作者 | 不可說
出品 | 汽車電子與軟件
#01 前 言
隨著汽車技術的飛速進步，尤其是電氣化、自動化及互聯化的深度融合，汽車行業正經歷著一場前所未有的變革。在這場變革中，汽車不再僅僅是機械與金屬的簡單堆砌，而是轉變為集成了高度復雜電子系統、先進算法與智能互聯技術的移動空間。這一轉變的核心驅動力之一，便是軟件在汽車設計與功能實現中日益凸顯的主導地位，標志著汽車正式步入了“軟件定義汽車”（Software-Defined Vehicle, SDV）的新時代。在這樣的背景下，AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture）作為汽車行業廣泛采用的軟件架構標準，其經典平臺（Classic Platform, CP）軟件應運而生并持續演進，以更好地適應和推動這一變革。AUTOSAR CP軟件通過提供一套標準化、模塊化的軟件組件和中間件，旨在解決當前汽車開發中面臨的諸多挑戰，包括但不限于：
1. 復雜性管理：面對汽車中日益增長的ECU（電子控制單元）數量和錯綜復雜的軟件交互，AUTOSAR CP通過清晰的層次結構和標準化的接口定義，有效降低了系統的整體復雜度，提高了開發效率和可維護性。
2. 軟件重用與模塊化：鼓勵并促進軟件組件的跨車型、跨品牌重用，加速產品上市時間，同時降低開發成本。AUTOSAR CP的模塊化設計使得汽車制造商（OEM）和一級供應商（Tier 1）能夠靈活組合和定制功能，快速響應市場變化。
3. 安全性與可靠性：隨著自動駕駛等高級功能的引入，汽車軟件的安全性變得尤為重要。AUTOSAR CP通過提供安全相關的軟件架構、開發流程和驗證工具，幫助確保汽車軟件的高可靠性和安全性，符合ISO 26262等國際標準。
4. 互聯與數據管理：支持車輛與云端、基礎設施及其他車輛的互聯互通，AUTOSAR CP通過集成通信協議棧和數據管理功能，為車輛提供強大的信息交換能力，促進新服務和新商業模式的創新。
為了充分利用AUTOSAR CP的優勢，各家OEM和Tier 1紛紛建立了基于AUTOSAR的軟件開發流程與方法論。這些流程通常包括需求分析、系統設計、軟件編碼、集成測試、驗證與認證等多個階段，并強調跨職能團隊的合作，以確保軟件質量、滿足法規要求并快速響應市場變化。同時，許多企業還積極參與AUTOSAR的開放合作，共同推動AUTOSAR標準的持續演進，以適應汽車行業不斷變化的需求。
所以本文將探討下基于模型化（Model-Based Design, MBD）開發AUTOSAR軟件架構與軟件的工作流區別、特點等。
#02 CP AUTOSAR工作流說明
CP AUTOSAR開發的工作流一般分為自上而下、自下而上與混合模式三種工作流，這三種工作流算是三種種不同的開發方法，它們在項目開發和集成過程中有著顯著的區別。下面將詳細闡述這兩種工作流的具體步驟和特點。
A、自上而下（Top-Down）工作流
1. 定義和架構設計
- 應用架構設計：首先，在AUTOSAR編輯工具（如Davinci Developer、AutoSAR Builder、ISOLAR-A等（MATLAB新版工具箱也支持））中設計應用架構。這包括定義軟件組件（SWC）、可運行實體（Runnable）、接口（Interface）、端口（Port）等元素。
- 導出SWC描述文件：設計完成后，將架構SWC信息導出為ARXML文件。ARXML文件是AUTOSAR標準的數據交換格式，包含了類型、接口、端口、可運行實體、事件等詳細信息。
2. 算法實現與模型搭建
- 建模工具實現算法：使用MBD建模工具（如Simulink）根據ARXML文件中的描述搭建模型，實現算法等應用功能。
- 生成代碼：在建模工具中完成算法實現后，生成符合AUTOSAR標準的代碼。
3. 集成與調試
- 準備基礎軟件層（BSW）：首先，確保基礎軟件層（如操作系統、服務層、ECU抽象層等）已經根據AUTOSAR標準正確實現并經過驗證。這包括檢查BSW的版本兼容性、配置正確性以及必要的驅動和中間件的支持。
- 代碼生成與適配：將應用層或中間件層通過模型或手動編碼生成的代碼，根據BSW的接口規范進行適配。這包括修改數據類型的映射、調整接口函數的調用方式以及配置必要的資源（如內存、中斷等）。
- 集成構建：使用AUTOSAR構建系統（如AR Builder）將應用層代碼、中間件代碼和基礎軟件層代碼集成在一起，生成完整的軟件鏡像。此過程涉及鏈接庫的選擇、依賴關系的解析以及優化選項的配置。
- 運行時環境（RTE）生成：在集成構建過程中，RTE生成器會根據軟件組件之間的交互關系自動生成運行時環境代碼。RTE負責處理組件之間的通信、數據同步以及資源調度等任務，確保軟件能夠按照設計預期運行。
- 靜態分析：在代碼集成后，首先進行靜態代碼分析，以檢查潛在的編程錯誤、邏輯錯誤以及安全漏洞。靜態分析工具可以幫助開發人員快速定位問題，提高代碼質量。
- 單元測試：對軟件中的每個模塊或組件進行單元測試，驗證其功能是否符合設計要求。單元測試可以獨立運行，無需依賴其他模塊，有助于快速發現和修復問題。
- 集成測試：在完成單元測試后，進行集成測試以驗證各個模塊之間的交互是否正確。集成測試關注于軟件的整體功能，確保各模塊在集成后能夠協同工作。
- 系統測試：將集成后的軟件部署到目標ECU上，進行實際環境下的系統測試。系統測試涵蓋功能測試、性能測試、可靠性測試等多個方面，以驗證軟件在實際應用中的表現。
- 調試與優化：在測試過程中發現的問題需要進行詳細的調試。開發人員使用調試工具（如MATLAB的Simulink Debugger、GDB等）來跟蹤程序執行流程、查看變量值以及設置斷點等。根據調試結果對代碼進行優化，以提高軟件的性能和穩定性。
- 文檔記錄：在整個集成與調試過程中，詳細記錄測試步驟、測試結果以及問題解決方案。這些文檔對于后續的維護工作具有重要意義，也有助于團隊成員之間的知識共享和協作。
4. 下載與測試
- 下載代碼：將調試完成的代碼下載到目標ECU中。
- 測試：在目標ECU上進行全面的測試，包括功能測試、性能測試、可靠性測試等。
B、自下而上（Bottom-Up）工作流
1. 算法實現與模型搭建
- 建模工具實現算法：首先，在建模工具（如Simulink）中搭建模型，實現算法等應用功能，或者直接應用其他已經有的、可以在該項目上復用的模型。
- 導出ARXML文件：將模型中的元素（如類型、接口、端口等）導出為ARXML文件，這一過程也是將SIMULINK元素轉換為AUTOSAR元素。
2. 定義和架構設計
- 根據ARXML文件設計應用架構：在AUTOSAR編輯工具中，根據ARXML文件中的描述設計應用架構。這包括創建軟件組件、定義可運行實體、接口和端口等元素。
3. 后續步驟與自上而下相同
- 與BSW層集成：將生成的代碼與基礎軟件層（BSW）集成，生成運行時環境（RTE）。
- 調試：對集成后的代碼進行調試。
- 下載與測試：將調試完成的代碼下載到目標ECU中，并進行全面的測試。
C、混合工作流（Round-trip）
混合工作流是一種高效且靈活的軟件開發策略，它巧妙地將自上而下的系統級規劃與自下而上的詳細設計與實現相結合。這種方法首先強調對系統架構的整體規劃，確保系統的高層次目標和需求得到明確和滿足。同時，它也注重在具體實現層面的靈活性和創新性，允許開發團隊根據實際需求和技術可行性，靈活地進行模塊或算法的設計、實現與集成。通過這種方式，混合工作流不僅保證了系統的整體一致性和穩定性，還促進了技術創新和快速響應市場變化的能力。
1. 系統架構規劃與設計
- 使用AUTOSAR編輯工具進行系統的頂層架構設計，包括定義軟件組件、通信接口、資源分配等。
- 確立系統的主要功能需求、性能指標及非功能需求（如安全性、可靠性、實時性等），為后續開發提供明確指導。
2. 并行開發與實現
- 在系統架構規劃的同時，利用建模工具（如Simulink、Stateflow）進行算法和應用功能的詳細設計與實現。這些工具支持快速原型設計和仿真驗證，加速開發進程。
- 開發人員根據系統架構的劃分，并行開發各個模塊或子系統，提高開發效率。
- ARXML文件交換與迭代。
- 架構設計和各個模塊開發之間通過ARXML（AUTOSAR XML）文件進行信息的導出和導入。ARXML文件作為中間媒介，確保了不同開發工具之間的數據一致性和互操作性。
- 通過不斷的導出/導入和修改，形成一個閉環的迭代過程，使系統架構和具體實現之間能夠相互完善、相互驗證。
3. 與基礎軟件層（BSW）集成
- BSW集成，生成RTE。
4. 算法代碼集成與調試
- 將建模工具中驗證通過的算法代碼轉換為C/C++代碼，并集成到應用層中。
- 將集成并調試完成的軟件鏡像下載到目標ECU中，進行實車或模擬環境下的測試。
- 根據測試結果進行必要的調整和優化，直至軟件滿足所有設計要求和性能指標。
#03 總 結
自上而下和自下而上的工作流在AUTOSAR開發中各有優缺點。
自上而下方法強調系統架構的清晰性和模塊間的接口定義，適用于對系統整體功能有清晰規劃的項目；從架構設計開始，有利于整體規劃和標準化，但可能在后續實現中遇到與預期不符的問題。
自下而上方法強調模塊或算法的具體實現和快速原型開發，適用于對系統整體架構尚不明確的初期探索階段；從具體實現開始，更加靈活，但可能需要在后期進行大量的架構調整和優化。
混合工作流則強調系統架構與具體實現的有機結合，適用于需要平衡系統架構規劃與快速原型開發的項目。
在實際項目中，可以根據項目需求、開發周期和團隊經驗等因素選擇合適的工作流。同時，也可以采用混合式方法，將自上而下和自下而上的優點結合起來，以提高開發效率和軟件質量。
