車輛E/E架構(gòu)的演變：從傳統(tǒng)設(shè)計到現(xiàn)代高性能計算和服務(wù)集成

1.電子/電氣架構(gòu)的演變

車輛的電子/電氣（E/E）架構(gòu)已經(jīng)從過去的簡單設(shè)計演變成今天的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在早期，E/E架構(gòu)主要由車載系統(tǒng)和基于信號的應(yīng)用所定義，其設(shè)計空間相對單一。如今，這種架構(gòu)變得更加分層，涉及到高性能計算機(jī)（HPCs）和更強(qiáng)大的區(qū)域控制器。這些區(qū)域控制器是應(yīng)對功能復(fù)雜性的關(guān)鍵架構(gòu)元素，負(fù)責(zé)處理與車輛特定位置相關(guān)的所有功能，并且它們通常通過以太網(wǎng)與HPCs相連。

2.服務(wù)導(dǎo)向和信號導(dǎo)向的結(jié)合

HPCs在現(xiàn)代E/E架構(gòu)中扮演著重要角色，不僅提供集成離車服務(wù)的能力，如遠(yuǎn)程診斷或軟件的遠(yuǎn)程更新，還用于處理計算密集型應(yīng)用，比如自動駕駛和娛樂系統(tǒng)?，F(xiàn)代E/E架構(gòu)特別強(qiáng)調(diào)服務(wù)導(dǎo)向和信號導(dǎo)向兩種范式的并行工作。傳統(tǒng)車輛控制功能（如ESP、ABS）在區(qū)域控制器和傳感器/執(zhí)行器ECUs之間以信號導(dǎo)向方式實現(xiàn)，而高級功能如自動駕駛則更傾向于服務(wù)導(dǎo)向。此外，現(xiàn)代E/E架構(gòu)不僅包括車載組件，還集成了云服務(wù)，提供了額外的功能，如軟件更新和遠(yuǎn)程診斷，這些功能是現(xiàn)代車輛系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分。

3.早期系統(tǒng)設(shè)計階段的關(guān)鍵：適應(yīng)多樣目標(biāo)架構(gòu)的設(shè)計抽象化

為了開發(fā)適用于這些目標(biāo)架構(gòu)的應(yīng)用，需要在早期系統(tǒng)設(shè)計階段考慮這些架構(gòu)。設(shè)計需要從硬件和軟件實現(xiàn)中抽象出來，以便靈活地適應(yīng)不同的目標(biāo)E/E架構(gòu)。

PREEvision中的邏輯架構(gòu):實現(xiàn)車輛系統(tǒng)設(shè)計的高效抽象化

邏輯架構(gòu)層的目的：PREEvision的邏輯架構(gòu)層旨在將車輛應(yīng)用和功能從其硬件和軟件實現(xiàn)中抽象出來。這種抽象化使設(shè)計過程更加靈活，能夠適應(yīng)不同的目標(biāo)電子/電氣（E/E）架構(gòu)。

邏輯功能架構(gòu)的應(yīng)用：邏輯功能架構(gòu)幫助管理應(yīng)用和車輛功能的日益增長的復(fù)雜性。它為設(shè)計師提供了一個系統(tǒng)視角，用于設(shè)計、管理和理解現(xiàn)代車輛中軟件和硬件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

邏輯域和子系統(tǒng)：邏輯架構(gòu)中包含邏輯域，這些域支持將系統(tǒng)劃分為具有明確定義接口的子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)可以是車輛的特定區(qū)域或者是云服務(wù)等離車應(yīng)用。

功能包和構(gòu)建塊：邏輯功能架構(gòu)通過邏輯功能包或構(gòu)建塊來組織，這些包或塊群組了多個邏輯功能。邏輯功能之間的通信是通過端口定義的，端口決定了通信是信號導(dǎo)向還是服務(wù)導(dǎo)向。

端口和連接器：邏輯架構(gòu)中的端口指定了不同功能之間的通信方式。邏輯組裝連接器用于連接這些端口，從而定義功能之間的互動。

類型和實例的概念：邏輯架構(gòu)基于類型和實例的概念，意味著可以創(chuàng)建特定邏輯功能類型的多個實例。這種方法增加了設(shè)計的可重用性和靈活性。

PREEvision邏輯架構(gòu)層總結(jié)：通過這種邏輯架構(gòu)層的設(shè)計，PREEvision使車輛系統(tǒng)的設(shè)計師能夠從更高的抽象層面進(jìn)行設(shè)計，同時確保了對底層實現(xiàn)的靈活性和適應(yīng)性。這樣的設(shè)計方法為處理現(xiàn)代車輛系統(tǒng)的復(fù)雜性提供了強(qiáng)大的工具和框架。

PREEvision對UML/SysML的支持

為了實現(xiàn)完整的功能建模，我們需要引入功能行為方面的建模。這部分內(nèi)容主要集中在UML（統(tǒng)一建模語言）和SysML（系統(tǒng)建模語言）在描述系統(tǒng)行為中的應(yīng)用。以下是關(guān)于功能行為、UML和SysML的詳細(xì)總結(jié)：

功能行為的關(guān)鍵角色：功能行為描述是理解系統(tǒng)全貌、確保跟蹤性以及為后續(xù)實現(xiàn)提供模型基礎(chǔ)的關(guān)鍵部分。PREEvision中的功能行為是通過采用UML和SysML這兩種標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)的。

UML和SysML的結(jié)合：UML主要針對軟件設(shè)計，而SysML則是為了滿足系統(tǒng)設(shè)計的需求而開發(fā)。這兩種語言的結(jié)合為PREEvision工具提供了覆蓋系統(tǒng)建模兩大領(lǐng)域結(jié)構(gòu)和行為的能力。

行為建模的實現(xiàn)：在結(jié)構(gòu)建模的基礎(chǔ)上，行為建模通過UML和SysML的支持在PREEvision中得以實施。包括用例圖、狀態(tài)機(jī)圖和活動圖等在內(nèi)的行為建模工具，是深入理解系統(tǒng)行為的關(guān)鍵。

PREEvision中的活動圖

1.活動圖介紹

在PREEvision工具中，活動圖被用作一個關(guān)鍵工具，以圖形化方式展示系統(tǒng)內(nèi)各元素動作的相互聯(lián)系及其控制和數(shù)據(jù)流，從而幫助設(shè)計師清晰地理解和描述系統(tǒng)行為。這些圖包含動作節(jié)點，代表系統(tǒng)中執(zhí)行的具體動作或任務(wù)，以及控制節(jié)點，用于指導(dǎo)動作的執(zhí)行流程。活動圖中的控制流和對象流則分別表示動作之間的順序和數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，而輸入和輸出參數(shù)展示了每個動作的數(shù)據(jù)依賴和產(chǎn)出。通過活動圖，設(shè)計師可以詳細(xì)模擬和分析系統(tǒng)內(nèi)部的行為，為系統(tǒng)實現(xiàn)的后續(xù)階段提供詳細(xì)的執(zhí)行規(guī)格和指導(dǎo)?？傊?，活動圖在理解和設(shè)計系統(tǒng)行為方面發(fā)揮著核心作用，使系統(tǒng)設(shè)計更加清晰和結(jié)構(gòu)化。

2.PREEvision中活動圖建模的高效功能

活動節(jié)點和控制節(jié)點：提供了多種類型的活動節(jié)點，包括動作節(jié)點和控制節(jié)點，以及活動邊緣（如控制流和對象流）。這些節(jié)點和邊緣協(xié)助在活動圖中定義和組織基本動作及其流程。

用戶友好的建模支持：PREEvision提供了多種便利功能，以簡化活動圖的創(chuàng)建和編輯過程。例如，自動添加控制流和對象流的功能，以及輸入輸出端口的指示標(biāo)記。

活動分區(qū)的實現(xiàn)：活動圖中的活動分區(qū)（如泳道）用于標(biāo)識具有共同特征的活動節(jié)點。

這些分區(qū)有助于組織和理解復(fù)雜的行為模型。

這些Comfort Functions大大提高了活動圖建模的效率和準(zhǔn)確性，使設(shè)計師能夠更容易地創(chuàng)建、修改和理解復(fù)雜的系統(tǒng)行為模型。通過這些功能，PREEvision在系統(tǒng)建模領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的支持，幫助設(shè)計師以更直觀和結(jié)構(gòu)化的方式工作。

3.活動圖在PREEvision各個層級上的應(yīng)用

需求層的活動建模：在需求層，活動用于描述用例系統(tǒng)和需求包，這有助于從高層次上理解和規(guī)范系統(tǒng)需求。

邏輯架構(gòu)層的活動建模：在邏輯架構(gòu)層，活動用于定義和理解邏輯結(jié)構(gòu)包、邏輯域、邏輯功能包和邏輯構(gòu)建塊的行為。該層的活動建模有助于驅(qū)動系統(tǒng)的分解和分區(qū)，進(jìn)而推導(dǎo)出邏輯架構(gòu)結(jié)構(gòu)。

軟件層的活動建模：在軟件層，活動用于描述服務(wù)提供者、服務(wù)消費者和軟件組件類型，這在軟件設(shè)計階段有助于詳細(xì)化功能行為。

硬件層的活動建模：在硬件層，活動的建模適用于所有電子組件，這有助于理解和規(guī)劃硬件組件之間的交互和行為。

通過在這些不同層次上進(jìn)行活動建模，PREEvision提供了一種全面和靈活的系統(tǒng)建模方法，使設(shè)計師能夠在各種抽象層面上更準(zhǔn)確、全面地理解和設(shè)計系統(tǒng)。

4.活動圖的具體案例分析：車窗升降器

窗戶升降器的功能描述：窗戶升降器包括控制窗戶上下移動的功能，以及自動上升和下降和防夾功能。

使用活動圖進(jìn)行系統(tǒng)分解：使用活動圖來描述窗戶升降器的行為，包括各種動作、控制節(jié)點和流程，這有助于在邏輯架構(gòu)層面上進(jìn)行系統(tǒng)分解和分區(qū)。通過將動作集中在活動分區(qū)內(nèi)，可以定義邏輯架構(gòu)的功能塊結(jié)構(gòu)和接口，這種方法使得行為驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計成為可能，從而推導(dǎo)出邏輯架構(gòu)結(jié)構(gòu)。

接口和行為的詳細(xì)建模：通過活動圖，可以詳細(xì)建模窗戶升降器的行為，包括接口定義和行為規(guī)范。這為軟件和硬件實現(xiàn)階段提供了清晰的指導(dǎo)。

通過窗戶升降器的例子，視頻清晰地展示了如何使用PREEvision中的活動圖來實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能的詳細(xì)建模和理解，強(qiáng)調(diào)了活動圖在系統(tǒng)設(shè)計中的實際應(yīng)用價值。

總結(jié)

實現(xiàn)無關(guān)的邏輯功能架構(gòu)建模：PREEvision支持實現(xiàn)無關(guān)的邏輯功能架構(gòu)建模。這意味著可以在不考慮具體實現(xiàn)（如硬件和軟件）的情況下，設(shè)計和規(guī)劃系統(tǒng)。

系統(tǒng)行為的規(guī)范：系統(tǒng)行為可以基于SysML（系統(tǒng)建模語言）的概念進(jìn)行詳細(xì)規(guī)范。這提供了一個強(qiáng)大的框架來描述和理解復(fù)雜系統(tǒng)的行為。

與特定于域的數(shù)據(jù)模型的集成：PREEvision將系統(tǒng)行為與特定于域的數(shù)據(jù)模型相集成，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和行為的緊密耦合。

不同設(shè)計階段的支持：工具支持不同的設(shè)計階段，可以針對特定用例進(jìn)行活動驅(qū)動的系統(tǒng)分解和詳細(xì)行為建模。