前言

軟件定義汽車時代車載軟件爆炸式增長，向控制器中加入更多功能，或者向現有的電子電氣架構中增加更多的控制器的增量式擴展路徑都已經無法應對越來越復雜的系統集成和越來越高的硬件成本，我們必須重新思考電子電氣和軟件架構的新模式。

隨著電子電氣架構從分布到集中再到高性能高連接的發展，軟件架構也經歷了軟硬件高度耦合到基于組件再到面向服務的演變。

面向服務的架構（SOA）給汽車行業帶來了新的挑戰：

1）SOA 對于汽車行業還是個新事物，開發人員是否需要從頭開始學習包括中間件在內的新架構和方法論？

2）傳統的軟件架構平臺和 SOA在一定時期內還將長期共存，是否需要不同的開發方式甚至人員組織來對應？

3）原有相關測試驗證的知識經驗、工作流程和軟件資產是否還能重用？

面對上述問題，汽車行業的相關從業人員都會想知道：當前廣泛采用的基于模型設計是否還能用于面向服務的應用開發？

我們的回答是肯定的。

Simulink 陸續推出的一系列功能支持 SOA 開發，包括但不限于：

1）在建模仿真能力增加了軟件架構設計和面向服務的語義建模；

2）在自動化代碼生成能力上拓展了對新的中間件平臺標準以及 GPU 和 FPGA 等新的硬件架構的代碼生成支持；

3）在系統化測試驗證能力上覆蓋了從模型到代碼、從測試到分析的完整功能安全軟件驗證要求。

案例演示

SOA 最核心的機制是面向服務的通訊（SOC），本文通過一個案例來展示 SOC 建模、集成測試、代碼生成和部署標定，希望給大家一點啟示。

1） 面向服務的通訊建模

傳統的嵌入式控制中基本數據流是通過信號傳遞的，而 SOA 的基本數據流是消息。

信號涉及 writer 和 reader，只有最后被 writer 寫入的數據才對 reader 有效；而消息涉及 sender 和 receiver，receiver 可以處理 sender 發送過來的歷史數據。

Simulink 提供了消息的發送、接收、隊列和時序等基本模塊用于消息和事件機制的建模。

我們采用消息的收發模塊來建立基本的 SOC 通訊，exServer 模型通過封裝了消息發送基本模塊的 Event Send 發送數據，而 exClient 模型通過封裝了消息接收基本模塊的 Event Receive 接收數據。

Event Send 和 Event Receive 位于 AUTOSAR Blockset 的模塊庫中。

2） 集成測試

在簡單架構的集成時，可以直接采用模型引用的形式；對于復雜軟件架構設計，可以采用 System Composer 的軟件架構設計功能。

exServer 的輸出信號、轉換為消息收發的數據和 exClient 接收到的消息轉換之后的信號之間的對比，可以看到與信號對比消息有顯著的“事件”特性。

此外還可以采用時序圖模塊觀測消息的收發對象、時序和數據關系。

3） 代碼生成

要生成面向服務的 C++ 代碼需要選定中間件平臺進行配置，這里以 Adaptive AUTOSAR 標準為例，在數據詞典中定義服務接口和端口、配置端口實例的標識號和服務發現機制。

在 Simulink 模型中完成 Adaptive 對象與模型輸入輸出的映射。

在代碼生成配置中選擇 autosar_adaptive.tlc 系統目標文件；考慮到后續部署需要工具鏈選擇 AUTOSAR Adaptive Linux Executable， 這樣在生成代碼的同時會生成用于 Linux 平臺可執行文件編譯的 CMakeLists 文件。

在生成的符合 Adaptive 通訊接口標準的 C++ 代碼同時生成相關的清單文件。

4） 部署和標定

在 Linux 平臺下采用 CMAKE 編譯生成可執行文件即可進行部署，如果有標定需求可以采用XCP 協議。

案例中的可標定參數 mode 和 gain 都在 exServer 模型中，因此 exServer 在生成代碼前需要進行額外的標定配置，這里的 mode 參數可以選擇產生三角波信號或者正弦信號，gain 參數用于對信號進行縮放。

在配置中設置 XCP slave 的配置，包括傳輸層協議、可執行文件所在機器的 IP 地址和端口號，這樣會同時生成用于標定的 XCP 協議代碼。

生成代碼后得到的 a2l 文件中沒有實際的參數地址，需要在編譯后輸入可執行文件進行地址替換。

替換地址后的參數 mode 和 gain 在 a2l 文件中的信息如下：

我們用 INCA 導入 a2l 文件進行觀測和標定，下如兩處紅框分別是 mode 從 0 到 1 和 gain 從 1 到 2 標定修改時的信號變換。

總結

以上我們展示了采用基于模型設計開發面向服務應用的過程，軟件架構設計、面向服務的語義建模、中間件標準支持、異構平臺代碼生成和人工智能算法引入等一系列能力使 Simulink 正逐漸支撐軟件定義汽車時代的面向服務的應用開發，從軟硬件耦合架構到基于組件開發再到面向服務的應用，讓用戶以算法為核心最大程度地重用原有的模型資產和開發流程。

而行業用戶已經非常熟悉的基于模型的功能安全測試驗證流程也將繼續助力面向服務的應用開發。

責任編輯：lq