717_AUTOSAR_TR_TimingAnalysis4_时序分析的问题以及架构时序分析描述

绝地灬酷狼 2022-09-03 12:29 147阅读 0赞

全部学习汇总： [https://github.com/GreyZhang/hack\_autosar][https_github.com_GreyZhang_hack_autosar]

继续梳理《AUTOSAR\_TR\_TimingAnalysis》。

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时序要求分解问题

掌握时序要求是开发和集成最先进的汽车 E/E 系统的关键成功因素之一。 时序要求在车辆复杂的开发过程中要持续执行，并进一步被重用和交换以重新使用其他车辆项目的功能或组件：时序要求必须被系统和仔细地描述。

所需的详细程度可能会有所不同，从车辆级别的高级客户相关功能的时序约束、特定执行器的功率放大器控制的时序要求，到多线程上软件功能数据同步的 ECU 内部时序。 - 操作级别的核心微控制器。

如图 2.1 所示，开发过程遵循众所周知的 V 模型，该模型描述了从系统规范到系统集成的系统的、交错的自上而下的方法。 左侧分支描述了规范的流程步骤，实现了从整个 E/E 系统到单个组件的分解。 V 的基础描述了实现和相关的测试程序。

可以按照自下而上的顺序阅读 V 测试和集成程序的右侧分支直至车辆系统集成。

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根据汽车原始设备制造商开发过程的这些基本步骤，要求在任何过程步骤中都应该是可追溯的。这意味着时间要求应该是可识别和可追溯的，从需求规范通过供应商的性能规范到测试和集成文档（协议）。 就E/E流程而言，这意味着时间要求将抵制两家公司之间的流程转换，例如 OEM 和一级供应商，进一步向下至二级和三级供应商。 这只能通过使用标准化的描述和方法系统，参考通常在开发合作伙伴之间交换的模型工件来实现。

AUTOSAR 计时扩展 (TIMEX) \[2\] 基于 AUTOSAR 系统模板，代表了在 AUTOSAR 兼容软件开发过程中交换系统描述的标准化格式。 此外，TIMEX 是一个可选组件，并不意味着 AUTOSAR 系统模板中的更改。可观察事件的概念，它发生或可以在引用的建模工件中观察到，例如一个 RTE 端口，允许以因果顺序（事件链）指定观察点和事件序列，并对它们具有额外的时序约束。假设 TIMEX 概念满足通过时序要求描述 AUTOSAR 系统中的时间行为的所有用例。

遗憾的是，OEM 开发过程并不是从 AUTOSAR 开始的。AUTOSAR 仅代表某些软件组件的实现视图，而不代表可以包含非软件功能的更高级别功能概念的视图。实际上，在流程的最开始，需求是用自然语言描述的。 这些需求必须以非自然语言“形式化”，以便对其进行评估并允许其分解。时间要求的评估应该在开发过程中尽早完成。为了在系统/功能级别实现这一点，需要一种系统/功能建模语言。这种语言必须提供功能设计建模的概念，还必须提供一种正式的方法来捕获和分解功能设计期间的时序要求。可以使用多种基于架构描述语言 (ADL) 的方法来填补自然语言需求规范与 AUTOSAR 中建模的实现阶段之间的差距。 我们可以引用基于 UML 的 \[5\] 架构描述语言：SysML \[6\]（系统建模的 UML 专业）和 MARTE \[7\]（实时端嵌入式系统的建模和分析的 UML 专业）。 也存在其他更特定于领域的方法，例如用于航空航天的 AADL \[8\] 或用于汽车的 EAST-ADL \[9\]。 适当的系统/功能级建模语言的选择取决于内部 OEM 的流程。但是，有一些重要的与时间相关的一般标准需要考虑：

• 支持分层时序要求过程；

• 易于将分解的时序要求映射到 AUTOSAR TIMEX 模型工件，这些工件构成了当今 OEM 与其供应商之间的交换格式。

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在下一节中，将绘制基于所有这些想法和概念的方法，该方法将为在自己的组织中实现分层时序要求流程提供方向，并最终实现 AUTOSAR TIMEX 兼容模型工件的交换。

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分层时序描述

在汽车开发过程的早期设计阶段，架构讨论是关于高级客户相关功能的。 这些功能可以在功能“因果”或“活动”链中详细说明，从时间角度可以对其进行预算 - 由客户的经验证明。 致力于客户体验的功能质量和技术努力是公司的业务决策。

一个例子是从按下按钮到反应的反应时间，它在简单切换（后窗加热）和控制运动（例如座椅或后视镜调节）之间变化。 另一个例子是动力总成或底盘控制功能，它可能会导致换档或制动过程中的颠簸等不便，并且不会有助于对优质车辆的正面媒体评价。

从方法论和技术角度来看，时序分析是一种工具，可在功能网络到组件网络的映射期间确保所需的时间行为，如图 2.2 所示。

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一旦定义了客户相关功能的主要时序预算并完成了功能部件到硬件组件的分配，就可以制作更详细的网络架构时间视图。 这允许对功能分布在性能和时间方面的可行性进行第一次评估。这个过程可以在进一步的过程步骤中迭代改进以获得更精确的分析结果。

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为了进一步理解，可以假设图 2.3 中的每个函数都包含在 AUTOSAR SW-C 的组合范围内，它被表示为一个 AUTOSAR 可运行实体，简称为“Runnable”。 也可以考虑其他映射策略。无论选择何种策略，映射通常都受到在功能级别为时序要求评估所做的功能设计选择的限制。 例如，基于每个硬件资源（ECU、总线）的负载（利用率）计算的可行性测试基于硬件资源上的给定功能分配。 在将功能映射到 AUTOSAR SW-C 时必须考虑这种分配，以避免映射分配导致一个SWC的功能分配给了两个ECU。

其实，这一部分在我现在的工作中基本上是没有见过的，基础软件的输入环节太粗犷了。这部分可能比较难落实，因此，时序的分析在我实际的工作中可能并不是一个很容易推行的工作环节。

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此外，在许多情况下，物理过程的时间要求，例如，电动执行器的启动和瞬态振荡行为消耗超过几微秒，因此必须仔细考虑。

第一步，整体时序预算可以分为组件内部和网络部分。 一旦知道整个网络通信和网络类型，网络的 WCRT 分析就可以量化网络通信的最坏情况定时需求。 如上图所示，这将网络预算中的整体时序预算和组件（通常是 ECU）中的分配时序预算分开。

如果组件的开发和集成完全由供应商完成，这对于 OEM 来说就足够了。在实践中，需要考虑基础软件堆栈和函数本身的时序行为的更详细视图。 同样，函数关系更复杂，这会导致更复杂的分析。在进一步的分析步骤中，可以按照图 2.3 的概念细化端到端时序路径或功能链。

为所描述的一般过程提供支持的方法将会在后面的章节中描述，这一次的小结到此为止了。这一部分，主要是分析了时序分析中的一些问题以及架构相关的时序分析描述。不过，设计一个良好的实时系统，这部分的确是一个非常重要的工作，需要给以足够的重视。

[https_github.com_GreyZhang_hack_autosar]: https://github.com/GreyZhang/hack_autosar
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