如何通过MATLAB完成CP软件架构到模型开发

汽车   2024-10-15 08:41   上海  

作者 | 不可说

出品 | 汽车电子与软件



#01

前  言

AUTOSAR(AUTomotive Open System ARchitecture)经典平台(Classic Platform, CP)软件开发工作流一般分为了自上而下、自下而上与混合模式三种工作流,三种开发模式各有侧重点,适用于不同的项目环境。


自上而下的工作流示意

在自上而下(Top-Down)工作流中:

  1. 首先要做架构设计,第一步要做应用架构设计:首先,在AUTOSAR编辑工具(如Davinci Developer)中设计应用架构。这包括定义软件组件(SWC)、接口(Interface)、端口(Port)等元素;

  2. 导出SWC的ARXML描述文件包含了类型、接口、端口、可运行实体、事件等详细信息;

  3. 再将ARXML文件导入MBD建模工具(如Simulink);

  4. 根据ARXML文件中的解析SWC及端口、接口等内容搭建模型,实现算法等应用功能;


  5. 在建模工具中完成算法实现后,生成符合AUTOSAR标准的代码及ARXML文件;

  6. 后续则是由BSW工程师继续进行BSW层基础代码开发、软件集成、测试等工作。
         

 

从步骤1到步骤3涉及软件架构描述ARXML文件的导入导出,前后也涉及到不同开发工具的应用,也对应不同职责的开发人员,但是在实际开发过程中,应用层软件需求分析,到软件架构设计、再到软件模型开发可能是同一团队或者同一个人,因此没必要在不同工具中将ARXML导出又导入。
         

 

本文将使用MATLAB AUTOSAR Blockset完成从软件需求到软件模型开发的全过程实践。        

 




#02
软件架构设计 

首先要根据软件需求,完成软件架构设计,本文对这部分不再重复演示,打开含有对应软件架构信息的SLX文件,直接打开继续开发,下面列举出该软件架构SIMULINK模型对应的需求、SWC、Port、Interface以及Data Type等信息:
         

 

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

主副驾座椅加热用户需求Case:
         

 

UC 01 : 座椅加热关闭时,手动点击屏幕主副驾座椅加热虚拟按键,座椅加热开到2挡;

UC 02 : 座椅加热2挡位时,手动点击屏幕主副驾座椅加热虚拟按键,座椅加热开到1挡;

UC 03 : 座椅加热1挡位时,手动点击屏幕主副驾座椅加热虚拟按键,座椅加热关闭;

UC 04 : 座椅加热开启时时,且主副驾离座时,触发对应位置座椅加热关闭。

架构设计信息如下:

SWC Name

Port Name

Port

Direction

Interface

Name

Interface

Type

Data

Type

SeatHeat_VC_SWC

portDrSeatOccupySt

IN

IF_DrSeatOccupySt

Receiver

DT_OccupySt(枚举)

portAsSeatOccupySt

IN

IF_AsSeatOccupySt

Receiver

DT_OccupySt(枚举)

portDrSeatHeatCoordReq

OUT

IF_DrSeatHeatCoordReq

Sender

DT_REQ(枚举)

portAsSeatHeatCoordReq

OUT

IF_AsSeatHeatCoordReq

Sender

DT_REQ(枚举)

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(枚举)

portAsHeatButtonSt

IN

If_AsHeatButtonSt

Receiver

DT_HeatButtonSt(枚举)

portDrSeatHeatCoordReq

IN

If_DrSeatHeatCoordReq

Receiver

DT_REQ(枚举)

portAsSeatHeatCoordReq

IN

If_AsSeatHeatCoordReq

Receiver

DT_REQ(枚举)

portDrSeatHeatReq

OUT

If_DrSeatHeatReq

Sender

DT_REQ(枚举)

portAsSeatHeatReq

OUT

If_AsSeatHeatReq

Sender

DT_REQ(枚举)

         

 


Data Type 信息如下:

Data

Type

Base

Type

Min value

Max value

……

 
Data Detile

DT_OccupySt

Enum

0

1

……

0NO_OCCUPY

1OCCUPY

DT_REQ

Enum

0

3

……

0REQ_CLOSE

1REQ_LEVEL1

2REQ_LEVEL2

3NO_REQ

DT_HeatButtonSt

Enum

0

1

……

0NO_PUSH

1PUSH

DT_HeatSts

Uint8

0

2

……

0HEAT_CLOSE

1HEAT _LEVEL1

2HEAT _LEVEL2


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

 

打开SLX文件,含有一个Composition,内含两个SWC: 
   




#03
需求导入

上面的SLX文件中,仅包含软件架构信息,还未有需求的信息,因此这边先将需求信息完善;

在APP菜单栏中打开需求管理器;   


如果已经又相关需求文件,可以直接导入打开或者编辑,这里先直接创建个新的需求集(slreqx格式文件),再打开需求编辑器,将上面的需求填入;


在需求编辑器中,点击添加需求,选择需求类型,定义需求编号、摘要、以及按需填写详细描述内容;   


完成后关闭需求编辑器;

在菜单选项卡中选择:需求-布局,选中需求浏览器,然后在需求浏览器中选中一条需求,使其保持选中状态;


保持一条需求选中状态;在其对应实现的SWC上右键选择需求à链接到需求浏览器中的所选内容;   


完成所有的需求链接,在对应的SWC模块右上角会出现一个提示有需求链接到的图标,鼠标放上去可以显示所链接的需求信息;




#04
创建Runnable

想要在哪个SWC内创建Runnable,则选中哪个SWC,然后在Function Editor中选择添加即可;  
 

这里示例一共创建了三个Function,按需修改名称及周期。


在菜单栏:MODELING—DESIGN中,选择“调度编辑器”选项,可以查看到按执行周期排列的执行顺序;   




#05
转化为Simulink模型

上面的工作内容都是基于AUTOSAR Blockset Software Architecture画布完成的,所呈现的基本上都属于MATLAB/Simulink元素。
         

 

在基于Matlab/Simulink进行AUTOSAR软件组件开发时,需要理清两者之间的基本概念对应关系。以下是一些常见的对应关系:

1)软件组件(Software Component, SWC)

  • Matlab/Simulink:在Matlab/Simulink中,可以通过构建模型来表示一个软件组件的内部行为。这个模型可以包含多个子系统、模块和参数,用于描述组件的功能和接口。

  • AUTOSAR:在AUTOSAR中,软件组件是构成系统的基础单元,它包含一组可运行实体(Runnables)和端口(Ports),用于实现特定的功能并与其他组件进行交互。

2)可运行实体(Runnable)

  • Matlab/Simulink:在Matlab/Simulink模型中,可以通过函数调用子系统(Function Call Subsystem)或状态机(Stateflow)来表征AUTOSAR软件组件的可运行实体。这些子系统或状态机封装了实现特定功能的算法。 
 
  • AUTOSAR:可运行实体是软件组件中的函数,它们在运行时被调用以执行特定的任务。在AUTOSAR中,可运行实体可以是周期性的、事件触发的或两者兼有。

3)端口(Port)

  • Matlab/Simulink:在Matlab/Simulink模型中,端口用于表示模型之间的接口,包括输入端口和输出端口。这些端口用于在模型之间传递数据和控制信号。

  • AUTOSAR:在AUTOSAR中,端口用于定义软件组件之间的通信接口。端口可以是提供型端口(PPort)或需求型端口(RPort),分别用于提供数据或请求数据。

4)数据类型

  • Matlab/Simulink:Matlab/Simulink支持多种数据类型,包括整数、浮点数、复数等,这些数据类型在模型中被用于表示信号和参数。

  • AUTOSAR:AUTOSAR也定义了一系列数据类型,用于在软件组件之间传递数据。这些数据类型包括基本数据类型(如整数、浮点数)和复合数据类型(如结构体、数组)。

5)代码生成

  • Matlab/Simulink:通过Embedded Coder等工具,Matlab/Simulink模型可以被转换为高效的C/C++代码,这些代码可以在嵌入式系统中运行。

  • AUTOSAR:在AUTOSAR环境中,生成的代码需要符合AUTOSAR规范,包括代码结构、命名规则、注释等。此外,还需要生成相应的ARXML描述文件,用于描述软件组件的接口和行为。   
         

 

为了将上面的AUTOSAR架构模型转换为Simulink在SWC上右键,选择Create Simulink Behavior。


创建Simulink模型,并且把SWC与对应的Simulink模型link起来;

可选择的Type有两种,Export-function与Rate-based;
         

 

Export-function指的是将Simulink模型中的某个函数或模块导出为特定格式或用于特定目的的功能。
         

 

Rate-based通常指的是基于速率的执行模型,在Simulink中,这通常与模型的仿真步长或执行频率相关。在AUTOSAR架构中,Runnables可以配置为以特定的速率运行。
         

 

Export-function更关注于将Simulink中的功能或算法导出到AUTOSAR环境中,而Rate-based则更关注于模拟或实现基于速率的执行行为。   

应用场景方面,Export-function可能用于整个模型或模型的一部分的导出,而Rate-based则更多地应用于模型的仿真和验证阶段,确保Runnables的执行频率符合预期。

操作层面:在实际操作中,Export-function可能涉及到代码生成、接口定义和配置文件的导出等步骤,而Rate-based则更多是在Simulink模型中设置Runnables的执行速率,并通过仿真来验证其正确性。


这里都选择默认的Export-function即可;

生成后,原来的SWC模块变为引用模块,引用刚生成的simulink模型;

   
模块内部展示;


     


#06
模型构建

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



另一个SWC的模型构建及其代码生成:含两个Function/Runnable,并使用了Chart-Stateflow;   


         

 

回到Composition根界面,导出代码整个工程的ARXML文件; 
 




#07
总  结

从上面的实践结果可知,从需求到软件架构再到软件模型都可以通过MATLAB完成,并且中间无需再将ARXML导出再导入,只是在模型搭建完成后,导出ARXML和应用层代码,交给BSW工程师、集成工程师完成后续工作即可。   



/ END /



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