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第一部分 汽车嵌入式系统架构3

第1章 汽车功能域及其要求3

1.1 概述3

1.2 功能域6

1.2.1 动力总成域7

1.2.2 底盘域8

1.2.3 车身域9

1.2.4 多媒体、远程信息处理与人机界面10

1.2.5 主动/被动安全11

1.2.6 诊断12

1.3 标准化的部件、模型及流程12

1.3.1 车载网络和协议13

1.3.2 操作系统13

1.3.3 中间件14

1.3.4 汽车应用中的架构描述语言15

1.4 车载嵌入式系统的关键安全认证问题17

1.5 结论18

参考文献19

第2章 AUTOSAR（汽车开放式系统架构）标准的应用23

2.1 动机23

2.1.1 以前软件结构的缺点23

2.1.2 设置AUTOSAR24

2.1.3 AUTOSAR的主要目标24

2.1.4 AUTOSAR中的工作方法25

2.2 AUTOSAR的支柱：AUTOSAR架构26

2.2.1 AUTOSAR概念26

2.2.2 分层的软件架构27

2.3 AUTOSAR标准化的主要领域：BSW和RTE28

2.3.1 BSW28

2.3.2 BSW的一致性的类29

2.3.3 RTE30

2.4 AUTOSAR标准化的主要领域：方法和模板32

2.4.1 方法的主要目标32

2.4.2 方法描述32

2.4.3 AUTOSAR模型、模板及交换格式33

2.4.4 系统配置33

2.4.5 ECU配置34

2.4.6 实施现有开发流程与调节工具34

2.5 实践中的AUTOSAR：一致性测试35

2.6 实践中的AUTOSAR：移植到AUTOSAR ECU之上37

2.7 实践中的AUTOSAR：OEM-供应商协作的应用39

2.8 实践中的AUTOSAR：AUTOSAR与ECU兼容性的演示40

2.8.1 演示仪描述41

2.8.2 演示仪展示的概念41

2.9 商业考虑43

2.10 展望44

参考文献44

第3章 智能车辆技术46

3.1 概述：道路运输及其发展46

3.1.1 如此美妙的产品46

3.1.2 安全问题46

3.1.3 交通拥堵问题46

3.1.4 能源和排放47

3.1.5 小结及本章介绍的内容47

3.2 新技术48

3.2.1 传感器技术48

3.2.2 传感器融合53

3.2.3 无线网络技术54

3.2.4 智能控制应用54

3.2.5 最新的驾驶辅助系统56

3.3 可靠性问题57

3.3.1 介绍57

3.3.2 故障-安全的汽车运输系统57

3.3.3 智能汽车诊断59

3.4 完全自动的车：梦想还是现实？60

3.4.1 自动化道路车辆60

3.4.2 自动化道路网络62

3.4.3 自动化道路管理63

3.4.4 路径部署63

3.5 小结64

参考文献64

第二部分 嵌入式系统通信69

第4章 嵌入式汽车协议综述69

4.1 汽车通信系统：特点和约束条件69

4.1.1 从点到点通信到多路通信69

4.1.2 汽车的域及其演变70

4.1.3 对于不同需求的不同网络71

4.1.4 事件触发与时间触发72

4.2 车载嵌入式网络73

4.2.1 优先总线73

4.2.2 TT网络75

4.2.3 低成本汽车网络78

4.2.4 多媒体网络81

4.3 中间件层82

4.3.1 中间件的原理82

4.3.2 优于AUTOSAR的汽车中间件83

4.3.3 AUTOSAR84

4.4 汽车通信系统的开放性问题91

4.4.1 优化的网络架构91

4.4.2 系统工程92

参考文献93

第5章 F1exRay协议98

5.1 概述98

5.1.1 事件驱动通信与时间驱动通信98

5.1.2 F1exRay的目标99

5.1.3 F1exRay的历史100

5.2 F1exRay通信100

5.2.1 帧格式100

5.2.2 通信周期101

5.2.3 静态段102

5.2.4 动态段103

5.3 F1exRay协议105

5.3.1 协议架构105

5.3.2 Wakeup（唤醒）和Starup（启动）协议106

5.3.3 唤醒107

5.3.4 时钟同步109

5.3.5 容错机制112

5.4 F1exRay应用113

5.4.1 F1exRay实施113

5.4.2 F1exRay工具支持114

5.5 总结115

5.5.1 研发的影响因素115

5.5.2 F1exRay验证116

参考文献117

第6章 可靠的汽车CAN网络118

6.1 概论118

6.1.1 汽车网络的主要要求118

6.1.2 网络技术121

6.1.3 CAN的特点和局限性122

6.2 数据一致性问题124

6.2.1 CAN网络中瞬时信道故障的管理125

6.2.2 影响数据一致性的故障126

6.2.3 数据不一致的场景概率127

6.2.4 在CAN网络上真正实现数据一致性的解决方案128

6.3 CANcentrate和 ReCANcentrate：CAN网络的星形拓扑结构130

6.3.1 基本原理132

6.3.2 CANcentrate和ReCANcentrate基础133

6.3.3 其他考虑136

6.4 CANELy137

6.4.1 时钟同步138

6.4.2 数据一致性138

6.4.3 错误控制138

6.4.4 容错支撑138

6.4.5 CANELy的局限性139

6.5 FTT-CAN：在CAN总线上弹性时间触发通信139

6.5.1 FTT系统架构141

6.5.2 双相基本周期141

6.5.3 SRDB142

6.5.4 EC内的主要时间参数143

6.5.5 容错特征144

6.5.6 访问通信服务145

6.6 FlexCAN：一种确定的、弹性的和可靠的车载网络架构146

6.6.1 控制系统事务146

6.6.2 FlexCAN架构147

6.6.3 FlexCAN如何解决CAN的局限性150

6.6.4 FlexCAN应用及小结152

6.7 解决CAN网络可靠性的其他方法152

6.7.1 TTCAN153

6.7.2 使用CAN网络的容错时间触发通信154

6.7.3 TCAN154

6.7.4 ServerCAN155

6.7.5 CAN网络上容错时钟同步156

6.8 结论157

参考文献158

第三部分 嵌入式软件和研发流程167

第7章 汽车电子产品生产线167

7.1 简介167

7.2 汽车产品线特性168

7.2.1 软件产品线基本概念168

7.2.2 有关产品线工程的汽车电子的特性与需求168

7.3 基本术语171

7.3.1 软件产品线171

7.3.2 变异性173

7.3.3 作为可变性建模的一种形式的特征建模174

7.3.4 讨论：汽车域的特征建模183

7.4 汽车产品线可变性的整体协调183

7.4.1 小到中型的产品线的协作185

7.4.2 高度复杂的产品线协作185

7.5 产品级别的变异性187

7.5.1 基本方法187

7.5.2 与局部产品变异性有关的困难187

7.5.3 表示ECU要求规范中的变异性189

7.5.4 表现的评估190

7.5.5 对通用基础的映射表示191

参考文献192

第8章 汽车电子中软件的复用193

8.1 软件的复用：汽车OEM所面临的挑战193

8.2 汽车领域中软件复用的必要条件194

8.3 支持汽车上应用软件的复用196

8.3.1 流程197

8.3.2 模块化汽车软件组件研发198

8.3.3 函数库199

8.3.4 车载嵌入系统的发展201

8.4 应用实例204

8.5 结论207

参考文献208

第9章 汽车嵌入式系统架构描述语言（ADL）210

9.1 介绍210

9.2 工程信息的挑战210

9.2.1 减少成本和开发时间210

9.2.2 开发机构和信息交换211

9.2.3 产品的复杂性211

9.2.4 质量和安全211

9.2.5 并行工程211

9.2.6 复用和产品线架构212

9.2.7 分析和综合212

9.2.8 样机212

9.3 实践状态212

9.3.1 基于模型的设计212

9.3.2 工具216

9.3.3 基于模型设计之外的问题219

9.4 ADL解决方案220

9.4.1 汽车ADL的一般问题220

9.4.2 需要什么来建模221

9.5 目前的ADL方法223

9.5.1 Forsoft汽车223

9.5.2 SysML224

9.5.3 架构与分析描述语言225

9.5.4 实时式和嵌入式系统的建模与分析225

9.5.5 AUTOSAR建模226

9.5.6 EAST-ADL227

9.6 结论229

参考文献230

第10章 基于模型的汽车嵌入式系统的开发231

10.1 简介和本章概要231

10.1.1 什么是MBD？232

10.1.2 本章概要234

10.2 汽车嵌入式系统推动MBD236

10.2.1 MBD在汽车嵌入式系统研发中的角色236

10.2.2 MBD方法238

10.2.3 MBD的驱动因素239

10.2.4 MBD方法的潜在好处241

10.3 背景、关注和要求243

10.3.1 对MBD的语境要求243

10.3.2 MBD工作解决的产品关注点245

10.4 MBD技术247

10.4.1 建模语言：抽象、关系和行为248

10.4.2 分析技术251

10.4.3 合成技术253

10.4.4 工具253

10.5 MBD类别与工业实践255

10.5.1 汽车实践简述255

10.5.2 研究和相关的标准化工作257

10.6 在工业领域采用MBD的准则260

10.6.1 战略问题261

10.6.2 采用MBD：流程和机构方面的考虑262

10.6.3 期望的MBD技术属性264

10.6.4 对MBD常见的反对声音及缺陷266

10.7 结论267

参考文献268

第四部分 验证、测试和定时分析277

第11章 汽车控制软件测试277

11.1 引言277

11.1.1 动态测试277

11.1.2 目前的做法278

11.1.3 构造测试流程279

11.1.4 基于模型与基于代码的测试279

11.2 测试活动和测试技术280

11.2.1 测试活动280

11.2.2 汽车控制软件中典型的测试设计技术284

11.2.3 汽车控制软件的测试执行技术案例295

11.2.4 汽车控制软件示范式测试评估技术297

11.3 开发过程中的测试300

11.3.1 基于代码开发过程中的测试300

11.3.2 在基于模型开发过程中的测试302

11.3.3 OEM和供应商之间的接口与互动305

11.4 测试计划307

11.4.1 创建测试计划307

11.4.2 测试等级的选择308

11.4.3 测试对象的选择309

11.4.4 集成策略310

11.4.5 测试环境311

11.5 总结311

参考文献312

第12章 基于F1exRay应用模块的测试和监控315

12.1 基于F1exRay应用模块介绍315

12.1.1 系统架构315

12.1.2 F1exRay协议321

12.2 测试与监控目标321

12.2.1 测试和监控标准322

12.2.2 测试和监控操作方案325

12.3 监控与测试方法325

12.3.1 基于软件的验证326

12.3.2 基于硬件的验证332

12.4 测试方法讨论335

12.4.1 基于软件的测试方法335

12.4.2 基于硬件的测试方法336

12.5 结论337

参考文献337

第13章 基于CAN网络的汽车通信系统的时序分析339

13.1 简介339

13.1.1 历史339

13.1.2 应用340

13.1.3 章节编排340

13.2 CAN340

13.2.1 拓扑结构341

13.2.2 帧342

13.2.3 帧仲裁342

13.2.4 错误检测344

13.2.5 位填充345

13.2.6 帧传输时间346

13.3 CAN调度347

13.4 调度模型348

13.5 响应时间分析349

13.5.1 充分响应时间测试350

13.5.2 精确的响应时间测试350

13.5.3 案例351

13.6 时序分析综合误差影响353

13.6.1 简单误差模型354

13.6.2 修正响应时间分析354

13.6.3 广义确定性误差模型355

13.6.4 概率误差模型356

13.7 整体分析357

13.7.1 属性继承357

13.7.2 整体调度问题358

13.7.3 案例358

13.8 中间件和帧封装361

13.9 总结362

参考文献363

第14章 主要性能提升方式：使用偏移方式调度CAN信息367

14.1 概述367

14.2 偏移分配算法368

14.2.1 设计假说与记号368

14.2.2 记号368

14.2.3 WCRT分析的工具支持369

14.2.4 算法描述369

14.3 实验设置372

14.4 WCRT上使用偏移的优势373

14.4.1 有无偏移的WCRT比较373

14.4.2 成效的解释：网络负载分布更合理374

14.4.3 部分偏移的应用376

14.5 偏移可允许更高的网络负荷377

14.6 结论379

参考文献379

第15章 汽车域的形式化方法：TTA（时间触发架构）概况381

15.1 简介381

15.2 感兴趣的话题381

15.2.1 中心守护者的故障屏蔽功能382

15.2.2 组成员和派系失效（策略）383

15.2.3 时钟同步384

15.2.4 启动和整合385

15.3 建模方面386

15.3.1 建模计算387

15.3.2 建模时间390

15.3.3 建模故障391

15.4 验证技术392

15.4.1 定理证明392

15.4.2 模型检查398

15.5 前景400

参考文献401