汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體解決方案

　　摘要

　　本文介紹了一種使用標(biāo)準(zhǔn)化的、分等級(jí)的功能作為一個(gè)單一的層級(jí)來描述電氣、電子和軟件內(nèi)容的車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。然后在一個(gè)合成過程中生成特定域的執(zhí)行層級(jí)，并使用適當(dāng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。重點(diǎn)是快速的迭代優(yōu)化和對(duì)跨域架構(gòu)的評(píng)估和驗(yàn)證。

　　基于功能的系統(tǒng)工程

　　用功能性方法來介紹和開發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)通常是基于如EAST-ADL或SysML等UML （統(tǒng)一建模語(yǔ)言）衍生的特定域的語(yǔ)言。同時(shí)， 用各種形式和抽象層級(jí)（例如功能、活動(dòng)、序列和/或狀態(tài)圖）來介紹將要被開發(fā)的系統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)容（組件），然后為了執(zhí)行進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠成洹?/p>

　　SysML圖類型（分類法）， 來自維基百科。

　　使用這種方法需要做大量的工作，不太適用于架構(gòu)評(píng)估，更適用于詳細(xì)的歸檔。事實(shí)上，為了能夠?qū)φw系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行有意義的技術(shù)和財(cái)務(wù)評(píng)估， 必須非常詳細(xì)地明確每個(gè)單個(gè)層級(jí)直到到達(dá)足夠程度的細(xì)節(jié)。在隨后的映射中，工作量會(huì)按細(xì)節(jié)程度的平方數(shù)增加：例如，在單個(gè)層級(jí)中的工件數(shù)量。

　　如果計(jì)算相應(yīng)的指標(biāo)不夠敏捷，就無(wú)法及時(shí)地對(duì)功能分配的變化進(jìn)行評(píng)價(jià)，也就無(wú)法為每個(gè)單個(gè)的將要被評(píng)價(jià)的選擇提供真正有意義的結(jié)果，例如一個(gè)具體控制單元的軟件組件。

　　總體而言，這極大地影響了架構(gòu)的研究。在某些情況下提供必要的數(shù)據(jù)和計(jì)算想要的指標(biāo)所需要的時(shí)間可能比整個(gè)項(xiàng)目原計(jì)劃的時(shí)間還要多！

　　功能模型

　　本文介紹的另一種方法使用了在一個(gè)單一層級(jí)上結(jié)合了標(biāo)準(zhǔn)化的、分等級(jí)的功能模型來描述系統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)內(nèi)容。在本文中，標(biāo)準(zhǔn)化的功能模型指可從它們最終作為硬件、驅(qū)動(dòng)器和軟件組件執(zhí)行中分離出來的單個(gè)功能。不再在多個(gè)（在某些情況下是多余的）層級(jí)上分發(fā)模型，取而代之的是單個(gè)的特定域的描述可以與一個(gè)單個(gè)的功能抽象結(jié)合，從而消除了冗長(zhǎng)的映射過程。通過可以被標(biāo)準(zhǔn)化（變成軟件、電氣或總線信號(hào)）的信號(hào)實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能間的通信。所有的工件都可以與一組來自詳細(xì)的選項(xiàng)/變型模型的規(guī)則有關(guān)。硬件、軟件和電子&網(wǎng)絡(luò)通信的組件模型可以因此而集成在一起，并且使用設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）來同時(shí)檢查和驗(yàn)證他們的語(yǔ)義依賴關(guān)系。

　　通過這種方式可以早在功能抽象層級(jí)捕獲下游執(zhí)行域（硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和電氣）的技術(shù)、變型推動(dòng)的內(nèi)容，并在所有變型中驗(yàn)證該內(nèi)容。

　　特定域流程和上游功能架構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　功能設(shè)計(jì)。

　　為了說明這種方法，圖3展示了許多功能塊。軟件功能（SW）、驅(qū)動(dòng)器組件（D），傳感器（S）和執(zhí)行器 （A）在一個(gè)單個(gè)的抽象層級(jí)被描述和顯示。功能間的信號(hào)根據(jù)它們需要執(zhí)行的顏色顯示：紅色（SW）、綠色（PCB上的電子信號(hào)）、橙色（線束上的電子信號(hào)）和藍(lán)色（網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)）。

　　標(biāo)出各種功能、選項(xiàng)分配和外部功能塊或信號(hào)參考的功能圖。

　　在圖4中，單個(gè)類型的分配與下游平臺(tái)的執(zhí)行要求一致。如果一個(gè)功能是屬于軟件類的，這意味著該功能在平臺(tái)上在下游分配中被視為SW組件：它應(yīng)被分配到控制單元，而不是一個(gè)單純的電氣組件。注意，一些功能和信息是可選的，與選項(xiàng)/變型模型呼應(yīng)。

　　關(guān)于不同軟件類功能的圖。

　　功能可以按等級(jí)組織，功能信號(hào)既可以參考它們的原始功能（如果從外部功能設(shè)計(jì)開始），也可以通過一個(gè)信號(hào)庫(kù)進(jìn)行跨平臺(tái)和項(xiàng)目使用。

　　邏輯平臺(tái)

　　如果功能設(shè)計(jì)被如上所述所捕捉，那么就可以自動(dòng)創(chuàng)建下游執(zhí)行（硬件和軟件、串行總線系統(tǒng)和電氣分布），并且總是會(huì)尊重選項(xiàng)/變型的關(guān)系。

　　要做到這一點(diǎn)，首先定義一個(gè)邏輯平臺(tái)。這可以由一個(gè)3D模型以物理拓?fù)涞男问降玫?，但是也可以從一個(gè)抽象的邏輯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溟_始。通過向一個(gè)選項(xiàng)/變型模型分配單個(gè)功能組件，邏輯平臺(tái)可以包括（以汽車工程為例）一輛單個(gè)的車、一系列的車或一個(gè)汽車平臺(tái)所有可能存在的衍生物，包括軟件、電氣系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和硬件的變化形式。同樣的原則也適用于卡車、越野車車輛、飛機(jī)和復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，如工業(yè)打印機(jī)和醫(yī)療設(shè)備。甚至，一個(gè)像防空系統(tǒng)這類經(jīng)過擴(kuò)展的系統(tǒng)也可以用這種方式建模。

　　擁有標(biāo)準(zhǔn)化功能容器（資源）和連接通路（載體）的平臺(tái)架構(gòu)。

　　平臺(tái)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)作為資源被標(biāo)準(zhǔn)化：電子控制單元（ECU）或線路可更換單元（LRU）、電氣總成、電力或接地導(dǎo)體。它們可以通過電氣或總線系統(tǒng)（CAN、LIN、Flexray、Ethernet（以太網(wǎng)）、ARINC 429等），或通過光學(xué)或電波連接耦合。這些通信通路被稱為載體