如何利用PREEvision和MATLAB开发AUTOSAR软件组件

在业界，比较著名的电子电气架构开发工具要属德国Vector公司开发的PREEvision工具了，而MATLAB/Simulink软件是非常高效且实用的基于模型的应用软件开发工具。利用PREEvision与Simulink联合开发AUTOSAR应用软件组件的开发流程有三种，分别是：“自上而下”开发流程（从PREEvision开始），“自下而上”开发流程（从Simulink开始），以及“双向”开发流程。如下图所示，无论哪一种开发流程，PREEvision与Simulink工具都是通过arxml文件进行信息交互的。

 

 

今天小编要给大家介绍的是“自上而下”的开发流程（从PREEvision开始），即先在PREEvision中定义软件组件及其内部行为并导出arxml，然后将arxml导入到Simulink，并定义运行实体的算法模型图，最后生成C代码并导出arxml，详细过程如下：
 

 

一、用PREEvision定义软件组件及其内部行为

 

 

核心：定义符合AUTOSAR规范的SWC；

方法：首先需要明确软件组件类型、通信类型以及传输方向，并定义符合要求的软件组件SWC及端口；其次要定义各软件组件端口间通信所使用的接口以及数据类型，最后定义各软件组件的功能，为其创建RTE事件，运行实体以及函数间变量。
 

① 定义软件组件SWC：软件组件是软件架构中最小的逻辑功能单元，是存储代码的部分。在Classic AUTOSAR架构中，绝大部分情况下使用的都是Application SWC和Sensor Actuator SWC。下图是PREEvision9.0中支持的SWC类型。

 

 

② 定义通信端口Port：完成SWC模块定义后，需要为SWC添加相应的通信端口，根据SWC类型、通信类型及传输方向，可将端口分为以下三类：

• Sender/Receiver（S/R）接口

• Client/Server（C/S）接口

• Adaptive Provided/Required（P/R）接口

 

S/R接口是用来传输数据的，C/S接口是用来执行操作的，P/R接口只能用于Adaptive Application SWC模块。对于传统的CAN/LIN网络使用S/R接口就可以了，对于请求与响应的通信方式需要使用C/S接口，如SOME/IP的Method。下图是PREEvision9.0支持的端口类型。

 

 

③ 定义通信接口Interface：通信接口声明了给定端口所需或提供的数据、服务、操作等元素。比较常用的是Sender/Receiver Interface（用于Sender/Receiver Port），Client Server Interface（用于Client/Server Port）。下图是PREEvision支持的Interface。

 

 

Interface只是定义了通信数据的接口，对于Sender/Receiver Interface要传输的数据其实是在Data Element中定义的，对于Client Server Interface要传输的数据其实是在Operation下的Operation Argument中定义的。

 

除此之外，还需要定义数据类型来约束Interface中传输的数据。如下图所示，在AUTOSAR4.0以上版本中数据类型由应用数据类型、实现数据类型和基础数据类型组成。其中应用数据类型需要与实现数据类型建立映射关系以及转换方法，实现数据类型需要关联基础数据类型。

 

 

④ 定义内部行为Internal Behavior：前面完成了软件组件的框架部分，还需要完善软件组件的内部行为。一般有RTE事件(Event)，运行实体(Runnable Entity)以及函数间变量(Inter Runnable Variable)组成。运行实体是软件组件内最小的逻辑功能单元，可以被RTE事件触发，比如被定时器触发、被接收数据触发，被操作调用触发等。下图是PREEvision9.0支持的RTE事件。

 

 

运行实体通过数据访问端口与SWC的Port建立访问关系。对于Sender/Receiver Port需要创建Data Read/Write（隐形无队列调用）或者Data Receive/Send（显性队列调用）数据访问端口。对于Client/Receiver Port需要定义Operation Invoke数据访问端口。

 

运行实体之间的数据交互是通过函数间变量实现的，因此运行实体还需要定义变量访问端口（Variable Read/Write）来接收其他实体通过函数间变量发送过来的数据。函数间变量是由RTE管理，可以设置为显性/隐形调用方式，也可以根据实际需要为其设置标定参数的读写权限。

 

经过以上几个步骤，就完成了在PREEvision中对软件组件的定义。下图是一个简单的软件组件部分内部元素示例，最后将其导成arxml文件即完成了SWC在PREEvsion中的定义。

 

 

二、导入arxml到Simulink

 

 

需提前安装AUTOSAR支持包“AUTOSAR Standard”，并将要导入的SWC描述文件存放到MATLAB当前的工作目录，在MATLAB的命令行窗口通过如下语句即可导入arxml并创建Simulink模块。

 

导入单个SWC描述文件：

ar = arxml.importer('filename.arxml')，filename是指SWC描述文件的名称。

 

运行完上述导入单个SWC描述文件命令后在命令行窗口会返回导入结果，如下图所示。其中蓝色框标记的语句将在第二步创建Simulink模块时会用到。

 

 

根据导入的arxml创建Simulink模块:
ar.createComponentAsModel('/SoftwareTypes/ComponentTypes/swcName, ModelPeriodicRunnablesAs',' FunctionCallSubsystem')

输入命令后MATLAB会根据arxml自动创建与SWC，Port, Interface以及Runnable相对应的Simulink模块，并自动打开Simulink软件。下图是MATLAB根据arxml自动创建的SWC的内部行为模型。

 

 

三、用Simulink定义运行实体的算法模型

 

 

Simulink对AUTOSAR的支持是通过Simulink模块（如I/O端口，子系统等）与AUTOSAR元素（如Sender/Receiver Port，Client/Server Port，Runnable等）建立映射关系而实现的。下表是一些常见的Simulink模块与AUTOSAR元素的映射关系。在I/O模块作为RTE Event使用时必须勾选“Out Function Call”属性。

 

 

如果在PREEvision中SWC定义的不精确，则在导入arxml后需要检查一下Simulink模块与AUTOSAR元素的映射关系是否缺失。通过Ctrl+Shift+C将模型在“Code Perspective”中打开，然后在“Code Mapping-AUTOSAR”窗口中检查输入输出端口模型、运行实体模型与AUTOSAR元素的映射关系是否缺失。如下图所示Simulink的两个输入模块与AUTOSAR元素的映射关系缺失，只需点击Select即可选择AUTOSAR的Port以及Data Element。

 

 

有了这些Runnable，我们可根据软件功能需求文档在Simulink中搭建相应的算法模型图以实现其功能，操作过程此处就不详细展开了。下图是运行实体RE_PPort_3的内部算法模型示例。

 

 

四、生成C代码及arxml文件

 

 

当所有的Runnable内部算法模型都搭建完成之后，即可生成C代码及arxml文件了，在生成C代码之前有一些设置项需要注意一下：

 

配置Configuration Parameters：将求解器设为固定步长。在AUTOSAR Code Generation选项中设置AUTOSAR的版本，根据实际情况勾选“Use AUTOSAR complier abstraction macros”等选项。

 

 

配置XML选项：打开AUTOSAR Dictionary，在XML Option选项“Export XML fille packaging”中选择“Single file”，否则一个SWC会生成多个arxml文件。

 

 

在配置好上述设置项后，按Ctrl+B即可生成C代码以及arxml文件，在编译完成之后，会有一个报告窗口弹出，根据里面的路径即可找到刚刚生成的C代码以及arxml文件。下图为本示例生成的相关文件。

 

 

综上所述，PREEvision与MATLAB联合开发AUTOSAR软件组件的主要流程是通过在PREEvision中定义SWC及其内部行为并导出arxml，然后将arxml文件导入到Simulink并定义运行实体的内部算法模型，最后通过Simulink生成C代码及arxml文件。

总结：OEM软件架构师可以在PREEvision工具中，从整车系统层面定义符合AUTOSAR规范的软件架构，以arxml文件的形式与下游设计软件（MATALAB、DaVinci等）无缝对接，从而保证设计信息的准确传递。为了应对汽车电子功能的快速迭代，OEM可以通过这种设计方式，主导汽车软件开发，提升车型开发效率及质量。