PREEvision中的邏輯架構(gòu):實(shí)現(xiàn)車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高效抽象化

車輛E/E架構(gòu)的演變：從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)到現(xiàn)代高性能計(jì)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(guò)去的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)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(hào)的應(yīng)用所定義，其設(shè)計(jì)空間相對(duì)單一。如今，這種架構(gòu)變得更加分層，涉及到高性能計(jì)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(duì)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(guò)以太網(wǎng)與HPCs相連。

2.服務(wù)導(dǎo)向和信號(hào)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(jì)算密集型應(yīng)用，比如自動(dòng)駕駛和娛樂(lè)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(hào)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(hào)導(dǎo)向方式實(shí)現(xiàn)，而高級(jí)功能如自動(dòng)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(jì)的重要組成部分。

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

為了開(kāi)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(jì)階段考慮這些架構(gòu)。設(shè)計(jì)需要從硬件和軟件實(shí)現(xiàn)中抽象出來(lái)，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(shí)現(xiàn)車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)中抽象出來(lái)。這種抽象化使設(shè)計(jì)過(guò)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(zhǎng)的復(fù)雜性。它為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)系統(tǒng)視角，用于設(shè)計(jì)、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(guò)邏輯功能包或構(gòu)建塊來(lái)組織，這些包或塊群組了多個(gè)邏輯功能。邏輯功能之間的通信是通過(guò)端口定義的，端口決定了通信是信號(hào)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(dòng)。

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

PREEvision邏輯架構(gòu)層總結(jié)：通過(guò)這種邏輯架構(gòu)層的設(shè)計(jì)，PREEvision使車輛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師能夠從更高的抽象層面進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)確保了對(duì)底層實(shí)現(xiàn)的靈活性和適應(yīng)性。這樣的設(shè)計(jì)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(duì)UML/SysML的支持

為了實(shí)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(yǔ)言）和SysML（系統(tǒng)建模語(yǔ)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(shí)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(guò)采用UML和SysML這兩種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

UML和SysML的結(jié)合：UML主要針對(duì)軟件設(shè)計(jì)，而SysML則是為了滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求而開(kāi)發(fā)。這兩種語(yǔ)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(shí)現(xiàn)：在結(jié)構(gòu)建模的基礎(chǔ)上，行為建模通過(guò)UML和SysML的支持在PREEvision中得以實(shí)施。包括用例圖、狀態(tài)機(jī)圖和活動(dòng)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(dòng)圖

1.活動(dòng)圖介紹

在PREEvision工具中，活動(dòng)圖被用作一個(gè)關(guān)鍵工具，以圖形化方式展示系統(tǒng)內(nèi)各元素動(dòng)作的相互聯(lián)系及其控制和數(shù)據(jù)流，從而幫助設(shè)計(jì)師清晰地理解和描述系統(tǒng)行為。這些圖包含動(dòng)作節(jié)點(diǎn)，代表系統(tǒng)中執(zhí)行的具體動(dòng)作或任務(wù)，以及控制節(jié)點(diǎn)，用于指導(dǎo)動(dòng)作的執(zhí)行流程?；顒?dòng)圖中的控制流和對(duì)象流則分別表示動(dòng)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(gè)動(dòng)作的數(shù)據(jù)依賴和產(chǎn)出。通過(guò)活動(dòng)圖，設(shè)計(jì)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(shí)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顒?dòng)圖在理解和設(shè)計(jì)系統(tǒng)行為方面發(fā)揮著核心作用，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加清晰和結(jié)構(gòu)化。

2.PREEvision中活動(dòng)圖建模的高效功能

活動(dòng)節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)：提供了多種類型的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，包括動(dòng)作節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)，以及活動(dòng)邊緣（如控制流和對(duì)象流）。這些節(jié)點(diǎn)和邊緣協(xié)助在活動(dòng)圖中定義和組織基本動(dòng)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(jiǎn)化活動(dòng)圖的創(chuàng)建和編輯過(guò)程。例如，自動(dòng)添加控制流和對(duì)象流的功能，以及輸入輸出端口的指示標(biāo)記。

活動(dòng)分區(qū)的實(shí)現(xiàn)：活動(dòng)圖中的活動(dòng)分區(qū)（如泳道）用于標(biāo)識(shí)具有共同特征的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)。

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(dòng)圖建模的效率和準(zhǔn)確性，使設(shè)計(jì)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(guò)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(jì)師以更直觀和結(jié)構(gòu)化的方式工作。

3.活動(dòng)圖在PREEvision各個(gè)層級(jí)上的應(yīng)用

需求層的活動(dòng)建模：在需求層，活動(dòng)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(dòng)建模：在邏輯架構(gòu)層，活動(dòng)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(dòng)建模有助于驅(qū)動(dòng)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(dòng)建模：在軟件層，活動(dòng)用于描述服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)者和軟件組件類型，這在軟件設(shè)計(jì)階段有助于詳細(xì)化功能行為。

硬件層的活動(dòng)建模：在硬件層，活動(dòng)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(guò)在這些不同層次上進(jìn)行活動(dòng)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(jì)師能夠在各種抽象層面上更準(zhǔn)確、全面地理解和設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

4.活動(dòng)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(dòng)的功能，以及自動(dòng)上升和下降和防夾功能。

使用活動(dòng)圖進(jìn)行系統(tǒng)分解：使用活動(dòng)圖來(lái)描述窗戶升降器的行為，包括各種動(dòng)作、控制節(jié)點(diǎn)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(guò)將動(dòng)作集中在活動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)活動(dòng)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(shí)現(xiàn)階段提供了清晰的指導(dǎo)。

通過(guò)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(dòng)圖來(lái)實(shí)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(dòng)圖在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

總結(jié)

實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的邏輯功能架構(gòu)建模：PREEvision支持實(shí)現(xiàn)無(wú)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(shí)現(xiàn)（如硬件和軟件）的情況下，設(shè)計(jì)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(yǔ)言）的概念進(jìn)行詳細(xì)規(guī)范。這提供了一個(gè)強(qiáng)大的框架來(lái)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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和行為的緊密耦合。

不同設(shè)計(jì)階段的支持：工具支持不同的設(shè)計(jì)階段，可以針對(duì)特定用例進(jìn)行活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)分解和詳細(xì)行為建模。