電子設(shè)計自動化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商 Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《汽車系統(tǒng)設(shè)計的整體解決方案》的研究報告。中文版的報告全文可在 Mentor Graphics 的官方網(wǎng)站閱讀和下載： http://automotive.cn.mentor.com/news-publications/holistic-approach-vehicle-system-design 。

背景：

介紹了一種使用標(biāo)準(zhǔn)化的、分等級的功能作為一個單一的層級來描述電氣、電子和軟件內(nèi)容的車輛系統(tǒng)設(shè)計方法。然后在一個合成過程中生成特定域的執(zhí)行層級，并使用適當(dāng)指標(biāo)進行評估。重點是快速的迭代優(yōu)化和對跨域架構(gòu)的評估和驗證。

摘要

介紹了一種使用標(biāo)準(zhǔn)化的、分等級的功能作為一個單一的層級來描述電氣、電子和軟件內(nèi)容的車輛系統(tǒng)設(shè)計方法。然后在一個合成過程中生成特定域的執(zhí)行層級，并使用適當(dāng)指標(biāo)進行評估。重點是快速的迭代優(yōu)化和對跨域架構(gòu)的評估和驗證。

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)一建模語言)衍生的特定域的語言。同時 ， 用各種形式和抽象層級 ( 例如功能、活動、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)行進行適當(dāng)?shù)挠成洹?/p>

使用這種方法需要做大量的工作，不太適用于架構(gòu)評估，更適用于詳細的歸檔。事實上，為了能夠?qū)φw系統(tǒng)架構(gòu)進行有意義的技術(shù)和財務(wù)評估 ， 必須非常詳細地明確每個單個層級直到到達足夠程度的細節(jié)。在隨后的映射中 ， 工作量會按細節(jié)程度的平方數(shù)增加：例如 ， 在單個層級中的工件數(shù)量。

如果計算相應(yīng)的指標(biāo)不夠敏捷，就無法及時地對功能分配的變化進行評價，也就無法為每個單個的將要被評價的選擇提供真正有意義的結(jié)果，例如一個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)和計算想要的指標(biāo)所需要的時間可能比整個項目原計劃的時間還要多!

功能模型

介紹的 另一種方法使用了在一個單一層級上結(jié)合了標(biāo)準(zhǔn)化的、分等級的功能模型來描述系統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)內(nèi)容。 標(biāo)準(zhǔn)化 的功能模型指可從它們最終作為硬件、驅(qū)動器和軟件組件執(zhí)行中分離出來的單個功能。不再在多個(在某些情況下是多余的)層級上分發(fā)模型，取而代之的是單個的特定域的描述可以與一個單個的功能抽象結(jié)合，從而消除了冗長的映射過程。通過可以被標(biāo)準(zhǔn)化(變成軟件、電氣或總線信號)的信號實現(xiàn)單個功能間的通信。所有的工件都可以與一組來自詳細的選項/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)計規(guī)則檢查(DRC)來同時檢查和驗證他們的語義依賴關(guān)系。

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

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)動器組件(D)，傳感器(S)和執(zhí)行器 (A)在一個單個的抽象層級被描述和顯示。功能間的信號根據(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 ) 、橙色(線束上的電子信號)和藍色 ( 網(wǎng)絡(luò)上的信號 ) 。

標(biāo)出各種功能、選項分配和外部功能塊或信號參考的功能圖

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

關(guān)于不同軟件類功能的圖

功能可以按等級組織，功能信號既可以參考它們的原始功能(如果從外部功能設(shè)計開始)，也可以通過一個信號庫進行跨平臺和項目使用。

邏輯平臺

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

要做到這一點，首先定義一個邏輯平臺。這可以由一個3D模型以物理拓撲的形式得到，但是也可以從一個抽象的邏輯網(wǎng)絡(luò)拓撲開始。通過向一個選項/變型模型分配單個功能組件，邏輯平臺可以包括(以汽車工程為例)一輛單個的車、一系列的車或一個汽車平臺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、飛機和復(fù)雜的機電設(shè)備，如工業(yè)打印機和醫(yī)療設(shè)備。甚至 ， 一個像防空系統(tǒng)這類經(jīng)過擴展的系統(tǒng)也可以用這種方式建模。

平臺的單個節(jié)點作為資源被標(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 。

合成

功能隨后被分配到邏輯平臺中。這可以手動或利用規(guī)則自動完成。執(zhí)行的過程中將按功能的類型詢問功能。例如，從 SW 類型中創(chuàng)建一個軟件組件，然后被分配到控制單元。功能之間傳遞的信號將在邏輯平臺上分為軟件、電氣或網(wǎng)絡(luò)信號向載體分配。

分配功能的規(guī)則

分配功能和信號的規(guī)則

由此產(chǎn)生的合成是集成地執(zhí)行功能描述的四類域(硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)通信和電氣)。利用設(shè)計規(guī)則檢查、任何必要警告或生成的錯誤消息來實時分析語義的一致性。

指標(biāo)

技術(shù)評估指標(biāo)早在合成過程中就可以計算?？梢酝ㄟ^設(shè)定讓這些指標(biāo)顯示各種信息。例如，對于多路傳輸網(wǎng)絡(luò)而言有意義的指標(biāo)包括負荷、容錯和開銷。電氣域的指標(biāo)包括電線、焊接點和連接器數(shù)量、電線長度、線束直徑?？刂茊卧闹笜?biāo)包括設(shè)備重量、CPU負荷、RAM、ROM、FLASH/EEPROM 的要求、印刷電路板(PCB)面積和單位體積功率，和熱耗散。按與功能、資源和載體有關(guān)的參數(shù)計算指標(biāo)：往往可以從先前的執(zhí)行中詳細了解這些參數(shù)。

如果一個值大于一個特定的水平，例如，如果預(yù)測內(nèi)存的要求超出微處理器提出的預(yù)算，這一情況將通過設(shè)計規(guī)則檢查發(fā)送警報或直接發(fā)布到平臺架構(gòu)師的圖形顯示器上。這幫助工程師保證設(shè)計的可行性。

而且可以計算的不僅僅是技術(shù)指標(biāo)。通過擴展計算，還可以計算成本、重量、富余、可靠性或再利用等這類項目目標(biāo)。

評價和優(yōu)化

因為使用這些指標(biāo)進行評價是實時完成的，即當(dāng)做出設(shè)計決定或改變時，這一過程與評估替代執(zhí)行(架構(gòu))或者實際修改功能內(nèi)容非常匹配。指標(biāo)立即反映出這些變化，并且隨后可以進行替代策略的研究。

因此可以迭代和交互地解決優(yōu)化功能分區(qū)、電氣優(yōu)化、成本和運行時間優(yōu)化問題。

經(jīng)過最后的評價，邏輯平臺合成的結(jié)果以每個特定域的形式(如ARXML、FIBEX或 KBL)被輸送到下游詳細的設(shè)計過程中。架構(gòu)研究階段的結(jié)果可以被重新用作未來平臺的執(zhí)行建議。在一個集成設(shè)計環(huán)境中，數(shù)據(jù)當(dāng)然可以直接被傳遞給相應(yīng)的應(yīng)用程序。

總結(jié)

介紹的 方法在一個單一層級上使用了功能抽象來整合不同的電子/電氣域。這反過來允許對執(zhí)行其它方案進行快速評估，同時為詳細設(shè)計準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。

因為對技術(shù)工作和知識的要求較高，現(xiàn)有基于UML或類似SysML元模型的方法對于這樣的架構(gòu)評估與驗證不太適用。相關(guān)的復(fù)雜性導(dǎo)致在可用的時間內(nèi)幾乎沒有可能提供綜合評價所需的充分或必要的細節(jié)。

所描述的原則 的商業(yè)軟件可在 Mentor Automotive Capital® 產(chǎn)品套件中找到。

相比之下，所描述的方法使用了一個功能抽象，其中執(zhí)行相關(guān)的數(shù)據(jù)和工件整合入了標(biāo)準(zhǔn)化的功能模型中，而不是將它們分布到不同的(多數(shù)情況下是多余的)級層上。

早在自動向邏輯平臺分配時，該模型可以被反復(fù)地驗證執(zhí)行可行性和得到相應(yīng)的技術(shù)和商業(yè)指標(biāo)的維護。架構(gòu)過程的結(jié)果也是對軟件、網(wǎng)絡(luò)、電氣系統(tǒng)和硬件的下游開發(fā)過程的執(zhí)行建議。