如何通过MATLAB完成CP软件架构到模型开发

原创汽车电子与软件 2024-10-15 08:41

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：

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；
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；
再将ARXML文件导入MBD建模工具（如Simulink）；
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；
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；
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	……	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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