如何通過MATLAB完成CP軟件架構到模型開發

原創汽車電子與軟件 2024-10-15 08:41

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作者?|?不可說

出品?|?汽車電子與軟件

#01

前? 言

AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture）經典平臺（Classic Platform, CP）軟件開發工作流一般分為了自上而下、自下而上與混合模式三種工作流，三種開發模式各有側重點，適用于不同的項目環境。

自上而下的工作流示意

在自上而下（Top-Down）工作流中：

首先要做架構設計，第一步要做應用架構設計：首先，在AUTOSAR編輯工具（如Davinci Developer）中設計應用架構。這包括定義軟件組件（SWC）、接口（Interface）、端口（Port）等元素；
導出SWC的ARXML描述文件包含了類型、接口、端口、可運行實體、事件等詳細信息；
再將ARXML文件導入MBD建模工具（如Simulink）；
根據ARXML文件中的解析SWC及端口、接口等內容搭建模型，實現算法等應用功能；
在建模工具中完成算法實現后，生成符合AUTOSAR標準的代碼及ARXML文件；
后續則是由BSW工程師繼續進行BSW層基礎代碼開發、軟件集成、測試等工作。

? ? ? ? ?

從步驟1到步驟3涉及軟件架構描述ARXML文件的導入導出，前后也涉及到不同開發工具的應用，也對應不同職責的開發人員，但是在實際開發過程中，應用層軟件需求分析，到軟件架構設計、再到軟件模型開發可能是同一團隊或者同一個人，因此沒必要在不同工具中將ARXML導出又導入。

? ? ? ? ?

本文將使用MATLAB AUTOSAR Blockset完成從軟件需求到軟件模型開發的全過程實踐。? ? ? ??

#02

軟件架構設計?

首先要根據軟件需求，完成軟件架構設計，本文對這部分不再重復演示，打開含有對應軟件架構信息的SLX文件，直接打開繼續開發，下面列舉出該軟件架構SIMULINK模型對應的需求、SWC、Port、Interface以及Data Type等信息：

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*****************************

主副駕座椅加熱用戶需求Case：

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UC 01 : 座椅加熱關閉時，手動點擊屏幕主副駕座椅加熱虛擬按鍵，座椅加熱開到2擋；

UC 02 : 座椅加熱2擋位時，手動點擊屏幕主副駕座椅加熱虛擬按鍵，座椅加熱開到1擋；

UC 03 : 座椅加熱1擋位時，手動點擊屏幕主副駕座椅加熱虛擬按鍵，座椅加熱關閉；

UC 04 : 座椅加熱開啟時時，且主副駕離座時，觸發對應位置座椅加熱關閉。

架構設計信息如下：

SWC?Name	Port?Name	Port Direction	Interface Name	Interface Type	Data Type
SeatHeat_VC_SWC	portDrSeatOccupySt	IN	IF_DrSeatOccupySt	Receiver	DT_OccupySt(枚舉)
	portAsSeatOccupySt	IN	IF_AsSeatOccupySt	Receiver	DT_OccupySt(枚舉)
	portDrSeatHeatCoordReq	OUT	IF_DrSeatHeatCoordReq	Sender	DT_REQ(枚舉)
	portAsSeatHeatCoordReq	OUT	IF_AsSeatHeatCoordReq	Sender	DT_REQ(枚舉)
SeatHeat_AS_SWC	portDrSeatHeatSt	IN	If_DrSeatHeatSt	Receiver	DT_HeatSts(整形)
	portAsSeatHeatSt	IN	If_AsSeatHeatSt	Receiver	DT_HeatSts(整形)
	portDrHeatButtonSt	IN	If_DrHeatButtonSt	Receiver	DT_HeatButtonSt(枚舉)
	portAsHeatButtonSt	IN	If_AsHeatButtonSt	Receiver	DT_HeatButtonSt(枚舉)
	portDrSeatHeatCoordReq	IN	If_DrSeatHeatCoordReq	Receiver	DT_REQ(枚舉)
	portAsSeatHeatCoordReq	IN	If_AsSeatHeatCoordReq	Receiver	DT_REQ(枚舉)
	portDrSeatHeatReq	OUT	If_DrSeatHeatReq	Sender	DT_REQ(枚舉)
	portAsSeatHeatReq	OUT	If_AsSeatHeatReq	Sender	DT_REQ(枚舉)

? ? ? ? ?

Data Type 信息如下：

Data Type	Base Type	Min value	Max value	…… ?	Data Detile
DT_OccupySt	Enum	0	1	……	0：NO_OCCUPY 1：OCCUPY
DT_REQ	Enum	0	3	……	0：REQ_CLOSE 1：REQ_LEVEL1 2：REQ_LEVEL2 3：NO_REQ
DT_HeatButtonSt	Enum	0	1	……	0：NO_PUSH 1：PUSH
DT_HeatSts	Uint8	0	2	……	0：HEAT_CLOSE 1：HEAT?_LEVEL1 2：HEAT?_LEVEL2

*****************************

? ? ? ? ?

打開SLX文件，含有一個Composition，內含兩個SWC：?

? ?

#03

需求導入

上面的SLX文件中，僅包含軟件架構信息，還未有需求的信息，因此這邊先將需求信息完善；

在APP菜單欄中打開需求管理器；? ?

如果已經又相關需求文件，可以直接導入打開或者編輯，這里先直接創建個新的需求集（slreqx格式文件），再打開需求編輯器，將上面的需求填入；

在需求編輯器中，點擊添加需求，選擇需求類型，定義需求編號、摘要、以及按需填寫詳細描述內容；? ?

完成后關閉需求編輯器；

在菜單選項卡中選擇：需求-布局，選中需求瀏覽器，然后在需求瀏覽器中選中一條需求，使其保持選中狀態；

保持一條需求選中狀態；在其對應實現的SWC上右鍵選擇需求à鏈接到需求瀏覽器中的所選內容；? ?

完成所有的需求鏈接，在對應的SWC模塊右上角會出現一個提示有需求鏈接到的圖標，鼠標放上去可以顯示所鏈接的需求信息；

#04

創建Runnable

想要在哪個SWC內創建Runnable，則選中哪個SWC，然后在Function Editor中選擇添加即可；??

這里示例一共創建了三個Function，按需修改名稱及周期。

在菜單欄：MODELING—DESIGN中，選擇“調度編輯器”選項，可以查看到按執行周期排列的執行順序；? ?

#05

轉化為Simulink模型

上面的工作內容都是基于AUTOSAR Blockset Software Architecture畫布完成的，所呈現的基本上都屬于MATLAB/Simulink元素。

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在基于Matlab/Simulink進行AUTOSAR軟件組件開發時，需要理清兩者之間的基本概念對應關系。以下是一些常見的對應關系：

1)軟件組件（Software Component, SWC）

Matlab/Simulink：在Matlab/Simulink中，可以通過構建模型來表示一個軟件組件的內部行為。這個模型可以包含多個子系統、模塊和參數，用于描述組件的功能和接口。

AUTOSAR：在AUTOSAR中，軟件組件是構成系統的基礎單元，它包含一組可運行實體（Runnables）和端口（Ports），用于實現特定的功能并與其他組件進行交互。

2)可運行實體（Runnable）

Matlab/Simulink：在Matlab/Simulink模型中，可以通過函數調用子系統（Function Call Subsystem）或狀態機（Stateflow）來表征AUTOSAR軟件組件的可運行實體。這些子系統或狀態機封裝了實現特定功能的算法。?

AUTOSAR：可運行實體是軟件組件中的函數，它們在運行時被調用以執行特定的任務。在AUTOSAR中，可運行實體可以是周期性的、事件觸發的或兩者兼有。

3)端口（Port）

Matlab/Simulink：在Matlab/Simulink模型中，端口用于表示模型之間的接口，包括輸入端口和輸出端口。這些端口用于在模型之間傳遞數據和控制信號。

AUTOSAR：在AUTOSAR中，端口用于定義軟件組件之間的通信接口。端口可以是提供型端口（PPort）或需求型端口（RPort），分別用于提供數據或請求數據。

4)數據類型

Matlab/Simulink：Matlab/Simulink支持多種數據類型，包括整數、浮點數、復數等，這些數據類型在模型中被用于表示信號和參數。

AUTOSAR：AUTOSAR也定義了一系列數據類型，用于在軟件組件之間傳遞數據。這些數據類型包括基本數據類型（如整數、浮點數）和復合數據類型（如結構體、數組）。

5)代碼生成

Matlab/Simulink：通過Embedded Coder等工具，Matlab/Simulink模型可以被轉換為高效的C/C++代碼，這些代碼可以在嵌入式系統中運行。

AUTOSAR：在AUTOSAR環境中，生成的代碼需要符合AUTOSAR規范，包括代碼結構、命名規則、注釋等。此外，還需要生成相應的ARXML描述文件，用于描述軟件組件的接口和行為。? ?

? ? ? ? ?

為了將上面的AUTOSAR架構模型轉換為Simulink在SWC上右鍵，選擇Create Simulink Behavior。

創建Simulink模型，并且把SWC與對應的Simulink模型link起來；

可選擇的Type有兩種，Export-function與Rate-based；

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Export-function指的是將Simulink模型中的某個函數或模塊導出為特定格式或用于特定目的的功能。

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Rate-based通常指的是基于速率的執行模型，在Simulink中，這通常與模型的仿真步長或執行頻率相關。在AUTOSAR架構中，Runnables可以配置為以特定的速率運行。

? ? ? ? ?

Export-function更關注于將Simulink中的功能或算法導出到AUTOSAR環境中，而Rate-based則更關注于模擬或實現基于速率的執行行為。? ?

應用場景方面，Export-function可能用于整個模型或模型的一部分的導出，而Rate-based則更多地應用于模型的仿真和驗證階段，確保Runnables的執行頻率符合預期。

操作層面：在實際操作中，Export-function可能涉及到代碼生成、接口定義和配置文件的導出等步驟，而Rate-based則更多是在Simulink模型中設置Runnables的執行速率，并通過仿真來驗證其正確性。

這里都選擇默認的Export-function即可；

生成后，原來的SWC模塊變為引用模塊，引用剛生成的simulink模型；

? ?

模塊內部展示；

? ? ?

#06

模型構建

注意，Function/Runnable外部要使用Bus Element端口，內部使用正常的IN/OUT ，搭建完模型后，進入Autosar工具箱，同步生成代碼。? ??

另一個SWC的模型構建及其代碼生成：含兩個Function/Runnable，并使用了Chart-Stateflow；? ?

? ? ? ? ?

回到Composition根界面，導出代碼整個工程的ARXML文件；?

#07

總? 結

從上面的實踐結果可知，從需求到軟件架構再到軟件模型都可以通過MATLAB完成，并且中間無需再將ARXML導出再導入，只是在模型搭建完成后，導出ARXML和應用層代碼，交給BSW工程師、集成工程師完成后續工作即可。? ?

/ END /

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