嵌入式技术与整车网络系统

　　一、引言

　　随着市场需求和电子技术的发展，整车电气系统经历着电器化、电子化和网络化三个阶段性发展。嵌入式技术影响在电子化阶段开始体现，并在网络化阶段进一步凸现。作为自主产业，直接面对电子化、网络化发展阶段重叠的局面，一方面存在缺乏积累、基础薄弱等挑战，另一方面也存在轻装上阵、少走弯路的后发优势。因此，如何更好地将嵌入式技术与整车电气系统开发相融合，已经成为自主产业技术路线的关键问题。

　　二、概述

　　整车网络是指将多个具有一定独立工作能力的汽车电子系统通过总线实现资源共享和数据通信的分布式实时嵌入系统。由此定义可见，整车网络以总线整合汽车电子系统的形式存在，但本质仍然是由软硬件构成的嵌入式系统。随着软件在系统实现中占据日益主导的地位，整车网络的开发过程也来越接近典型的V模式软件开发过程，如图1所示。

　　整个开发过程可被分为系统开发和零部件实施两个应用层面，其中贯穿着算法设计、软件工程等基础技术。由于种种原因，自主汽车电子产业存在着重零部件轻系统、重应用轻基础的问题。需要指出的，基础技术涉及的建模、仿真、软件构架等均来源于主流的嵌入式技术体系，并不固定从属于系统开发或零部件实施的具体领域。因此，基础技术也是系统开发的必要前提。在系统开发过程中，应用相应的基础技术，结合上游用户需求与下游零部件实施约束，才能完成嵌入式系统的集成设计与验证。其中，工作内容可分为架构、总线和诊断的设计及验证。

　　三、架构开发

　　架构设计是借助工程方法，通过工程需求的捕捉，合理分配系统功能，最终完成网络系统的结构设计。需要指出的是，工程方法是每个整车企业根据自身产品电气系统的竞争策略，基于相符合的理论方法，结合自身的开发配套体系，经过长期工程实践建立的。不同整车企业甚至同一企业不同平台的工程方法是不同的，作为结果的架构更是千差万别。因此，照搬系统架构甚至工程方法的做法是无法获得合格架构的。

　　架构开发容易与总线开发混淆。虽然同属系统层面开发，前者基于而高于后者。在架构设计中，总线仅是最主要的信息交互方式，其特点必须在设计过程中合理运用。反之，高性能、高质量的总线也有效增加了架构的灵活性、复杂性。

　　3.1工程需求捕捉(图2)

　　从用户角度，工程需求不同于常见的市场需求：后者主要从市场用户出发，关注的是网络系统的外在使用价值而不是具体的构架、技术和零部件；除此之外，整车寿命周期内还有开发工程师、制造工程师、售后工程师等内部用户的需求。上述诸多用户的需求同时也包含约束，例如法规、标准、成本、质量、工程策略等等。从时间角度上。上述需求在项目周期中不同程度地动态变化。因此，将所面临的诸多用户提出的变化的需求转化为统一的工程需求，是架构开发的起点，也体现了面向需求的设计理念。

　　工程功能(图3)作为工程需求的基本载体，贯穿着整个开发过程。由于不同整车的需求差异，对工程功能的具体划分不尽相同。一般而言，工程功能被分为用户工程功能和非用户工程功能：前者会被用户直接感受到，例如灯光；后者不会被用户直接感受到，一般是前者的支撑，例如总线唤醒，通常也被称为系统功能。对于每个工程功能的需求，也分为功能性需求和非功能性需求：前者主要定义不同状态下输入输出等外在行为逻辑，通常是可复用在不同车型上，即实现功能性DNA，又减少了需求风险，也为相关应用软件复用提供了前提；后者包含了其他非功能性需求，如关键资源要求、成本，往往因车型而异。

　　对需求的捕捉中，需求的验证是重要环节之一。上述需求数量浩大甚至相互矛盾，产生的需求风险将严重影响下游的开发。建立系统层面的功能性需求模型，不仅可以解决需求冲突问题，也是对下游功能分配的必要约束。

　　3.2功能分配(图4)

　　对于嵌入式软硬件实现的工程功能，往往需要分布到多个零部件实现以满足工程需求，因此合理的功能分配设计尤为关键。从实现角度而言，需要从逻辑、物理和机械布置层面进行平衡。传统的做法中功能分配仅被关注在机械布置和物理层面，简单地进行基于物料成本的硬件分配。这种源自电器化阶段的做法简单直观，但是忽视逻辑分配会带来响应性差、可靠性低等一些列原理问题。

　　逻辑层面的分配，需要在保证关键资源、延迟、供电状态、安全等非功能性需求前提下进行。例如：某功能的子功能被分配到某控制器，除了需要传感器／执行器等硬件外，控制器能否提供足够的存储空间、运算能力、供电状态也同样重要；子功能之间可通过总线、硬线进行交连，但是连接方式必须确保功能本身的实时性、可靠性。

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