編輯推薦

　　突齣顯示瞭汽車世界在需求、技術和商業模式方麵的鮮明特徵，並在以下領域呈現瞭先進的方法論和技術解決方案：

　　車載架構；

　　多方麵開發流程(子係統集成、産品綫管理，等)；

　　軟件工程方法；

　　嵌入式通信；

　　安全性和可靠性評價：確認、驗證和測試。

內容簡介

　　本書對現有和未來的汽車電子係統進行瞭全麵概述。突齣瞭汽車領域的需求，以及科技和商業模式的顯著特點，包括車載信息係統架構、多方開發過程（子係統集成，生産綫管理等）、軟件工程方法、嵌入式通信、安全性和可靠性評估（審定，核查和測試）等內容這本書的作者有的是工業領先的專傢，有的是處於汽車領域前沿的行業研究機構人員。對汽車電子通信領域的研究人員和技術人員有很好的參考價值。

目錄

譯者序I

前言III

第一部分 汽車嵌入式係統架構

1 汽車功能域及其要求 1

1.1概述

1.2功能域

1.2.1動力總成域

1.2.2底盤域

1.2.3車身域

1.2.4多媒體、遠程信息處理與人機界麵

1.2.5主動/被動安全

1.2.6診斷

1.3標準化的部件、模型及流程

1.3.1車載網絡和協議

1.3.2操作係統

1.3.3中間件

1.3.4汽車應用中的架構描述語言

1.4車載嵌入式係統的關鍵安全認證問題

1.5結論

參考文獻

2 AUTOSAR（汽車開放式係統架構）標準的應用

2.1動機

2.1.1以前軟件結構的缺點

2.1.2設置AUTOSAR

2.1.3AUTOSAR的主要目標

2.1.4AUTOSAR中的工作方法

2.2 AUTOSAR的支柱：AUTOSAR架構

2.2.1AUTOSAR概念

2.2.2分層的軟件架構

2.3AUTOSAR標準化的主要領域：BSW和RTE

2.3.1BSW

2.3.2 BSW的一緻性的類

2.3.3 RTE

2.4 AUTOSAR標準化的主要領域：方法和模闆

2.4.1 方法的主要目標

2.4.2 方法描述

2.4.3 AUTOSAR模型、模闆及交換格式

2.4.4 係統配置

2.4.5 ECU配置

2.4.6 實施現有開發流程與調節工具

2.5 實踐中的AUTOSAR：一緻性測試

2.6 實踐中的AUTOSAR：移植到AUTOSAR ECU之上

2.7 實踐中的AUTOSAR：OEM-供應商協作的應用

2.8實踐中的AUTOSAR：AUTOSAR與ECU兼容性的演示

2.8.1 演示儀描述

2.8.2 演示儀展示的概念

2.9 商業考慮

2.10 展望

參考文獻

3 智能車輛技術

3.1 概述：道路運輸及其發展

3.1.1如此美妙的産品

3.1.2安全問題

3.1.3交通擁堵問題

3.1.4能源和排放

3.1.5小結及本章介紹的內容

3.2 新技術

3.2.1傳感器技術

3.2.2傳感器融閤

3.2.3無綫網絡技術

3.2.4智能控製應用

3.2.5最新駕駛助力

3.3 可靠性問題

3.3.1介紹

3.3.2故障安全的汽車運輸係統

3.3.3智能汽車診斷

……

前言/序言

　　原著前言

　　《汽車嵌入式係統手冊》一書旨在提供一個全麵的、對現有和未來汽車電子係統的概述。本書突齣顯示瞭汽車世界在需求、技術和商業模式方麵的鮮明特徵，並在以下領域呈現瞭先進的方法論和技術解決方案:

　　車載架構；

　　多方麵開發流程(子係統集成、産品綫管理，等)；

　　軟件工程方法；

　　嵌入式通信；

　　安全性和可靠性評價：確認、驗證和測試。

　　這本書主要針對汽車工程專業人士，本書一般可以作為超齣他們專業知識領域技術問題的參考書，及處於實踐或研究階段工程師的參考書。另一方麵，本書也針對來自學術界的研究型科學傢、博士生和碩士研究生，因為本書為他（她）們提供瞭一個全麵瞭解該領域及該領域麵臨的主要的科學挑戰。

　　在過去的10年裏，嵌入到汽車中、基於計算機的功能數量呈指數倍數增加。開發流程、技術和工具已經改變，以適應變革。一係列的電子功能-如導航、自適應控製、交通信息、牽引控製、穩定控製和主動安全係統已經在今天的車輛上實現。這些新功能並不是獨立的，言下之意它們需要信息交換-且有時有嚴格的時間限製、有時要用到其他功能。例如，通過發動機控製器或者通過車輪轉速傳感器估計的車輛速度需要知道，這是為瞭調整方嚮、控製懸架，或簡單地選擇正確的雨刷速度。嵌入式體係結構的復雜性正在不斷增加。今天，多達2500個信號(即如車速這樣的基本信息)通過多達70個電子控製單元(ECU)或通過5種不同類型的網絡來交換。

　　汽車工業的主要挑戰之一就是想齣方法和工具，加快來自各種供應商的不同電子子係統集成到汽車的全球電子架構。在過去10年裏，幾個行業項目已經在這個方嚮上進行(AEE?、EAST、AUTOSAR OSEK / VDX，等等)，且已經取得重要成果 (例如，標準組件-如操作係統、網絡和中間件、“很好實踐”，等等)。下一步是構建一個接受開放的軟件體係架構以及相關的開發流程和工具，它們應該允許容易整閤不同的汽車製造商和第三方供應商提供的功能和ECU。這是AUTOSAR項目正在進行的工作。

　　因為嵌入在汽車上的所有功能沒有相同的性能或安全，因此不同子係統期待不同的服務質量。在通常情況下，一個車載嵌入式係統分為幾個功能域，它們對應於不同的特性和約束。它們中有兩個特彆與車輛行為的實時控製和安全有關:“動力總成”(即控製發動機和變速箱)和“底盤”（即控製懸架、轉嚮和製動)域。對於這些安全至關重要的域，技術解決方案必須確保該係統是可靠的(即能夠提供值得信任的服務)，且同時具有成本效益。

　　這些技術問題非常具有挑戰性，特彆是由於引入瞭綫控功能-它利用電子係統取代機械或液壓係統，比如製動或轉嚮。設計範式(時間觸發、“構建的安全”)、通信網絡(FlexRay、TTP / C)和中間件層(AUTOSAR COM)目前正在積極發展，目的是為瞭解決對可靠性的需求。

　　汽車工業中的主要成員可以分為:

　　汽車製造商；

　　汽車第三方供應商；

　　工具和嵌入式軟件供應商。

　　它們之間的關係是非常復雜的。例如，提供關鍵技術的供應商有時處在一個非常強勢的位置，他們可能把技術方法強加給汽車製造商。由於汽車製造商和供應商之間的競爭非常激烈，所以保守公司的技術機密是至關重要的。這已經在技術領域産生瞭巨大的影響。例如，可能需要進行的係統的驗證(即驗證係統滿足其約束)所使用的技術，不需要設計基本原理和實施細節的全部知識。

　　縮短上市時間將給汽車製造商添加附加壓力，這是因為汽車製造商必須能夠提齣自己的創新-這通常依賴於電子係統在一個時間框架內，允許這些創新真正視為創新。涉及的成員努力減少開發時間，而與此同時係統的整體復雜性增加-這要求更多的時間。這就解釋瞭為什麼盡管存在經濟競爭，但他們仍然同意一起工作，來定義標準組件和參考架構，從而將有助於降低總的研發時間。

　　本書包括瞭15章內容，他們主要由來自工業與學術界直接參與工程和研究活動的權威專傢撰寫。在汽車領域處於前沿的工業或工業研究機構也為本書作齣瞭許多貢獻，他們是：西門子(德國)、ETAS(德國)、沃爾沃(瑞典)、Elektrobit(芬蘭)、Carmeq(德國)、MathWorks有限公司(美國)、奧迪(德國)。通過一些世界著名機構展示瞭來自學術界和研究機構的貢獻，這些機構有：柏林技術大學(德國)、LORIA-南茜大學(法國)、INRIA(法國)、南特中央理工大學(法國)、KTH(瑞典)、梅拉達倫大學(瑞典)、凱特林大學(美國)、阿威羅大學(葡萄牙)和烏爾姆大學(德國)。

　　本書編排內容介紹如下：

　　（1）汽車架構

　　這部分內容對汽車嵌入式係統、它們的設計約束、新興的、事實上的標準-AUTOSAR進行瞭全麵介紹。第1章-“車輛功能域和它們的需求”，介紹瞭嵌入在汽車上的主要功能，及如何將這些功能分為功能域(底盤、動力總成、車身、多媒體、安全和人機接口)。一些介紹性文字描述開發過程的特點，以及需要考慮的安全、舒適、性能和成本上的要求。

　　在第2章-“AUTOSAR標準的應用”中，作者解決瞭車載嵌入式電子架構的標準化問題。他們分析瞭汽車行業的軟件現狀，提齣瞭在AUTOSAR聯盟中標準化規範的詳細說明。對AUTOSAR必須特彆注意，因為它正在成為一個標準，每個人都必須理解和對付它。

　　接著在第3章-“智能車輛技術”中，提齣的關鍵技術也已經被開發齣來，它們用以滿足今天的、明天的汽車的挑戰-來自安全、更好地利用能源、更好地利用空間（尤其是在城市中）。這些技術，如先進的傳感器(雷達、立體視覺等)、無綫網絡或智能輔助駕駛，將提升部分或全部自動車輛的概念，它們將重塑交通景觀和上班一族在二十一世紀的旅行經驗。

　　（2）嵌入式通信

　　越來越復雜的電子架構嵌入在車輛中和傳感器和執行器位置約束，使得汽車行業采用分布式方法實現功能集。在這種背景下，網絡和協議是最重要的。它們在集成功能、減少布綫的成本和復雜性、裝備容錯工具方麵，提供關鍵的支持。其性能和可靠性的影響是至關重要的，因為大量的數據是通過網絡提供給嵌入式功能。這部分包括第4、第5和第6章內容-專門研究網絡和協議。

　　第4章-“嵌入式汽車協議綜述”，概述瞭用於汽車係統的主要協議；它介紹瞭CAN、J1850、FlexRay、TTCAN的特點和功能方案，並介紹瞭傳感器/執行器網絡（LIN、TTP / A）和多媒體網絡（MOST、IDB1394）的基本概念。本章總結瞭對通常由中間件層提供的通信相關的服務識彆以及AUTOSAR對策建議的概述。

　　CAN是目前在車輛上實施最廣泛的網絡。然而，盡管CAN擁有一定的效率和性能，但它並不擁有關鍵安全性應用程序所需的特徵。第6章-“可靠的汽車CAN網絡”的目的是指齣它的局限性（它減少瞭可靠性），並提齣技術解決方案來剋服或減少這些局限性。特彆的是,作者介紹瞭基於CAN的技術、協議和架構，它們可以在某些方麵提高原始協議的可靠性，而同時仍然維持高水平的靈活性，即（Re）CANcentrate、CANELy、FTT-CAN和FlexCAN。

　　隨著技術的發展，越來越多的功能對數據帶寬方麵有的強烈需求。此外，安全要求越來越變得嚴格。在2000年，為瞭解決這兩個限製，汽車工業開始開發一種新的協議-FlexRay。第5章-“FlexRay協議”，解釋瞭FlexRay的基本原理，並對它的特點和功能方案給齣瞭一個全麵的概述。最後，以評估FlexRay對開發過程的影響對該章進行瞭總結。

　　（3）嵌入式軟件與研發流程

　　嵌入式電子係統的設計流程依賴於在一個特定的並行工程的方法下汽車製造商與供應商之間的緊密閤作。通常情況下，汽車製造商提供子係統的規範給供應商-他們然後負責這些子係統的設計與實現-包括軟件和硬件組件，並可能包括機械或液壓部分。結果提供給製造商，他們依次將它們集成到汽車上，並對它們進行測試。然後是“校準”階段，它包括調諧控製和參數調節，以滿足控製係統所需的性能。在集成階段檢測到任何錯誤會導緻在規範或設計步驟代價高昂的修正。因此，為瞭提高開發過程的效率，新的設計方法正在崛起，特彆的是，一個虛擬平颱的概念目前在汽車電子係統設計中獲得認可。

　　虛擬平颱的概念需要適閤開發過程每一步設計和驗證活動的建模技術。在這種背景下,基於模型的開發(MBD)已經被汽車製造商和供應商進行瞭廣泛的研究。汽車工業如何適應這種方法已在第10章-“基於模型的汽車嵌入式係統研發”中討論。這一章確定瞭基於模型的開發帶來的好處，探索瞭實踐狀態，並探究汽車工業的主要挑戰。

　　汽車係統的一個主要問題是減少上市時間，復用組件或子係統是實現這一目標的途徑之一。在第8章-“汽車電子中軟件的復用”中，作者概述瞭在汽車行業復用軟件時所麵臨的挑戰，介紹瞭製造商和供應商在復用問題上的不同觀點，並介紹瞭多閤作夥伴開發方法的影響。

　　在參與研發的不同閤作夥伴之間共享相同的建模語言是簡化閤作開發過程的一種有效手段。（建立）這樣一種語言的主要目的是：一方麵根據不同的觀點支持描述研發不同階段（需求規範、功能規範、設計、實施和調諧，等等)的係統；另一方麵，以確保這些不同觀點之間的一緻性。另一個重要方麵是能夠把嵌入式係統的結構映射成組件（硬件組件、功能組件、軟件組件）架構。由架構描述語言(ADL帶來的思想和原則是完全適閤這些目標。什麼是ADL？為什麼需要ADL？現有的ADL及其相關的主要內容是什麼？現在汽車行業中正在進行的主要工程是什麼？這些問題的答案都可以在第9章“汽車架構描述語言”中找到。

　　産品綫的引進和管理在汽車行業中具有重要意義。這些産品綫與機械係統的變化、某些客戶視覺變化聯係起來，並在新車上提供。第7章-“汽車電子産品綫”的目的是呈現整個開發過程中係統規劃和持續管理的差異性。本章為研發的不同階段提供瞭如何建立可變性模型的一些技術，以及可追溯性準則。

　　（4）驗證、測試和時間分析

　　汽車上的一些功能從安全的角度來說是至關重要的，例如底盤或動力總成域的某些功能。因此，確認和驗證是最重要的。

　　測試可能是汽車行業最常用的驗證技術。第11章-“測試汽車控製軟件”介紹瞭一般測試方法。特彆的是，該章描述瞭與測試活動有關的當前實踐和幾種方法，如分類樹方法、測試場景選擇方法和黑盒/白盒測試流程。正如早已提及的，通信網絡和協議是一個嵌入式係統的可靠性和性能的關鍵因素。因此，通信架構的特定屬性必須驗證。第12章-“基於FlexRay應用程序的測試和監控”討論瞭測試技術應用到FlexRay協議中。作者總結瞭在汽車應用程序的開發過程中驗證步驟的約束，並解釋瞭為什麼故障注入和監測技術可以用於測試FlexRay。

　　由於CAN是嵌入在汽車上最受歡迎的網絡，因此其評價是（大傢）長時間的研究主題。第13章-“基於CAN網絡的汽車通信係統的時序分析”總結瞭過去15年在CAN時序分析領域取得的主要成就。特彆的是，它解釋瞭如何計算幀在到達接收端之前所經曆的時間延遲界限 （即幀的響應時間）。本章還將包括考慮齣現的傳輸錯誤-例如由於電磁乾擾。由於CAN的介質訪問控製協議是基於幀的優先級，因此CAN擁有良好的實時特性。然而，正變得越來越有問題的一個缺點是其有限的帶寬。由汽車製造商正在研究的一個解決方案，就是使用偏移來調度信息-它將導緻信息幀的去同步化。正如第14章-“使用偏移在控製器局域網絡上調度信息:一個主要性能提升”所示，這種“交通塑造”在最差工況響應時間方麵的策略是非常有益的。實驗結果錶明：閤理的偏移可以進一步延長CAN的壽命，並可以推遲引入FlexRay和額外的CAN。

　　第15章“汽車域中的形式化方法：TTA案例”介紹瞭在時間-觸發架構（TTA）方麵進行的形式化驗證研究，以及更具體的涉及時間觸發協議（TTP / C）的工作，該協議是TTA底層通信網絡的核心。這些形式化驗證工作都集中在分布式係統的關鍵算法：時鍾同步、組成員算法或啓動算法，並在可靠性保證方麵帶來瞭齣色錶現。據我們所知，TTA不再被汽車考慮或在汽車上實施。盡管如此，使用TTA形式化驗證的多年經驗對於比如FlexRay這樣的其他汽車通信協議，肯定被證明是非常寶貴的-尤其是在認證程序將對汽車係統強製執行的視角來看。現在對航空電子係統是強製執行TTA的。

　　我們衷心感謝所有作者在緻力展示本書內容所付齣的時間和精力。我們也非常感謝工業信息技術係列叢書編輯-理查德拉夫斯基博士的不斷的支持和鼓勵。最後，我們要感謝CRC齣版社同意齣版本書，並感謝他們在編輯過程中的幫助。

　　我們希望你-本書讀者，能為自己的研究或應用找到一個有趣的靈感源泉，並希望本書將作為汽車嵌入式係統一個可靠的、完整的、齊全的信息來源。

　　主編

　　Nicolas Navet

　　Francoise Simonot-Lion

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