定义成为可能，从而实现了汽车嵌入式软件系统的平 台无关开发，提高了生产效率。 实践表明本文所提出的m a e s i d a 方法可依据汽车嵌入式特殊应用方面的 建模需要而加以扩充，以实现真j 下的协同开发，无论大或小型的团队都能实现高 效率而有价值的沟通。整体性的需求管理和变动追踪功能可确保系统设计能准确 地满足客户需求。可测试性设计功能不但可以在流程初期就消除系统的错误，并 能全程进行需求验证。 关键词：模型驱动架构；汽车嵌入式软件；x m l 纲要；统一建模语言；系统建 模语言 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nm o d e ma u t o m o t i v es y s t e m s9 0 o ft h ei n n o v a t i o ni sr e l a t e dt oe m b e d d e d e l e c t r o n i c ，o fw h i c h8 0 o fs o f t - w a r ed e v e l o p m e n t h o wi nt h es h o r t e s tp o s s i b l et i m e w i t hm i n i m u mc o s tt op r o v i d em o r ef u n c t i o n a l i t y , h i g h e rp e r f o r m a n c ea u t o m o t i v e p r o d u c t s i sa ni m p o r t a n tg o a lo ft h ea u t o m o b i l em a n u f a c t u r e r s t r a d i t i o n a l ，t h e s o f t w a r ep r o j e c tb a s e do fn e e d sa n a l y s i s - - s y s t e md e s i g n - d e t a i l e dd e s i g n c o d i n g - t e s t i n g d e v e l o p m e n tl a c ko fq u i c ka n de f f e c t i v ec o m m u n i c a t i o nc h a n n e l sb e t w e e ni nv a r i o u s s e c t o r s ，l e a dt ol a c ko fe f f e c t i v ef e e d b a c k ，m a k et h ec h a n g eo fs y s t e md e s i g na n d o p t i m i z ec y c l et o ol o n g ，t i m et om a r k e tc a nn o tg u a r a n t e et h ef i n a lp r o d u c t ，b u ta l s o i n c r e a s e sd e v e l o p m e n tc o s t s m d at r a n s f o r m st h ep i mt op s ma n dp s mt oc o d e st o c o m p l e t et h ed e v e l o p m e n to fs y s t e m t h i sm o d et r a n s f e r sd e v e l o p e r s f o c u sf r o m c o d i n gt om a d e l i n g a n di ts l i p st h ec o l l a ro fp l a t f o r mt e c h n o l o g y , i m p r o v e st h e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y t h i sa p p r o a c ha l l o w sd e v e l o p e r st of o c u ss h i f t e dt om o d e l i n g i n s t e a do ft h et r a d i t i o n a lc o d e ，t h e yc a ns h a k eo f ft h es h a c k l e so fm a n yo ft h ed e t a i l s o fp l a t f o r mt e c h n o l o g y , t oi m p r o v es o f t w a r ep r o d u c t i v i t y g i v e nt h et e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c so ft h ea b o v em d a ，t h i st h e s i si n t r o d u c e dm d at ot h ea u t o m o t i v e e m b e d d e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tt o i nt h i st h e s i s ，b a s e do nu m l s y s m l ，a p p l i c a t i o no fm d at ot h ea u t o m o t i v e e m b e d d e ds o f t w a r es y s t e mm o d e l i n gi sd e s c r i b e d m a i n l yt od ot h ef o l l o w i n gw o r k ： 1 ) f o rt h ed e v e l o p m e n tc y c l eo ft h et r a d i t i o n a la u t o m o t i v ee m b e d d e ds o f t w a r e d e v e l o p m e n tm e t h o di st o ol o n g w eu s eo fu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g ea n ds y s t e m s m o d e l i n g l a n g u a g et od e t e r m i n et h ea u t o m o t i v ee m b e d d e ds o f t w a r em o d e l i n g e n v i r o n m e n t e m b e d d e ds o f t w a r es y s t e md e v e l o p m e n tp r o g r a m sw i d e l yu s e di nt h e f i e l do ft h ea u t o m o t i v ei n d u s t r ya r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d 2 、d e s i g n e das e t o fm d a b a s e dd e v e l o p m e n tf r a m e w o r kf o ra u t o m o t i v e e m b e d d e ds o f t w a r es y s t e m ，g i v e nd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np r o g r a mo ft h e f r a m e w o r k t h ef r a m e w o r ka l l o w sa u t o m o t i v ee m b e d d e ds o f t w a r es y s t e m sf o r d i s t r i b u t e dp a r a l l e ld e v e l o p m e n tp o s s i b l e ，i m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y 3 1 s t u d yo nt h eb a s i so fa u t o m o t i v ee m b e d d e ds o f t w a r eo fp a r a l l e la n dd i s t r i b u t e d s y s t e m sm o d e l i n g ，f o rt h ep r a c t i c a ln e e d so fa u t o m o t i v ee m b e d d e d s o f t w a r e d e v e l o p m e n t ，s t a n d a r d i z e df r e q u e n tu s e dd a t ae x c h a n g ef o r m a to ft h ea u t o m o t i v e ，t h i s m a k e sav a r i e t yo fh a r d w a r ea n ds o f t w a r es y s t e mo ft h ec a ri sd e f i n e da sp o s s i b l e ，t h i s a c h i e v eap l a t f o r m i n d e p e n d e n te m b e d d e ds o f t w a r es y s t e m sd e v e l o p m e n t ，i m p r o v e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y p r a c t i c es h o w st h a tt h ep r o p o s e dm e t h o dc a nb eb a s e do ns p e c i f i ca p p l i c a t i o n si n a u t o m o t i v ee m b e d d e dm o d e ln e e d st ob ee x p a n d e di no r d e rt oa c h i e v et r u e c o l l a b o r a t i v ed e v e l o p m e n t ，w h e t h e rl a r g eo rs m a l lt e a mc a na c h i e v ee f f i c i e n ta n d v a l u a b l e c o m m u n i c a t i o n a g g r e g a t ed e m a n dm a n a g e m e n ta n dc h a n g et r a c k i n g 江苏大学硕士学位论文 c a p a b i l i t i e st oe n s u r ea c c u r a t es y s t e md e s i g nf om e e tc u s t o m e rn e e d s t e s t a b i l i t y f e a t u r e se a r l yi nt h ep r o c e s sn o to n l yt oe l i m i n a t et h es y s t e me r r o r , a n dc a nd e m a n d 如l lv e r i f i c a t i o nc a r r i e do u t k e y w o r d s ：m o d e l - d r i v e na r c h i t e c t u r e ；a u t o m o t i v ee m b e d d e ds o f t w a r e ；x m l s c h e m a ；u n if i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ；s y s t e m sm o d e l i n gl a n g u a g e 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 黼：多心 矿f p 年6 月f7 日 7 名 i 墅 日 文 6 ， 滟 “ 戗 戽 剿 缈 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位敝储繇a 够 日期： 仉1 拜莎月门日 江苏大学硕士研究生学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 现代的汽车系统中，嵌入式电子产品无处不在：从动力系统，底盘控制系统 到身体舒适和娱乐系统。这些基于电子器件的功能分布在越来越多的电子控制单 元( e c u ) ，在高端车里e c u 比例达到了7 0 。刚时这也增加了运行在e c u 里 面的软件复杂性。此外，因为市场由不同的部分组成，如制造商，供j 颤商，销售 商，他们之间需要交换信息，以达到在不同的产品线复用汽车嵌入式软件系统和 更快的进程来减少汽车产品价格和投放市场的时问。这些挑战推动了相关领域的 研究。实际上，汽车行业9 0 的创新和嵌入式电子有关，其中8 0 是软件的创 新。最基本的问题是，我们有不断增殖的组件和分布式的基础结构环境，新的源 代码级编程语言的不断演化和不同的建模标准。我们怎样在构建一个系统时整合 这些根本不同的技术? 怎样在今天构建一个系统，在未来的时i 日j 罩依旧健壮和稳 定，即便不断有新的技术投入使用? m d al l z 3 j 的存在使所有这些通过建模技术 一致起来。 模型驱动框架( m o d e ld r i v e na r c h i t e c t u r e ，m d a ) 是o m g 提出的新的方法 学。它是一种独立于特定平台和软件供应商的软件体系结构设计和开发方法，它 适用于设计、部署、集成等软件丌发的整个生命周期。m d a 遵循的足诸如统一 建模语言( u m l ) 1 4 1 、可扩展标记语。言( x m l ) 1 5 1 和公共对象请求代理体系结构 ( c o r b a ) 1 6 1 等一系列业界开放标准。m d a 能够创建出机器可读和高度抽象的模 型，这些模型以独立于实现的技术开发，以标准化的方式储存。因此，这些模型 可以被重复访问，并被自动转化为纲要( s c h e m a ) 、代码框架( c o d es k e l e t o n ) ，测试 工具( t e s th a r n e s s ) ，集成化代码以及各种平台的部署描述。m d a 把建模语言用作 一种编程语言而不仅仅是设计语言。m d a 的主要思想是将业务规约与实现技术 分离，为应用系统建立平台无关的模型p i m ( p l a t f o r mi n d e p e n d e n tm o d e l ) ，以便更 好地适应业务和技术的变化。通过建立针对实现平台的映射，p i m 可以自动生成 特定技术平台的模型p s m ( p l a t f o r ms e p e c i f i cm o d e l s ) ；通过建立实现语言的映 射，p s m 可以自动生成代码，从而实现最终的系统。 考虑到m d a 以上的技术特点，若能够利用m d a 的技术对汽车嵌入式软件 系统进行建模，将得到的p i m 转换到具体的技术平台上再进行执行，这样不仅 可以解决汽车嵌入式软件系统开发平台和开发方式差异性的问题，而且能够适应 汽车嵌入式软件系统开发新语言，新工具，新技术不断涌现的趋势。如何实现这 江苏大学硕士研究生学位论文 一目标以得到一套高效的汽车嵌入式软件系统开发方法j 下是本文研究的核心问 题。 本文以u m l s y s m l 为基础，讨论基于m d a 的汽车嵌入式软件系统架构设计 方法，实践表明该方法大大简化了汽车嵌入式软件系统创建与维护的过程，实现 了汽车嵌入式软件不同开发团体或创建工具间的信息交换，使得汽车嵌入式软件 的平台无关开发成为可能，可重复利用现有知识产权，提高了汽车嵌入式软件系 统同开发的生产效率，降低了开发成本。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 汽车嵌入式软件系统架构标准 欧洲汽车行业在2 0 世纪9 0 年代中期开发了一套用于汽车电子的开放式系统 标准- - o s e k v d x t 。这是用于分白式实时控制系统的一组标准，核心部分包括 操作系统( o s ) 、通信( c o m ) 、网络管理州m ) 和o s e k 实现语言( o i l ) 四个子标准。 这些标准是欧洲汽车行业先进开发技术的总结，提供了将各种先进汽车电子设备 有机集合在一起的网络化嵌入式计算机系统的开发规范，使汽车行业的各种软件 能够兼容与协作开发，有利于提高汽车软件的开发效率。o s e k v d x 标准推出 后，很多汽车软件提供商推出了符合这一标准的操作系统产品。比较有代表性的 产品有w i n dr i v e r 公司的o s e k w b r k s 、m e t r o w e r k 公司的o s e k t u r b o 、v e c t o r 公司的o s c a n 、l i v e d e v i c e s 公司的r t a 。 1 9 9 4 年，在英国成立了一个叫做汽车工业软件可靠性联合会( t h em o t o r i n d u s t r ys o f t w a r er e l i a b i l i t ya s s o c i a t i o n ，简称m i s r a ) 瞵j 的组织。它是致力于协 助汽车厂商开发安全可靠的软件的跨国协会，其成员包括：a b 汽车电子、罗孚 汽车、宾利汽车、福特汽车、捷豹汽车、路虎公司、l o t u s 公司、m i r a 公司、 r i c a r d o 公司、t r w 汽车电子、利兹大学和福特v i s t e o n 汽车系统公司。经过 了四年的研究和准备，m i s r a 于1 9 9 8 年发布了一个针对汽车工业软件安全性的 c 语言编程规范汽车专用软件的c 语言编程指南( g u i d e l i n e sf o rt h eu s e o ft h ecl a n g u a g ei nv e h i c l eb a s e ds o f t w a r e ) ，共有1 2 7 条规则，称为m i s r a c ：1 9 9 8 。目前m i s r ac ：2 0 0 4 版已有1 4 1 条规则，2 1 个类别，每一条规则对应一 条编程准则。如今m i s r ac 已经被越来越多的企业接受，成为用于嵌入式系统 的c 语言标准，特别是对安全性要求极高的嵌入式系统，软件应符合m i s r a 标 准。在未来，m i s r a c 也趋向于成为国际性的嵌入式c 语言开发标准规范。 e a s t - e e a 是i t e a ( i n t e r n a t i o n a lt e s ta n de v a l u a t i o na s s o c i a t i o n ) 资助的面向 汽车领域嵌入式系统架构的研究项目。项目的目标是通过建立面向汽车工业的通 江苏大学硕士研究生学位论文 用嵌入式系统架构。实现标准的接口、高质量的无缝集成、高效的开发以及通过 新的模型来管理复杂的系统。e a s t o e e a 为汽车制造商、配件供应商、工具提供 商以及软件中间件提供商提供一个统一的软件架构标准，以增强技术和标准的竞 争力、降低丌发时间和产品上市时间、提高汽车电子软件的质量。 未来的汽车专用的高层设计语言使得汽车电子系统丌发商可以在已经存在 的硬件平台的基础上更方便的实现新的功能，并适应新的法规要求。e a s t - e e a 通过定义一个软件架构以支持汽车电子系统的集成，根据该架构，软件将可以作 为插件运行在电子控制单元上。在e a s t - e e a 架构中，实现了分布式硬件平台 中软件和硬件的互操作以及复用。同时，实现主动和可预测的安全等复杂功能的 集成电子控制系统可以在该架构的基础上方便的实现。e a s t - e e a 定义一个分层 的软件架构。该软件架构具有一个中问件的层次，用米提供支持嵌入式软件模块 在不同平台之间移植的接口和服务。中间件为应用层提供a p i 服务，用来支持 不同的应用功能i 、日j 透明的交互。通信层为中间件提供了基本的通信服务，这些服 务通过设备驱动可以支持不同的汽车网络。e a s t - e e a 该架构兼顾了应用的通用 方面的特性和专用方面的特性。e a s t - e e a 还定义了公共的架构描述语言 ( a r c h i t e c t u r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g ) ，该语言支持对需求和实现之间的交互。 在e a s t - e e a 项目研究成果的基础上，一些主流的汽车制造商、配件供应 商、半导体生产商以及软件工具开发商于2 0 0 3 年联合成立了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 ) 组织，并着手丌始将e a s t - e e a 项目的 研究成果转化为工业应用。a u t o s a r 的主要目标是方便软件构件在不同的汽车 平台上的复用。为了达到这一目标，a u t o s a r 定义了一套支持分布式的、功能 驱动的汽车电子软件丌发方法和电子控制单元上的软件架构标准。另外， a u t o s a r 还规定了应用层的接口标准。 标准化推广使中国嵌入式系统丌发企业处于被动，中国计算机学会嵌入式系 统专业委员会建议联合中国汽车工程学会、中国系统工程学会和l s o 国际标准 化组织相关专家组在中国开展嵌入式系统安全规范丌发研究工作并组织中国专 家工作组。通过引进、消化、吸收、再创新为中国的嵌入式系统企业学习m i s r a c 标准提供支持，共同分享先进的国际标准化信息和技术文档以提升中国嵌入式 系统工程师软件水平，与国际标准化组织的最新成果保持同步。目前已有众多国 内知名公司和权威机构加入到了嵌入式系统安全规范开发研究专家组，如：清华 大学汽车系、北京英贝多公司、北京集成电路设计园等。共同致力于提升中国嵌 入式研究能力。此外，浙江大学嵌入式系统工程实验室自主丌发了一套符合 o s e k v d x 标准的嵌入式实时操作系统- - s m a r t o s e k ，并在此基础上研制了一 套嵌入式软件开发平台s m a r t l d e 。目前s m a r t o s e k 已经通过了o s e k 官方组织 江苏大学硕士研究生学位论文 的认证，成为国内第一家通过该组织认证的操作系统。 1 2 2m d a 研究现状 作为未来软件开发方法的框架，m d a 一经提出便受到广泛的关注。国外有 很多公司和组织都在研究m d a 方法，其中o m g ，m i c r o s o f t 、c o m p u w a r e ， i b m ，i n t e r a c t i v eo b j e c t s , t o g e t h e rs o f t ，s o f l e a m 等都在m d a 的研究上取得了进展。 虽然现在对m d a 方法的研究还并不成熟，但是国外已经出现了一些优秀的 工具和平台支持m d a 方法。如法国s o f i e a m 公司的o b j e c t e e r i n g 工具，它是第 一个完全支持m d a 方法的c a s e 工具。类似工具还有t o g e t h e r s o f t 公司的 t o g e t h e rc o n t r o lc e n t e r ，i n t e r a c t i v eo b j e c t s 公司的a r c s t y l e r t w ，还有c o m p u w a r e 公司推出的o p t i m a l j o o j 。o p t i m a l j 最新版本和其它诸如i b m 的r a t i o n a lr o s e 以 及b o r l a n d 的t o g e t h e rc o n t r o lc e n t e r 等建模工具集成在一起，支持在o p t i m a l j 测试环境中对b e a 的w e b l o g i c 及i b m 的w e b s p h e r e 等应用服务器进行测试， 还有一些利用遗留资产( 1 e g a c ym o d e r n i z a t i o n ) 的功能，其中包括对i b m 的 w e b s p h e r em q 软件的支持。另外，还有一种比较好的m d a 工具是i b m 的应用 开发解决方案( a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n ts o l u t i o n ) ，它由i b m 的系列软件提供对 m d a 思想的支持，但没有具体的软件能够进行p i m 到p s m 的转换。b o r l a n d 公 司推出的d e l p h i 工具也支持m d a 方法，最新的d e l p h i2 0 0 6 的e c oi i ! 技术 为n e t 提供了企业级快速m d a 解决方案，可加快开发进程、改善成品素质， 并使复杂软件变得更易管理。e c oi i 能自动绘制模型图表及创制对象，从而建 立高度可扩展的n e t 对象群组，有关对象还具有先进的企业对象功能，例如还 原再做、持久性、版本控制及交易。 虽然o m g 组织在2 0 0 1 年就已经提出了m d a 的概念，但是国内真正开始 了解m d a 还是近两年的事情，相关研究起步较晚。国内首家实现支持m d a 软 件开发的k c o m 商业工程软件工具是一个基于模型驱动体系架构、采用“业务 模型驱动的全自动化软件工厂”开发模式的企业应用平台，但目前只是局限在一 两个成型的系统模型之上的狭义的代码生成，没有实现真正的通用，楚凡科技中 文m d a 产品- t n l 凡嫩a n t 覆盖了软件开发的各个环节，2 0 0 7 年初发布的k a n t 2 0 0 7 ，不仅提供了k a n tf o rd a t a b a s e ，进行数据建模，而且提供了和主流i d e 开发 集成，并完全同步的解决方案，即同时集成e c l i p s e 和v s n e t 2 0 0 5 ，t r u f u n k a n t 以模型驱动整个软件开发，但代码实现还不能完全自动生成。 4 江苏大学硕士研究生学位论文 1 3 主要的技术难点 基于m d a 的汽车嵌入式软件丌发方法是一个非常具有挑战性的课题，有着 十分广泛的应用前景，总的来讲，基于m d a 的汽车嵌入式软件开发方法的难点 主要有：元模型标准化、x m l 表示标准化、p i m 到p s m 转换的实现。下面将分 别介绍： 1 ) 元模型标准化：在汽车行业，u m l 的实际应用还没有得到大规模采用。 要克服这个心理的障碍，不同的丌发者必须依据使用的u m l 特性来限定自己。 换句话说，某些用来描述所构建汽车嵌入式软件系统的特性，没有得到u m l 很 好的支持。在这种情况下，我们必须扩展u m l 现有的建模能力。此外，一个好 的图形化模型系统，可以允许汽车专家专心于他们的领域知识，而不需要深入研 究u m l 建模技术，而且能够很好的表达不同的汽车软件组件，接口，e c u s 和 电气架构。因此，汽车领域元模型建模标准化将是本文重要的研究目标。 2 ) x m l 表示标准化：汽车嵌入式软件系统的开发往往分布在不同团体或开 发平台，因此，许多的汽车嵌入式软件丌发组织使用并行或分布式的开发方式， 这就需要一种透明的交换信息表示方式。因此，x m l 表示的标准化也是本文重 要的研究目标。 3 ) p i m 到p s m 转换的实现：在汽车嵌入式软件系统开发周期中，能够管理 需求变化和重用现在或将来的知识产权( i p ) 的能力是必不可少的。这将通过不同 开发团体或平台对p s m 的渎取来实现，因此，一种能让各个汽车嵌入式软件开 发团体或平台所读取的标准p s m 也将是本文研究的重点与难点。 1 4 文章结构 本文共分为五章，各章内容组织安排如下 第一章绪论主要介绍了基于m d a 的汽车嵌入式软件开发的研究背景和现 状，指出了本文的研究意义和主要的技术难点。 第二章相关理论与技术介绍了汽车嵌入式软件丌发方法实现和m d a 核心 规范相关知识。 第三章m a e s i d a 设计介绍了m a e s i d a 的提出背景，并对该方法的核心 问题进行了分析，介绍了m a e s i d a 的集成丌发过程和丌发流程，并给出一个具 体的集成开发框架。介绍了m d a 思想在m a e s i d a 中的应用。 第四章m a e s i d a 分布式并行建模核心技术实现对m a e s i d a 分布式并行 建模中的核心问题进行深入探讨并给出相应的实现方案。 江苏大学硕士研究生学位论文 第五章总结与展望对本文所做工作进行总结，并提出下一步的具体工作。 1 5 本章小结 本章介绍了基于m d a 的汽车嵌入式软件开发的研究背景和现状，指出了本 文研究的意义和主要的技术难点，最后给出了文章的组织结构。 6 江苏大学硕士研究生学位论文 第二章相关理论与应用 2 1 汽车嵌入式软件开发方法实现 2 1 1 使用u m l s y s m l 描述汽车系统 使用u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 和s y s m l ( s y s t e m sm o d e l i n gl a n g u a g e ) 确定汽车嵌入式软件建模环境的好处是，u m l 和s y s m l 可以超越系统所覆盖的 领域，尤其是需求捕获和细化，行为建模和设计组织。u m l s y s m l 包( p a c k a g e ) 的概念以不同的方式将模型元素组织起来，同时，组件被用来确定各种可部署配 置，提供模型灵活性和组织性。在系统需求的捕获和细化过程上，u m l 和s y s m l 可以扮演特别重要的角色。 s y s m l 需求图( r e q u i r e m e n td i a g r a m s ) 可以用于捕获文本需求，然后追踪这些 需求到软件组件，可运行实体和e c u s 并实现它们。此外，需求可以被连接到测 试场景，用于验证系统。u m l s y s m l 用例图( u s ec a s ed i a g r a m s ) 使得需求组织能 够描述不同的系统使用并定义它们，基于典型的系统用例，顺序图( s e q u e n c e d i a g r a m s ) 描述系统需要履行的不同场景。最后，u m l s y s m l 状态图( s t a t e c h a r t d i a g r a m s ) 和活动图( a c t i v i t yd i a g r a m s ) 提供强大的方法，表达组成软件组件的不同 可运行实体的行为。 2 1 2a u t o s a r 软件架构 a u t o s a r 制定了一个分层的软件开发方法，允许企业在标准上合作，实现 上竞争。为了实现a u t o s a r 过程，关键是确定a u t o s a r 系统。虽然有不同 的方式可以做到，一个强大的和可扩展的方式是，使用u m l s y s m l p r o f i l e 满足 a u t o s a r 标准。图2 1 显示在一个单独的e c u ( e l e c t r o n i cc o n t r o lu n i t ) 里面的 a u t o s a r 分层软件系统。软件被分成三个主要的部分。在最高层，这罩是功能 系统( f u n c t i o n a ls y s t e m ) ，包括所有的特征，组成不同的电气子系统，如雨刷系统， 传输控制系统或外部照明系统。由这些系统组成的元素叫做a u t o s a r 软件组 件( s o f t w a r ec o m p o n e n t ，s w - c ) ，a u t o s a r 软件组件是一个原子单元，完整的 囊括数据，有定义良好的接口，通过a u t o s a rv f b r t e 进行通信。a u t o s a r 运行时环境( r u nt i m ee n v i r o n m e n t s ，r t e ) 在应用软件和基础软件( b a s i cs o f t w a r e ) 之间。r t e 是v f b 的实现，它是一组a p i s 和中间件，连接基础软件到s w - c s 。 所有包含在r t e 下面的叫做基础软件，目的是抽象硬件并包含操作系统，通信 接n ( c a n ，l i n ，f l e x r a y ，m o s t ) ，设备驱动或其它服务。通过标准化软件组件 7 江苏赶学硕士研究生学位论文 和基础软件之间的接口，实际效果是，在不同的电气架构( e l e c t d c a la r c h i t e c t u r e s ) 垦，软件组件可以很容易的重定位到不同的e c u s 。 a u t o s a r 虚拟功能总线( v i r t u a lf u n c t i o n a lb u s 瑚象a u t o s a r 软件组件之 问的通信，以一种技术中立的方式，远离硬件，因此，两个软件组件之问的通信， 可以发生在同样的e c u 或通过总线发生在多个e c u 。虚拟功能总线允许两种 a u t o s a r 软件组件之阃的通信方式：发送者一接收者模式( s e n d e r - r e c e i v e r m o d e ) ，一个组件发出信息，另一个组件接听并收到它，客户端一服务器模式 ( c l i e n t - s e r v e rm o d e ) ，客户端提出要求，服务器端提供请求的服务。 雌2 le c u 软件架构 2 1 3i b mr a t i o n a lr h a p s o d y r h a p s o d y f l 2 1 是i b m 在嵌入式系统市场推出的最先进的模型驱动开发环境。 r h a p s o d y 是唯能同时满足系统工程师和软件开发人员所需的解决方案。其应 用遍及众多产业领域包括汽车、航空航天、医疗和交通运输等。 r h a p s o d y 提供符台u m l s y s m l 标准的工具，可依据特殊应用领域的建模 需要而加以扩充，以提供真正的协同开发环境，无论大或小型的团队都能在此环 境里，进行高效率而有价值的沟通。整体性的需求管理和变动追踪功能可确保系 统设计能准确地满足客户需求。可测试性设计功能不但可以在流程初期就消除系 统的错误，并能全程进行需求验证。r h a p s o d y 不仅能产生程序框架，它更能产 生整个应用程序，所以能有效加速系统开发。以上这些先进技术都以平易近人的 格式整合为套件，因而成为软件和系统工程师们的最佳解决方案。 此外，r h a p s o d y 允许工程师从各种来源集成丰富的外部组件，如c ，c + + 或j a v a 代码。r h a p s o d y 的r - b l o c k 允许我们为第三方的工具，如s i m u l i n k i ”】， s t a t e m a t e l l 4 1 或s d l s u i t e l l 5 1 刨建自己的插件。 2 1 4i b m r h a p s o d ya u t o s a r t e l e l o g i cr h 印s o d ya u t o s a r 软件包是第一个针对汽车行业，基于 江苏大学硕士研究生学位论文 u m l s y s m l ，支持a u t o s a r 的嵌入式软件模型驱动丌发环境。汽车行业的工 程师现在可以利用基于模型的开发环境来进行符合a u t o s a r 标准的应用丌发， 包括设计以及a u t o s a r 软件组件的交换。 r h a p s o d ya u t o s a r 软件包提供了一个a u t o s a r 的建模环境，可以进行 a u t o s a rx m l 文档的导入及导出，允许用户使用a u t o s a r 标准所定义的图， 符号以及专业术语来描述汽车e c u 嵌入式软件系统。这些功能保证用户可以很 容易的将a u t o s a r 的系统模型集成到他们自己的过程以及工具链当中。另外， r h a p s o d ya u t o s a r 软件包允许工程师来定义a u t o s a r 的软件组件( s o f t w a r e c o m p o n e n t ) 以及独立于实现方式的通讯机制，这样可以保证软件组件可以被部署 到不同结构的平台之上，增加系统灵活度以及软件组件的可重用性。 2 2m d a 核心规范 2 2 1 元对象设施m o f 1 ) m o f 概述 。 m o f 元对象设施( m e t ao b j e c tf a c i l i t y ) u 6 1 ，是为元模型规范定义公共抽象语 言的一种o m g 标准。它是定义建模语言的语言，即m d a 用m o f 作为定义建 模语言的抽象语法。如u m l 和c w m 是用m o f 定义的，也就是说，u m l 和 c w m 的元模型是用m o f 描述的。同时m o f 是用m o f 自己来描述的，所以 m o f 是自描述。 m o f 提供了一个存储模型的数据库，同时，还提供了一个定义模型的基础 结构集和一种查看模型的标准方法。m o f 规约作为一种公共基础，提供了模型 元数据互交换和互操作的基础，是模型在x m l 分析中的机制。 m o f 语义一般定义元数据仓库服务( m e t a d a t ar e p o s i t o r ys e r v i c e s ) ，这些服务 支持模型构造、发现、遍历和更新，而这些模型被理解为特定元模型的实例。特 别的，m o f 对于模型生命周期语义的支持意味着当与可视化建模支持结合时， 一个m o f 将提供有效的元数据授权和发布工具( m e t a d a t aa u t h o r i n ga n d p u b l i s h i n gt 0 0 1 ) 。例如，一个新开发的元模型可以在m o f 仓库中维持并且与已有 元模型通过m o f 生命周期和组合语义( 继承、闭合、嵌套等) 来结合。这样，可 以产生模型接口和默认实现并且对环境可见。默认实现可以通过蕴含额外的编程 逻辑来增强，这些编程逻辑是手工书写或者由工具产生( 例如o c l 约束的实现) 。 一个完整的遵从m o f 的仓库提供相当多的元数据服务。 m o f 从u m l “借”来了面向对象类建模结构，并将其作为描述建模结构的 抽象语法，也就是作为元模型的