CN117725679B - 一种基于活动场景的autosar建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆领域，尤其涉及一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法，本发明提出以下方案，首先识别功能和交互活动场景，分析汽车电子系统的需求文档，识别相关的功能和交互场景，建立活动场景描述模板用于描述每个活动场景的参与方、事件和行为，其次将活动场景描述文件作为AUTOSAR建模模型的输入参数，通过AUTOSAR软件构件模版将活动场景进行具体映射，生成软件设计文档，然后通过AUTOSAR软件细化模版对软件设计文档进行功能分析并细分成子模块，对子模块进行描述，最后抽取待配置的ECU消息，结合硬件资源进行底层软件开发，完成活动场景的建模，可以有效地支持系统开发，并提高开发效率。

Description

一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法

技术领域

本发明涉及车辆领域，尤其涉及一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法。

背景技术

AUTOSAR由世界上著名的汽车生产商和软件供应商组成的，致力于在汽车电子领域创建一个开放的标准。它解决问题的主要途径是：信息交换格式的标准化、基础软件核、微控制器抽象、运行时环境以及接口的标准化。AUTOSAR主要解决软件架构方面的问题，例如在一个分层软件架构中，为底层硬件层接口的抽象和高层应用软件层接口的抽象提供技术方法，却不局限于此，它也涉及到功能接口的兼容性标准，以及基于标准模板和信息交换格式的开发方式的设计，总之AUTOSAR是一个应用很广，功能很强，潜力很大的一个标准。

例如公开号为CN116737117A的中国专利提供了一种基于Autosar架构的模型开发方法，该模型开发方法包括以下步骤：利用建模工具建立模型；对模型进行Autosar配置；生成Arxml文件和Autosar代码；以及将Arxml文件导入到Autosar架构管理工具中进行运行时环境RTE设计。

例如公开号为CN116610294A的中国专利公开了一种基于Modelica语言的Autosar模型库构建方法，所述方法包括如下步骤：一、根据Autosar规范，将Autosar系统模型库进行设计分解；二、基于Modelica语言对Autosar中数据类型进行构建；三、基于Modelica语言构建Autosar基本建模元素，以面向对象的思想处理Autosar中各元素定义信息以及各元素之间静态结构关系；四、基于Modelica语言对Autosar建模元素进行图形化表示；五、通过Modelica语言支持Autosar模型各元素的动态行为交互；六、基于Modelica语言支持Autosar系统模型参数值、变量类型动态修改与数据标定。该发明可有效地降低Autosar模型开发难度，准确地表示Autosar模型信息，提升模型动态设计能力，提高设计效率。

以上专利均存在以下的问题：目前的AUTOSAR标准以及解决方案尚未解决移植性、实时性、可靠性等所有的电控系统软件开发过程中遇到的难题，在准确性和时效性方面有很大的提升空间，随着整车功能的不断增加，整车控制网络越来越复杂，系统的网络拓扑越来越复杂，缺乏ECU之间的交互，本申请设计了一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法，首先识别功能和交互活动场景，分析汽车电子系统的需求文档，识别相关的功能和交互场景，建立活动场景描述模板用于描述每个活动场景的参与方、事件和行为，其次将活动场景描述文件作为AUTOSAR建模模型的输入参数，通过AUTOSAR软件构件模版将活动场景进行具体映射，生成软件设计文档，然后AUTOSAR软件细化模版对软件设计文档进行功能分析并细分成子模块，对子模块进行描述，最后抽取待配置的ECU消息，结合硬件资源进行底层软件开发，完成活动场景的建模。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法，包括以下步骤；

S1：通过与外部环境的交互，通过硬件组件获取初始数据，并对初始数据进行归一化，根据归一化后的初始数据识别汽车工作状态下的活动场景，建立活动场景描述文件；

S2：将活动场景描述文件作为AUTOSAR建模模型的输入参数，通过AUTOSAR软件构件模版将活动场景进行具体映射，生成软件设计文档，并进行约束；

S3：将约束后的软件设计文档与AUTOSAR软件细化模版进行通信，AUTOSAR软件细化模版对软件设计文档进行功能分析并细分成子模块，对子模块进行描述，根据子模块优先级生成模块描述文件；

S4：AUTOSAR建模模版获取子模块的模块描述文件，抽取待配置的ECU消息，结合硬件资源进行底层软件开发，完成活动场景的建模；

具体地，所述AUTOSAR建模模型包括AUTOSAR软件构件模版、AUTOSAR软件细化模版、AUTOSAR建模模版；

具体地，所述S1中所述活动场景描述文件包括活动场景参与方、活动场景事件和活动场景行为，所述硬件组件包括传感器组件、控制器组件和车辆系统输入输出组件，初始数据归一化的计算公式为：

其中，Id_new表示归一化后的初始数据，K_s表示传感器组件的比例系数，e[·]表示误差函数，N表示传感器总数，n表示单个传感器，Id_ns表示第n个传感器的初始数据，AId_s表示传感器组件初始数据的平均值，SId_s表示传感器组件初始数据的标准差，K_c表示控制器组件的比例系数，M表示控制器组件总数，m表示运行的控制器组件数量，Id_c表示控制器组件初始数据，K_i表示车辆系统输入输出组件的比例系数，Id_i表示车辆系统输入输出组件初始数据；

具体地，所述AUTOSAR软件构件模版包括软件组件框架、软件组件解析框架和软件设计文档，所述软件组件框架包括端口、端口接口、数据类型、运行实体和触发事件，所述软件组件解析框架包括原子组件解析器、接口解析器、内部行为解析器和事件解析器，所述软件设计文档包括需求说明书、概要设计说明书和详细设计说明书；

具体地，所述S2具体步骤如下：

S2.1：根据活动场景描述模板，对AUTOSAR软件构件模版进行初始化，将活动场景中的活动场景参与方、活动场景事件和活动场景行为分类存放至软件组件框架；

S2.2：通过软件组件解析框架对存放活动场景数据的软件组件框架进行解析，获取解析文件，所述解析文件包括用例图、部署图、对象模型图、顺序图、状态图、组合组件、原子组件和标定组件；

S2.3：根据用例图，提取信息生成需求说明书，根据部署图、对象模型图、顺序图和状态图，生成概要设计说明书，根据组合组件、原子组件和标定组件，生成详细设计说明书；

S2.4：建立AUTOSAR软件构件模版的通信接口，并根据约束协议对详细设计说明书进行约束；

所述约束协议包括构造性约束和关联性约束、所述构造性约束包括权限约束、重定义约束、可读写性约束、默认值约束和聚合类型约束，所述关联性约束包括关联名称约束、抽象关联约束、关联端约束和目标端约束；

具体地，所述AUTOSAR软件细化模版包括通信组件、功能分析组件和子模块划分组件；

具体地，所述S3具体步骤如下：

S3.1：AUTOSAR软件构件模版通过通信接口与AUTOSAR软件细化模版的通信组件进行通信，对约束后的详细设计说明书进行一致性映射检查，所述一致性映射检查包括语法检查、语义检查和模型交互内容检查；

S3.2：通信组件传输软件设计文档至AUTOSAR软件细化模版的功能分析组件，功能分析组件对软件设计文档进行功能分析，确定软件设计文档所需的具体子需求、子设计和子任务；

S3.3：将详细设计说明书划分为子模块，每个子模块封装对应的子需求、子设计和子任务，对子模块进行模块描述，计算子模块优先级，根据优先级获取子模块描述文件，所述子模块描述文件包括运行时间、安全等级、运行周期、运行成本、执行功能和配置信息，子模块优先级的计算公式为：

其中，Subm_p表示子模块优先级，E{·}表示退火算法函数，K_b表示波尔兹曼常数，e表示指数函数，ω₁表示子模块通信量权重，tr表示子模块通信量，η表示总线利用率，M_T表示子模块的执行周期，M_wT表示子模块的最坏情况执行时间，λ表示惩罚因子，J表示子模块分配的内核总数，j表示单个分配的子模块内核，max(·)表示最大值函数，U_j表示第j个子模块内核的负载率，U_core.max表示分配的内核的最大负载率；

具体地，所述AUTOSAR建模模版包括描述文件映射组件、ECU开发组件和ECU执行组件；

具体地，所述S4具体步骤如下：

S4.1：按子模块优先级的顺序，将子模块描述文件通过通信组件传输至AUTOSAR建模模版；

S4.2：AUTOSAR建模模版接收传输的子模块描述文件，导入特定的描述文件映射组件，抽取出待配置的ECU信息，所述待配置的ECU信息包括软件组件信息和系统信号信息；

S4.3：ECU开发组件根据待配置的ECU信息，创建信号矩阵信息，将信号矩阵信息分配到交互层，交互层输出ECU抽象文件，将其导入至ECU配置工具，获得ECU配置描述文件，所述ECU配置描述文件包括RTE配置、RTE代码、OS配置、OS代码、MCAL配置、MCAL代码、BSW模块配置和BSW代码，所述ECU是指电子控制单元，是一种嵌入式系统，负责管理和控制车辆的电子和电气系统。每个ECU都有特定的功能和任务，通过相互之间的通信协同工作，以确保车辆的正常运行和提供各种功能，所述RTE是指运行时环境层，用于定义软件组件调用基础软件层服务和软件组件之间通信的应用程序接口，所述OS是指AUTOSAR操作系统，用于开发基于工业标准的OSEK操作系统，为软件开发分配任务，所述MCAL是指微控制器抽象层，用于在不同的微控制器之间提供抽象的软件层，使上层的软件能够运行于底层的硬件平台，从而增加系统的可移植性和可重用性，所述BSW是指软件，用于实现汽车电子系统中的功能模块；

S4.4：根据ECU配置描述文件，结合硬件资源进行底层软件开发，完成活动场景的建模。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明将AUTOSAR建模过程中的活动视为一个整体，并描述了这些活动之间的相互依赖性，不仅关注单个活动，而且关注活动之间的交互和依赖关系，从而提供了一个全面的、流程化的建模方式；

2.本发明通过计算模块的优先级，为ECU处理模块描述文件的时序上提供参考，防止出现系统运行期间出现死锁或时延的情况，提高AUTOSAR建模过程的健壮性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例1一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1AUTOSAR软件构件模版的通信接口示意图；

图3为本发明实施例1AUTOSAR建模模版工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法，包括以下步骤；

S1：通过与外部环境的交互，通过硬件组件获取初始数据，并对初始数据进行归一化，根据归一化后的初始数据识别汽车工作状态下的活动场景，建立活动场景描述文件；

S2：将活动场景描述文件作为AUTOSAR建模模型的输入参数，通过AUTOSAR软件构件模版将活动场景进行具体映射，生成软件设计文档，并进行约束；

S3：将约束后的软件设计文档与AUTOSAR软件细化模版进行通信，AUTOSAR软件细化模版对软件设计文档进行功能分析并细分成子模块，对子模块进行描述，根据子模块优先级生成模块描述文件；

S4：AUTOSAR建模模版获取子模块的模块描述文件，抽取待配置的ECU消息，结合硬件资源进行底层软件开发，完成活动场景的建模；

所述AUTOSAR建模模型包括AUTOSAR软件构件模版、AUTOSAR软件细化模版、AUTOSAR建模模版；

所述S1中所述活动场景描述文件包括活动场景参与方、活动场景事件和活动场景行为，所述硬件组件包括传感器组件、控制器组件和车辆系统输入输出组件，初始数据归一化的计算公式为：

其中，Id_new表示归一化后的初始数据，K_s表示传感器组件的比例系数，e[·]表示误差函数，N表示传感器总数，n表示单个传感器，Id_ns表示第n个传感器的初始数据，AId_s表示传感器组件初始数据的平均值，SId_s表示传感器组件初始数据的标准差，K_c表示控制器组件的比例系数，M表示控制器组件总数，m表示运行的控制器组件数量，Id_c表示控制器组件初始数据，K_i表示车辆系统输入输出组件的比例系数，Id_i表示车辆系统输入输出组件初始数据；

所述AUTOSAR软件构件模版包括软件组件框架、软件组件解析框架和软件设计文档，所述软件组件框架包括端口、端口接口、数据类型、运行实体和触发事件，所述软件组件解析框架包括原子组件解析器、接口解析器、内部行为解析器和事件解析器，所述软件设计文档包括需求说明书、概要设计说明书和详细设计说明书；

所述S2具体步骤如下：

S2.1：根据活动场景描述模板，对AUTOSAR软件构件模版进行初始化，将活动场景中的活动场景参与方、活动场景事件和活动场景行为分类存放至软件组件框架；

S2.2：通过软件组件解析框架对存放活动场景数据的软件组件框架进行解析，获取解析文件，所述解析文件包括用例图、部署图、对象模型图、顺序图、状态图、组合组件、原子组件和标定组件；

S2.3：根据用例图，提取信息生成需求说明书，根据部署图、对象模型图、顺序图和状态图，生成概要设计说明书，根据组合组件、原子组件和标定组件，生成详细设计说明书；

S2.4：建立AUTOSAR软件构件模版的通信接口，并根据约束协议对详细设计说明书进行约束；

所述约束协议包括构造性约束和关联性约束、所述构造性约束包括权限约束、重定义约束、可读写性约束、默认值约束和聚合类型约束，所述关联性约束包括关联名称约束、抽象关联约束、关联端约束和目标端约束；

请参阅图2，本发明实施例AUTOSAR软件构件模版的通信接口示意图，AUTOSAR软件构件模版的通信接口包括R-Port、P-Port和S-Port，所述R-Port是指接收接口，包括客户端接口、接收端接口和参数接口，所述P-Port是指发送接口，包括发送端接口和服务器接口，所述S-Port是指服务接口，包括N-V-M接口、Trigger接口和M-S接口，通过发送端接口和接收端接口，一个发送端发送数据信息给一个或多个接收端，或者多个发送端发送数据信息给一个接收端，通过参数接口，一个软件组件可以访问另一个软件组件的常量或者标定量，通过客户端接口和服务器接口，服务器提供可能被多个客户端调用的操作，所述N-V-M接口是指非易失性存储器接口，用于对非易失数据进行读写，所述Trigger接口是指触发接口，用于触发软件组件内的操作，Trigger接口允许软件组件在特定条件满足时执行某些功能或操作，这个接口可以用于启动任务、触发事件、或者执行其他需要特定条件的操作，所述M-S接口是指模式切换接口，用于在软件组件之间切换工作模式的接口，它是一种通信机制，用于在软件组件之间传递模式信息，以便在不同模式下执行不同的功能或操作；

所述AUTOSAR软件细化模版包括通信组件、功能分析组件和子模块划分组件；

所述S3具体步骤如下：

S3.1：AUTOSAR软件构件模版通过通信接口与AUTOSAR软件细化模版的通信组件进行通信，对约束后的详细设计说明书进行一致性映射检查，所述一致性映射检查包括语法检查、语义检查和模型交互内容检查；

S3.2：通信组件传输软件设计文档至AUTOSAR软件细化模版的功能分析组件，功能分析组件对软件设计文档进行功能分析，确定软件设计文档所需的具体子需求、子设计和子任务；

S3.3：将详细设计说明书划分为子模块，每个子模块封装对应的子需求、子设计和子任务，对子模块进行模块描述，计算子模块优先级，根据优先级获取子模块描述文件，所述子模块描述文件包括运行时间、安全等级、运行周期、运行成本、执行功能和配置信息，子模块优先级的计算公式为：

其中，Subm_p表示子模块优先级，E{·}表示退火算法函数，K_b表示波尔兹曼常数，e表示指数函数，ω₁表示子模块通信量权重，tr表示子模块通信量，η表示总线利用率，M_T表示子模块的执行周期，M_wT表示子模块的最坏情况执行时间，λ表示惩罚因子，J表示子模块分配的内核总数，j表示单个分配的子模块内核，max(·)表示最大值函数，U_j表示第j个子模块内核的负载率，U_core.max表示分配的内核的最大负载率；

所述AUTOSAR建模模版包括描述文件映射组件、ECU开发组件和ECU执行组件；

请参阅图3，本发明实施例AUTOSAR建模模版工作流程图，所述S4具体步骤如下：

S4.1：按子模块优先级的顺序，将子模块描述文件通过通信组件传输至AUTOSAR建模模版；

S4.2：AUTOSAR建模模版接收传输的子模块描述文件，导入特定的描述文件映射组件，抽取出待配置的ECU信息，所述待配置的ECU信息包括软件组件信息和系统信号信息；

S4.3：ECU开发组件根据待配置的ECU信息，创建信号矩阵信息，将信号矩阵信息分配到交互层，交互层输出ECU抽象文件，将其导入至ECU配置工具，获得ECU配置描述文件，所述ECU配置描述文件包括RTE配置、RTE代码、OS配置、OS代码、MCAL配置、MCAL代码、BSW模块配置和BSW代码；

S4.4：根据ECU配置描述文件，结合硬件资源进行底层软件开发，完成活动场景的建模。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种基于活动场景的AUTOSAR建模方法，其特征在于，包括以下步骤；

S1：通过与外部环境的交互，通过硬件组件获取初始数据，并对初始数据进行归一化，根据归一化后的初始数据识别汽车工作状态下的活动场景，建立活动场景描述文件；

S2：将活动场景描述文件作为AUTOSAR建模模型的输入参数，通过AUTOSAR软件构件模版将活动场景进行具体映射，生成软件设计文档，并进行约束；

S3：将约束后的软件设计文档与AUTOSAR软件细化模版进行通信，AUTOSAR软件细化模版对软件设计文档进行功能分析并细分成子模块，对子模块进行描述，根据子模块优先级生成模块描述文件；

S4：AUTOSAR建模模版获取子模块的模块描述文件，抽取待配置的ECU消息，结合硬件资源进行底层软件开发，完成活动场景的建模；

所述AUTOSAR建模模型包括AUTOSAR软件构件模版、AUTOSAR软件细化模版、AUTOSAR建模模版；

所述S1中所述活动场景描述文件包括活动场景参与方、活动场景事件和活动场景行为，所述硬件组件包括传感器组件、控制器组件和车辆系统输入输出组件，初始数据归一化的计算公式为：

其中，Id_new表示归一化后的初始数据，K_s表示传感器组件的比例系数，e[·]表示误差函数，N表示传感器总数，n表示单个传感器，Id_ns表示第n个传感器的初始数据，AId_s表示传感器组件初始数据的平均值，SId_s表示传感器组件初始数据的标准差，K_c表示控制器组件的比例系数，M表示控制器组件总数，m表示运行的控制器组件数量，Id_c表示控制器组件初始数据，K_i表示车辆系统输入输出组件的比例系数，Id_i表示车辆系统输入输出组件初始数据；

所述AUTOSAR软件构件模版包括软件组件框架、软件组件解析框架和软件设计文档，所述软件组件框架包括端口、端口接口、数据类型、运行实体和触发事件，所述软件组件解析框架包括原子组件解析器、接口解析器、内部行为解析器和事件解析器，所述软件设计文档包括需求说明书、概要设计说明书和详细设计说明书；

所述S2具体步骤如下：

S2.1：根据活动场景描述模板，对AUTOSAR软件构件模版进行初始化，将活动场景中的活动场景参与方、活动场景事件和活动场景行为分类存放至软件组件框架；

S2.2：通过软件组件解析框架对存放活动场景数据的软件组件框架进行解析，获取解析文件，所述解析文件包括用例图、部署图、对象模型图、顺序图、状态图、组合组件、原子组件和标定组件；

S2.3：根据用例图，提取信息生成需求说明书，根据部署图、对象模型图、顺序图和状态图，生成概要设计说明书，根据组合组件、原子组件和标定组件，生成详细设计说明书；

S2.4：建立AUTOSAR软件构件模版的通信接口，并根据约束协议对详细设计说明书进行约束；

所述约束协议包括构造性约束和关联性约束，所述构造性约束包括权限约束、重定义约束、可读写性约束、默认值约束和聚合类型约束，所述关联性约束包括关联名称约束、抽象关联约束、关联端约束和目标端约束；

所述AUTOSAR软件细化模版包括通信组件、功能分析组件和子模块划分组件；

所述S3具体步骤如下：

S3.1：AUTOSAR软件构件模版通过通信接口与AUTOSAR软件细化模版的通信组件进行通信，对约束后的详细设计说明书进行一致性映射检查，所述一致性映射检查包括语法检查、语义检查和模型交互内容检查；

S3.2：通信组件传输软件设计文档至AUTOSAR软件细化模版的功能分析组件，功能分析组件对软件设计文档进行功能分析，确定软件设计文档所需的具体子需求、子设计和子任务；

S3.3：将详细设计说明书划分为子模块，每个子模块封装对应的子需求、子设计和子任务，对子模块进行模块描述，计算子模块优先级，根据优先级获取子模块描述文件，所述子模块描述文件包括运行时间、安全等级、运行周期、运行成本、执行功能和配置信息，子模块优先级的计算公式为：

其中，Subm_p表示子模块优先级，E{·}表示退火算法函数，K_b表示波尔兹曼常数，e表示指数函数，ω₁表示子模块通信量权重，tr表示子模块通信量，η表示总线利用率，M_T表示子模块的执行周期，M_wT表示子模块的最坏情况执行时间，λ表示惩罚因子，J表示子模块分配的内核总数，j表示单个分配的子模块内核，max(·)表示最大值函数，U_j表示第j个子模块内核的负载率，U_core.max表示分配的内核的最大负载率；

所述AUTOSAR建模模版包括描述文件映射组件、ECU开发组件和ECU执行组件；

所述S4具体步骤如下：

S4.1：按子模块优先级的顺序，将子模块描述文件通过通信组件传输至AUTOSAR建模模版；

S4.2：AUTOSAR建模模版接收传输的子模块描述文件，导入特定的描述文件映射组件，抽取出待配置的ECU信息，所述待配置的ECU信息包括软件组件信息和系统信号信息；

S4.3：ECU开发组件根据待配置的ECU信息，创建信号矩阵信息，将信号矩阵信息分配到交互层，交互层输出ECU抽象文件，将其导入至ECU配置工具，获得ECU配置描述文件，所述ECU配置描述文件包括RTE配置、RTE代码、OS配置、OS代码、MCAL配置、MCAL代码、BSW模块配置和BSW代码；

S4.4：根据ECU配置描述文件，结合硬件资源进行底层软件开发，完成活动场景的建模。