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汽车电子计算机软件智能部署与可靠性算法研究

发布时间:2018-08-26 19:18 论文编辑:lgg 所属栏目:计算机论文 关键词: 计算机论文系统集成可靠性评估

本文是一篇计算机论文,计算机从出现至今,经历了机器语言、程序语言、简单操作系统和Linux、Macos、BSD、Windows等现代操作系统四代,运行速度也得到了极大的提升,第四代计算机的运算速度

本文是一篇计算机论文,计算机从出现至今,经历了机器语言、程序语言、简单操作系统和Linux、Macos、BSD、Windows等现代操作系统四代,运行速度也得到了极大的提升,第四代计算机的运算速度已经达到几十亿次每秒。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇计算机论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 研究背景及意义
目前,传统汽车技术与电子信息技术融合在一起所形成的汽车电子技术成为当今汽车产业的主要发展趋势。汽车电子技术也成为了汽车工业技术领域的主要创新点,以及汽车产业中的主要增长点。据统计,在 2010 年汽车电子在汽车总成本中所占的比例就已经达到了 30%,而对于豪华轿车,这个比例已占到 40%。从2009 年到 2015 年,国内乘用车和商用车的汽车电子消费更是从 1730 亿元猛增到4130 亿元。汽车电子系统不仅应用于汽车的车身控制、底盘控制以及动力控制等安全关键领域,同时也提供了信息娱乐、导航以及车载多媒体等功能。汽车电子技术不仅提高了汽车性能,满足了人们对汽车安全性、舒适性以及娱乐性的需求,同时也推动了新能源汽车产业的发展,对我国的环保事业做出了贡献。汽车电子控制单元(ECU)的功能日益强大,结构也日趋复杂。这对汽车电子软件系统的开发提出了新的挑战。首先,汽车电子系统应用于安全关键领域中,对软件实时性和可靠性有着严格的需求。例如,在汽车底盘控制系统中,方向盘转角信息需要通过 ECU 及时地换算为扭矩并通过总线传递给转向器。如果 ECU无法对方向盘转角信息换算做出及时响应,或者扭矩在传输过程中遇到总线阻塞都将使汽车无法及时转向。因此,汽车电子软件不仅需要满足强实时性需求,同时还需要具有很高的可靠性,否则将会造成灾难性后果。其次,汽车电子系统是一个功能复杂的分布式系统,且对软件的可重用性和可移植性都具有较高要求。目前,汽车系统中的 ECUs 数量大致是 20~70 个。这些ECU 可能来自不同的芯片厂商,如英飞凌的 TriCore 系列、飞思卡尔的 MPC 系列等。这些来自不同厂商、不同型号的 ECU 通过若干条总线连接在一起。每一条总线都是一个连通的系统。总线与总线之间通过网关(也是一个 ECU)通信。汽车网络中总线也多种多样,有用于控制系统的 CAN、LIN、FlexRay 等总线,也有用于多媒体信息系统的以太网。这种复杂的分布式环境为汽车电子软件开发和系统集成提出了非常高的要求。
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1.2 国内外研究现状
近年来,随着人们对驾驶安全和舒适性的不断提高,汽车电子系统逐步升级为一个包含数十个电子控制单元(ECU)的分布式系统。与此同时,运行在这些 ECU上的应用程序也变得更加复杂。为了增强系统可移植性、可重用性以及可靠性,并缩短软件开发时间,全球汽车制造商、供应商以及其它一些半导体和电子软件公司于 2003 年共同建立了 AUTOSAR(AUTomotive Open System Architecture)组织,并制定汽车开放系统架构,即 AUTOSAR 标准。AUTOSAR 标准采用软硬件并行开发模式,并通过系统配置的方法完成最后的系统集成。通常情况下,这些配置工作是由嵌入式系统工程师手工完成,而系统集成效果往往取决于他们自身的经验。因此,如何利用计算机辅助设计来完成汽车电子的智能化配置是一个迫切而重要的课题。本小节从汽车电子配置工具,以及汽车电子系统集成方法和可靠性评估技术等方面对国内外汽车电子的研究现状进行总结。
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第二章 汽车电子系统模型
 
2.1 引言
本章对汽车电子 AUTOSAR 标准做了简要介绍,并根据 AUTOSAR 方法学,提出了本论文需要解决的汽车电子系统集成问题。同时,为了便于分析问题,本章对汽车电子分布式系统的硬件模型和软件模型做了形式化描述,对 AUTOSAR标准中的构件、RTE 事件以及任务等重要概念做了详细的阐述。
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2.2 AUTOSAR 标准介绍
 
2.2.1 AUTOSAR 简介
在 AUTOSAR 标准中,汽车电子软件架构共分为三层[72],从上到下依次为:软件构件(SWC)、运行时环境(RTE)和基础软件(BSW),如图 2-1 所示。其中,汽车电子应用程序由若干软件构件(简称构件)组成[73]。每个构件实现了应用程序的某一特定功能。若干构件通过端口通信相互协作实现应用程序的具体行为。运行时环境[74](简称 RTE)作为一个平台独立的中间件,主要用于连接软件构件与基础软件,并在其间扮演开关的角色。基础软件主要是为上层应用程序提供基础服务,包括系统服务、诊断服务、通信服务、存储服务、I/O 抽象以及与底层硬件相关的各类驱动等。AUTOSAR 标准使汽车电子软件原有的“垂直分割”开发体系变为“水平分割”,实现了应用程序的平台独立性,有利于汽车电子软件构件之间的重用和交换,减少软件开发时间、降低应用程序的开发成本并且提高软件开发效率。
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第三章 一种近似最优的软件构件到 ECU 的智能部署方法.............. 17
3.1 引言 .............. 17
3.2 相关工作 ...... 18
3.3 问题描述 ...... 19
3.4. 构件到 ECU 的映射方法 ............ 21
3.5 实验 .............. 26
3.6 本章小结 ...... 35
第四章 一种基于层次聚类的可运行体到任务的映射方法..... 36
4.1 引言 .............. 36
4.2 相关工作 ...... 36
4.3 基本概念 ...... 37
4.4 问题描述 ...... 40
4.5 可运行实体到任务的映射方法 .... 42
4.6 实验 .............. 48
4.7 本章小结 ...... 54
第五章 基于可运行体调度策略的任务到多核 ECU 的映射方法...... 55
5.1 引言 .............. 55
5.2 相关工作 ...... 55
5.3 基本概念 ...... 56
5.4 问题描述 ...... 61
5.5 任务到多核 ECU 的映射方法 ..... 61
5.6 实验 .............. 67
5.7 本章小结 ...... 74
 
第六章 基于错误场景的系统可靠性评估方法
 
6.1 引言
第三章、第四章、第五章已经从总线负载、ECU 负载、可运行实体的执行效率、以及任务响应时间等方面对系统做了优化,但是这些指标并不能完全代表系统的性能,更不能反应系统在可靠性方面的表现。为了确保系统在完成集成与优化工作之后的可靠性,同时也为了满足 AUTOTOSAR 标准提出的系统在可靠性方面的需求,接下来,本章将对系统的可靠性做出评估。嵌入式实时系统主要用于监测和控制外部环境,多用于工业控制、汽车电子、飞行器控制等安全关键领域。这些嵌入式电子设备往往容易受到外部不确定因素的干扰,如电磁干扰、电压波动,高温或低温等。这可能会导致硬件的间歇性故障,或者使软件发生运行错误,甚至系统崩溃。为了应对这些情况,嵌入式实时系统往往具备容错机制。尽管现有的容错机制能够容忍某些类型的错误,但对于一些过于频繁故障或关键的错误却是无能为力。因此,在嵌入式实时系统投入应用之前对其可靠性进行评估是非常有必要的。否则,将存在故障隐患的嵌入式实时软件应用于安全关键领域不仅会导致系统频繁的发生错误,甚至会导致灾难性后果。可靠性[6]是指系统或构件在规定的条件下以及规定的时间内执行所要求功能的能力。例如,IEC61508[111]规定在系统开发之前必须首先完成风险识别和风险分析,并在分析结果的基础上,计算系统失效率的目标值,从而完成对系统可靠性的评估。早期的大多数可靠性评估方法都在软件的实现阶段或测试阶段完成。在这些方法中,软件需要被反复测试执行,用以生成故障或错误信息,以此预测软件的未来行为。如果发现软件的可靠性不符合要求,那么软件就必须重新设计。这些重复过程不仅增加了软件设计、编码以及测试的工作量,而且还会延长软件开发周期。与这些方法相比,另一种可靠性评估方法是在软件设计早期就对软件系统的可靠性做出评估。这种方法不需要软件运行的历史错误信息,而是在软件设计的早期建立软件的可靠性概率模型,并基于模型分析系统的时间属性和调度能力。这种方法可在软件设计早期识别潜在的安全威胁,使软件在设计阶段便符合了系统的可靠性需求,从而避免大量的重复过程,节省软件开发的工作量,减少软件开发周期。
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总结
 
汽车电子技术在汽车工业领域具有广泛应用,关于汽车电子软件系统的研究也是当今学术研究的重点。目前,汽车电子软件开发主要关注于软件功能模块的实现,即软件模块的功能是否满足汽车应用的需求。然而,汽车电子软件属于安全关键领域,对系统的实时性和可靠性都具有较高的要求。软件配置策略和系统集成方法不仅受到嵌入式系统中的资源限制,而且还需考虑系统的实时性和可靠性。目前虽然存在一些软件配置工具,但是却不能自动完成配置工作。汽车电子软件的配置策略和系统集成方法依然过度依赖软件开发人员的经验。本论文面对目前汽车电子软件配置和系统集成中所存在的问题,提出了一套具有创新性的汽车电子软件配置策略和系统集成方法,并提出了相应的可靠性分析方法,取得了若干成果。这些方法在满足汽车电子系统对实时性和可靠性需求的同时,优化系统配置策略,提高了系统的运行效率,对电子科技大学嵌入式软件工程中心的汽车电子配置工具 eAutoACT 有着重要的指导作用。本论文的主要研究内容和贡献包括: