MATLAB如何支持AUTOSAR开发

原创汽车电子与软件 2024-09-27 08:27

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作者 | 不可说

出品 | 汽车电子与软件

#01

为什么MATLAB要支持AUTOSAR

作为汽车行业从业者，即便不做软件开发相关工作，想必对AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture）也有所耳闻，毕竟近些年AUTOSAR太过火爆，从开发标准、开发需求到开发工具，都倾向于AUTOSAR标准化；AUTOSAR本身是一种开放的、标准化的汽车软件架构，目的是提高汽车软件的可重用性、可扩展性和互操作性，进而提升开发效率，降低平台化的开发成本，所以AUTOSAR这一块的商业前景很是客观。

AUTOSAR架构得到了广泛的行业支持，许多供应商和开发者提供与AUTOSAR相关的工具、软件组件和解决方案。MATLAB通过支持AUTOSAR开发，可以融入这一生态系统，与众多供应商和开发者共同推动汽车软件技术的发展和创新。

MATLAB在数值计算和可视化方面拥有强大的能力，这对于汽车软件系统的设计和仿真至关重要。通过结合MATLAB的这些优势，开发者可以更加直观地理解系统行为，优化系统设计，提高系统的性能和可靠性。

除了上面提到的MATLAB与AUTOSAR相得益彰的特点外，MATLAB拥有庞大的用户社区和活跃的开发者社区，用户可以通过官方文档、论坛、博客等渠道获取帮助和分享经验。这对于支持AUTOSAR开发的用户来说尤为重要，因为开发者们可以很容易地获取到相关的技术支持和解决方案。

所以，个人认为就是商业价值加上特征匹配等优势，促使MATLAB近年来不断的更新、提升对AUTOSAR的支持。

#02

MATLAB 的 AUTOSAR 工具箱

2014-2017年AUTOSAR发布了CP 4.1至4.3等多个版本，增加了对ADAS（高级驾驶辅助系统）和自动驾驶系统的支持等。在2017年，AUTOSAR发布了新的自适应平台（AUTOSAR Adaptive Platform），以满足未来汽车电子系统对灵活性和可扩展性的更高要求。

应该是在2019年以前，MATLAB通过扩展包的形式支持CP平台的开发，19年以后直接集成在MATLAB安装包中；对AP平台的支持应该是在22年以后的版本才有的；具体信息感兴趣的可以去MATLAB官网查下更新迭代的历史。

MATLAB工具箱叫做AUTOSAR Blockset；

AUTOSAR工具箱内的SIMULINK模板

#03

可以做什么？

AUTOSAR Blockset提供应用程序和block，用于使用Simulink模型开发AUTOSAR Classic和Adaptive软件。可以使用AUTOSAR Component Designer设计Simulink模型并将其映射到software components（SWCs）。或者，也可以从AUTOSAR XML（ARXML）文件导入SWC和SWC描述，为AUTOSAR生成新的Simulink模型。

AUTOSAR Blockset为AUTOSAR库例程和基本软件（BSW）服务（包括NVRAM和诊断）提供block。通过将BSW服务与APP模型一起模拟，可以一直Simulink的环境下验证的AUTOSAR ECU软件。

通过AUTOSAR Blockset，可以在Simulink中创建AUTOSAR架构模型（需要System Composer）。在AUTOSAR架构模型中，可以编写SWC、SWC接口、端口、数据类型、配置文件和原型。可以添加模拟行为，包括BSW服务组件。或者，可以通过ARXML文件导入和导出软件描述。

AUTOSAR模块当然也支持C和C++生产代码生成（使用Embedded Coder），且符合ISO 26262标准。

#04

CP平台模型开发步骤

AUTOSAR Blockset为经典平台（CP）的软件组件（SWC）建模提供了高效且系统化的解决方案。这一流程精心设计，确保开发者能够轻松、准确地构建符合AUTOSAR标准的软件架构。具体而言，利用AUTOSAR Blockset进行CP平台的SWC建模，可以遵循以下三个条理清晰、步骤明确的阶段：

步骤1：创建AUTOSAR软件组件的Simulink直观表示

在这一初始阶段，开发者首先需要在Simulink环境中构建AUTOSAR软件组件的图形化模型。这一步骤的灵活性体现在可以从两个方向入手：一是直接基于AUTOSAR XML（ARXML）格式的组件描述文件，通过AUTOSAR Blockset的导入功能，自动创建对应的Simulink模型；二是从已有的Simulink设计出发，利用Blockset提供的模板和工具，手动转换为符合AUTOSAR规范的组件模型。无论是哪种方式，都极大地简化了SWC建模的初期工作，使开发者能够迅速进入模型设计状态。

步骤2：精细配置Simulink建模环境中的AUTOSAR软件组件元素

完成SWC的Simulink模型创建后，接下来是细致入微的配置阶段。在这一步，开发者需要利用AUTOSAR Blockset提供的丰富配置选项，为模型中的每个元素（如端口、运行实体、数据元素等）分配AUTOSAR属性，如数据类型、访问权限、通信接口等。这一过程不仅确保了模型与AUTOSAR标准的严格对齐，还为后续的代码生成和系统集成奠定了坚实的基础。通过直观的图形界面和详尽的配置向导，即使是初次接触AUTOSAR的开发者也能轻松上手。

步骤3：生成ARXML组件描述与算法C代码，实现测试与集成

当SWC的Simulink模型及其AUTOSAR配置完成后，最后一步便是利用AUTOSAR Blockset与Simulink Coder、Embedded Coder的紧密集成，自动生成ARXML组件描述文件和高效的C代码。ARXML文件作为AUTOSAR系统的元数据描述，详细记录了SWC的接口、行为及依赖关系，是系统设计与集成的重要参考。而生成的C代码则直接对应于SWC的算法实现，可直接在Simulink环境中进行测试验证，或无缝集成到AUTOSAR运行时环境中，用于实车或仿真平台的部署。这一自动化的代码生成流程，不仅提高了开发效率，还显著降低了人为错误的风险，确保了软件质量。

CP SWC 开发创建示意

#05

AP平台模型开发步骤

在使用AUTOSAR Blockset软件支持AP平台的软件组件SWC建模，与CP平台的开发很是接近，便不详细展开了，大致可以理解为：

步骤1：创建AUTOSAR软件组件的Simulink表示。AUTOSAR自适应组件创建可以从AUTOSAR XML（ARXML）组件描述或现有的Simulink设计开始创建AUTOSAR自适应SWC的算法模型内容；

步骤2：为Simulink建模环境配置AUTOSAR自适应SWC的元素

步骤3：生成ARXML组件描述和算法C++代码，用于测试或集成到AUTOSAR运行时环境中。

AP SWC 开发创建示意

#06

Composition仿真

当开发多个相互连接并协同工作的AUTOSAR软件组件（SWC）模型时，可以将它们组合在一个AUTOSAR组合（Composition）模型中进行仿真。Composition是一个AUTOSAR软件组件，它聚合了相关的软件组件（SWCs）。组合支持组件扩展，并有助于管理设计中的复杂性。

要创建AUTOSAR composition的Simulink表示，可以执行以下操作之一：

导入Composition的AUTOSAR XML（ARXML）描述（CP平台）。

创建模型，并使用Model blocks引用和连接AUTOSAR组件模型。

或者，如果有System Composer软件模块，也可以创建AUTOSAR架构模型，并使用SWC Composition对AUTOSAR组合进行建模。

当模拟Composition模型时，也就模拟了聚合的AUTOSAR组件的组合行为。

对于AUTOSAR CP 平台，AUTOSAR Blockset提供了几个基本软件（BSW）块，允许对在AUTOSAR运行时环境（RTE）中运行的BSW服务的软件组件调用进行建模。BSW服务包括NVRAM管理器（NvM）、诊断事件管理器（DeM）和功能抑制管理器（FiM）。在运行时环境（RTE）中，AUTOSAR软件组件通常使用客户端-服务器（client-server）或发送方-接收方（sender-receiver）通信方式访问BSW服务。

要模拟调用BSW服务的AUTOSAR组件，需要创建一个包含组合模型并添加预配置的BSW服务组件块。这些Block提供BSW服务的参考实现。

BSW参与Composition的仿真

#07

开发AUTOSAR软件架构模型

AUTOSAR Blockset不仅为构建符合AUTOSAR标准的组合和组件模型提供了丰富的资源库，还可以创建软件架构画布。在这块画布上，工程师可以完成将功能定义、需求到软件架构模型的转换。

在利用AUTOSAR Blockset进行软件架构设计时，整个创作过程可以细化为以下几个清晰有条理的步骤：

步骤1：开始——创建或导入AUTOSAR软件架构模型

首先，开发者需要在一个全新的环境中创建一个AUTOSAR软件架构的初始模型，这个模型将成为后续所有工作的基石。如果已有现成的ARXML文件（AUTOSAR架构描述文件），则可直接导入，迅速将既有架构转化为可在AUTOSAR Blockset中操作的模型，极大地节省了时间和精力。

步骤2：构建与配置——添加组合与组件，完善架构

在这一阶段，开发者将开始在模型中添加AUTOSAR的组合（Composite）和组件（Component），这些元素如同构建高楼大厦的砖石，是软件架构不可或缺的部分。同时，通过链接组件的实现，确保它们能够协同工作。此外，还会创建配置文件、原型和视图，这些工具将帮助开发者从多个维度深入理解和分析架构，确保设计的合理性和高效性。

步骤3：行为定义与验证——模拟组件，链接需求

为了让软件架构真正“活”起来，开发者需要利用AUTOSAR Blockset的强大功能，对架构中的组件进行模拟。通过将组件与需求（利用requirements Toolbox™）紧密链接，可以确保每一个组件都严格遵循设计初衷，满足车辆系统的功能要求。此外，通过创建、链接或导入Simulink模型，开发者能够定义组件的具体行为，模拟其在不同场景下的工作情况，提前发现并解决潜在的问题。

步骤4：输出与部署——生成与打包代码

当软件架构设计完成并经过充分验证后，便是将其转化为可执行代码的关键时刻。利用AUTOSAR Blockset与Embedded Coder的完美结合，开发者可以轻松地生成并打包组合ARXML文件和组件的SWC（Software Component）代码。这一过程不仅自动化程度高，而且生成的代码质量优良，为后续的集成测试和最终的产品部署奠定了坚实的基础。

架构模型提供了一个端到端的AUTOSAR软件设计工作流程。在Simulink中，可以为经典（CP）或自适应平台（AP）编写高级应用程序设计，实现应用程序组件的行为，并模拟应用程序。对于经典（CP）的架构Composition组合，还可以添加基础软件层（BSW）服务调用和服务实现。

AUTOSAR软件架构搭建

#08

总结

结合上面分析，可见MATLAB的AUTOSAR Blockset在汽车电子软件开发中扮演着至关重要的角色，可以加速AUTOSAR软件架构开发、简化模型设计，也可以实现需求与设计的紧密连接，并且支持早期验证，最后自动生成代码，直接用于嵌入式系统的开发，大大缩短了从设计到实现的周期，不仅满足了行业标准，还提高开发效率，降低了开发成本。

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