01、引  言

本文基于SDV發(fā)展背景，剖析了一份AUTOSAR AP軟件架構(gòu)。包括其主要組成部分、層次結(jié)構(gòu)以及各層之間的交互關(guān)系。為了驗(yàn)證該軟件架構(gòu)的可行性與有效性，計(jì)劃進(jìn)行模擬部署測(cè)試。

同CP平臺(tái)一樣，MATLAB/Simulink通過(guò)AUTOSAR Blockset工具箱對(duì)AP平臺(tái)也有了一定的支持，本文將解析下Simulink中AP的模型架構(gòu)以及進(jìn)行簡(jiǎn)單的部署仿真測(cè)試。

02、AP模型導(dǎo)入與服務(wù)接口分析

1）模型準(zhǔn)備

首先準(zhǔn)備一下模型文件，該模型文件來(lái)源于MATLAB Example；

里面含有一個(gè)總括的模型文件：HeadLightControlSystem.slx；三個(gè)模型引用的文件：HeadLightActuator.slx、HeadLightController.slx、OutdoorLightSensor.slx以及數(shù)據(jù)字典：HeadLightControlSystemData.sldd

可以通過(guò)下述命令行找到對(duì)應(yīng)的模型示例文件：

open_system("HeadLightControlSystem")；

打開(kāi)總模型文件：HeadLightControlSystem

這個(gè)架構(gòu)模型有三個(gè)組件，OutdoorLightSensor、HeadLightController和HeadLightActuator。OutdoorLightSensor處理從傳感器接收到的數(shù)據(jù)，并使用自適應(yīng)事件（adaptive events）將數(shù)據(jù)發(fā)送到HeadLightController。HeadLightController調(diào)用HeadLightActuator中的方法，使用自適應(yīng)方法（adaptive methods）打開(kāi)或關(guān)閉前照燈。HeadLightActuator根據(jù)從HeadLightController接收到的輸入打開(kāi)或關(guān)閉汽車(chē)頭燈。

OutdoorLightSensor 上的名為SensorData的port類(lèi)型是Output，對(duì)應(yīng)的HeadLightController上的SensorData的port類(lèi)型是Input；Interface類(lèi)型是SensorDataIntf；

HeadLightController上的名為HeadLight的port類(lèi)型是Client，對(duì)應(yīng)的HeadLightActuator上的HeadLight的port類(lèi)型是Server；Interface類(lèi)型是HeadLightIntf；

下面是針對(duì)每個(gè)模塊的具體分析；

2）OutdoorLightSensor分析

OutdoorLightSensor內(nèi)部模塊與邏輯比較簡(jiǎn)單，將一個(gè)常量OutdoorLightData信號(hào)通過(guò)Event Send模塊轉(zhuǎn)換為message消息，通過(guò)“Bus Element Out”端口發(fā)送出去；Event Send模塊功能是將信號(hào)轉(zhuǎn)換為保留信號(hào)值和數(shù)據(jù)類(lèi)型的事件，專(zhuān)門(mén)服務(wù)于AP的模塊；

打開(kāi)數(shù)據(jù)字典：

該模塊包含一個(gè)Service Interfaces，名為SensorDataIntf，也就是我們從模型概覽中看到的port對(duì)應(yīng)的Interface類(lèi)型；該Service Interfaces只包含一個(gè)Event事件，事件接口名為LightData；

該AP應(yīng)用模塊只包含一個(gè)ProvidedPorts，名為SensorData，對(duì)應(yīng)上面的Service Interfaces；

這兩部分的配置可以理解為，一個(gè)名為SensorDataIntf的服務(wù)，只包含一個(gè)Event事件，在OutdoorLightSensor模塊中實(shí)例化為一個(gè)Provided類(lèi)型服務(wù)，對(duì)外部模塊（HeadLightController）提供服務(wù)，對(duì)應(yīng)服務(wù)port名為SensorData；

在Simulink模型中，開(kāi)發(fā)者會(huì)構(gòu)建各種模塊以代表不同的系統(tǒng)組件和功能。這些模塊在映射到AUTOSAR時(shí)，需要對(duì)應(yīng)到AUTOSAR軟件組件（SWC）、端口（Port）、數(shù)據(jù)元素（Data Element）等概念上。通過(guò)映射，Simulink中的設(shè)計(jì)能夠轉(zhuǎn)化為AUTOSAR架構(gòu)下的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而在ECU（電子控制單元）上運(yùn)行。

因此有如下圖的Simulink模塊和Autosar元素的map關(guān)系：

名為LightData的Bus Element Out Simulink模塊關(guān)聯(lián)了名為SensorData的Autosar Provided Port中包含的LightData事件。

3）HeadLightController分析

該子系統(tǒng)內(nèi)又包含了一個(gè)消息出發(fā)的子系統(tǒng)，這個(gè)消息觸發(fā)源，對(duì)應(yīng)的Bus Element In1，接收的就是OutdoorLightSensor發(fā)過(guò)來(lái)的SensorDataIntf服務(wù)中的LightData事件消息；

打開(kāi)Message Triggered Subsystem：

內(nèi)部包含一個(gè)函數(shù)調(diào)用系統(tǒng)（其實(shí)函數(shù)原型是服務(wù)的port名加上服務(wù)里的方法及對(duì)應(yīng)參數(shù)構(gòu)成）。因此從模型上看，該模塊又包含了其他服務(wù)的Method方法，并且該模塊是作為服務(wù)的客戶端去調(diào)用該服務(wù)的方法；

打開(kāi)該模塊的數(shù)據(jù)字典：

里面包含兩個(gè)Interfaces，SensorDataIntf與HeadLightIntf兩個(gè)服務(wù)，SensorDataIntf服務(wù)與上面OutdoorLightSensor包含的是一致的，只不過(guò)這里是作為Client端實(shí)現(xiàn)的；

HeadLightIntf這個(gè)服務(wù)包含了一個(gè)setHeadLight方法，該方法只有一個(gè)輸入?yún)?shù)，lightStatus，因此可以理解為該方法對(duì)應(yīng)的通信類(lèi)型就是Fire-Forgot類(lèi)型，只有請(qǐng)求參數(shù)，無(wú)返回參數(shù)。

HeadLightController包含兩個(gè)RequiredPorts，一個(gè)是與OutdoorLightSensor通信的SensorData port，請(qǐng)求LightData事件數(shù)據(jù)的，另一個(gè)HeadLight，是請(qǐng)求HeadLightActuator設(shè)置燈光狀態(tài)的setHeadLight方法；

這部分的配置可以理解為，HeadLightController包含兩個(gè)服務(wù)的客戶端，一個(gè)名為SensorDataIntf的服務(wù)，只包含一個(gè)Event事件，在HeadLightController模塊中實(shí)例化為一個(gè)Required類(lèi)型服務(wù)，對(duì)外部模塊（OutdoorLightSensor）請(qǐng)求服務(wù)，對(duì)應(yīng)服務(wù)port名為SensorData；另一個(gè)名為HeadLightIntf的服務(wù)，只包含一個(gè)Method-FF方法，在HeadLightController模塊中實(shí)例化為一個(gè)Required類(lèi)型服務(wù)，對(duì)外部模塊（HeadLightActuator）請(qǐng)求服務(wù)，對(duì)應(yīng)服務(wù)port名為HeadLight；

查看這一部分Simulink模塊和Autosar元素的map關(guān)系：

名為HeadLight的Bus Element In2 Simulink模塊關(guān)聯(lián)了名為HeadLight的Autosar Required Port中包含的LightData事件。

名為LightData.setHeadLight的Bus Element In1 Simulink模塊關(guān)聯(lián)了名為HeadLight的Autosar Required Port中包含的setHeadLight方法。

4）HeadLightActuator分析

里面又包含一個(gè)函數(shù)子系統(tǒng)，不過(guò)，從這個(gè)層級(jí)也可以看出該函數(shù)就是服務(wù)HeadLightIntf中的setHeadLight方法；

打開(kāi)子系統(tǒng)，里面展示了函數(shù)的輸入?yún)?shù)以及還有一個(gè)函數(shù)子系統(tǒng)；

再打開(kāi)該函數(shù)子系統(tǒng)，里面封裝了了AP AUTOSAR的ara::log模塊，這個(gè)我們后續(xù)仿真的時(shí)候可以觀測(cè)到。

打開(kāi)數(shù)據(jù)字典：

里面包含一個(gè)Interfaces，HeadLightIntf，上面HeadLightController包含的是一致的，只不過(guò)這里是作為Server端實(shí)現(xiàn)的；

HeadLightActuator包含一個(gè)ProvidedPorts，是與HeadLightController通信的HeadLight port，提供設(shè)置燈光狀態(tài)的setHeadLight方法；

這部分的配置可以理解為，一個(gè)名為HeadLightIntf的服務(wù)，只包含一個(gè)Method方法（setHeadLight），在HeadLightActuator模塊中實(shí)例化為一個(gè)Provided類(lèi)型服務(wù)，對(duì)外部模塊（HeadLightController）提供服務(wù)，對(duì)應(yīng)服務(wù)port名為HeadLight；

打開(kāi)Simulink模塊和Autosar元素的map關(guān)系：

名為LightData.setHeadLight的Bus Element Out1 Simulink模塊關(guān)聯(lián)了名為HeadLight的Autosar Provided Port中包含的setHeadLight方法。

03、部署與測(cè)試

1）部署目標(biāo)環(huán)境

AUTOSAR AP應(yīng)用是跑在Linux系統(tǒng)上的，因此需要Linux環(huán)境的虛擬機(jī)或者服務(wù)器，要求可以通過(guò)SSH連接，并且知道其IP；測(cè)試ip：192.168.24.92；

并且要安裝Docker；Docker鏡像是一個(gè)特殊的文件系統(tǒng)，包含了容器運(yùn)行時(shí)所需的程序、庫(kù)、資源、配置等文件，以及為運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)備的一些配置參數(shù)（如環(huán)境變量、用戶等）。鏡像不包含任何動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，其內(nèi)容在構(gòu)建之后也不會(huì)被改變。鏡像使用分層存儲(chǔ)技術(shù)，使得鏡像的復(fù)用、定制變得更為容易。容器是鏡像運(yùn)行時(shí)的實(shí)體，可以被創(chuàng)建、啟動(dòng)、停止、刪除、暫停等。容器的實(shí)質(zhì)是進(jìn)程，但與直接在宿主執(zhí)行的進(jìn)程不同，容器進(jìn)程運(yùn)行于屬于自己的獨(dú)立的命名空間，擁有自己的root文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)配置、進(jìn)程空間等。這種隔離性使得容器封裝的應(yīng)用比直接在宿主運(yùn)行更加安全。

這里要做這個(gè)模擬部署，Docker是必須的，因?yàn)?/span>MATLAB是要通過(guò)XCP連接，創(chuàng)建Docker鏡像，AP應(yīng)用運(yùn)行在該鏡像實(shí)例化的容器內(nèi)。

2）模型配置

對(duì)OutdoorLightSensor子系統(tǒng)進(jìn)行配置

代碼生成→ 接口→ external mode(外部模式)勾選上

硬件實(shí)現(xiàn)要配置為：Embedded Coder Linux Docker Container

配置XCP服務(wù)器，輸入目標(biāo)機(jī)的IP；

3）部署模擬

打開(kāi)Linux運(yùn)行時(shí)管理器

輸入配置信息，并Connect；如果之前并未連接過(guò)該Linux環(huán)境，Connect會(huì)失敗，需要點(diǎn)擊旁邊的Update Target，這步驟就是將模擬部署需要的鏡像matlab-ecoder-linuxruntime-image發(fā)送過(guò)去，這一步驟時(shí)間可能較長(zhǎng)；如果之前連接過(guò)該Linux環(huán)境，進(jìn)入該界面后會(huì)自動(dòng)連接上；

配置，目標(biāo)APP在目標(biāo)Linux環(huán)境下的安裝位置；選擇一個(gè)僅自己使用的文件系統(tǒng)下就好；

點(diǎn)擊Creat&Deploy  Application Package，選擇子系統(tǒng)slx文件；三個(gè)子系統(tǒng)重復(fù)這個(gè)操作；

編譯子系統(tǒng)，生成mldatx文件，發(fā)送到Linux環(huán)境中，自動(dòng)部署；

對(duì)Sensor這個(gè)app啟動(dòng)Monitor&Tune，對(duì)Controller和Actuator這兩個(gè)app啟動(dòng) Start Application；將三個(gè)應(yīng)用都啟動(dòng)，并觀測(cè)；

因在Actuator模塊中封裝了ara::log模塊，所以從log上可以看到對(duì)應(yīng)燈光狀態(tài)值為1；

修改Sensor模塊中輸入的lightData，使其大于5，從log中可以看出此時(shí)燈光狀態(tài)值變?yōu)榱?/span>1；

從Linux環(huán)境中也可以看出正在運(yùn)行的matlab linux環(huán)境下的 ecoder image；

同樣，也可以查看上面三個(gè)模塊app對(duì)應(yīng)的進(jìn)程。

04、小  結(jié)

本文詳細(xì)的剖析了一個(gè)AUTOSAR AP應(yīng)用層模型，想要全面揭示其AP架構(gòu)設(shè)計(jì)背后的邏輯與精髓，分析其各個(gè)核心元素含義，這些元素作為AUTOSAR AP模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，包括但不限于軟件組件（SWCs）、服務(wù)、服務(wù)接口、通信Port以及數(shù)據(jù)管理機(jī)制（如客戶端-服務(wù)器模式的數(shù)據(jù)訪問(wèn)）并且解析了與Simulink模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

后面又搭建環(huán)境，部署應(yīng)用，測(cè)試了模型的邏輯性，這一過(guò)程不僅驗(yàn)證了模型設(shè)計(jì)的正確性，也體現(xiàn)了AUTOSAR AP平臺(tái)在實(shí)際開(kāi)發(fā)中的靈活性與高效性。

這個(gè)過(guò)程體現(xiàn)了AUTOSAR AP平臺(tái)的一種開(kāi)發(fā)方法，基于MBD的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了一定的直觀性的便利，但在面對(duì)復(fù)雜的AUTOSAR AP元素配置時(shí)，其直接性仍有待提升。特別是當(dāng)涉及到大量細(xì)致的配置項(xiàng)時(shí)，MBD方法可能無(wú)法完全覆蓋所有細(xì)節(jié)，需要開(kāi)發(fā)者結(jié)合文檔與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整；因此可選擇性的交流本文的開(kāi)發(fā)思路，而非具體的配置項(xiàng)。