• Matlab/Simulink与Embedded Coder工具
  • Matlab/Simulink工具简介
  • Embedded Coder工具
• 基于Matlab/Simulink软件组件开发
  • Matlab/Simulink与AUTOSAR基本概念的对应关系
  • 软件组件内部行为建模方法
  • AUTOSAR客户端/服务器机制的实现方法
• 软件组件（SWC）代码及描述文件配置生成
  • 求解器及代码生成相关属性配置
  • 模型配置
  • AUTOSAR Properties配置
  • Simulink-AUTOSAR Mapping配置
  • 符合AUTOSAR规范的代码及描述文件生成
• 在Simulink中导入SWC描述文件——“自上而下”的工作流程

AUTOSAR软件组件级设计、开发针对应用层软件，有2种方法：
1）基于Matlab/Simulink进行应用层软件组件的模型建立，并配置生成符合AUTOSAR规范的arxml描述文件——”自上而下“的工作流程；
2）还有一种”自上而下“的工作流程。

Matlab/Simulink与Embedded Coder工具

Matlab/Simulink工具简介

Simulink是Matlab重要组件，提供一个动态系统建模、仿真、综合分析的集成环境。特点：无需大量编码，只需要简单直观的鼠标操作，就能构造出复杂的系统。

Stateflow提供了一个编辑器和一些用于绘制状态机和流程图的图形对象。通过选择状态、转移和结点，然后将其拖入Stateflow编辑器，即构建状态机。

Embedded Coder工具

Embedded Coder工具可以生成可读、紧凑且快速的C和C++代码，以便于嵌入式处理器、目标系统快速原型板和量产中使用的MCU。Embedded Coder工具丰富了Matlab Coder和Simulink Coder的配置选项，并对其进行高级优化，从而可对生成代码段函数、文件和数据进行细粒度控制。

基于上述工具可以实现基于模型的设计（Model-Based Design，MBD），具有如下优势：
1）图形化设计；
2）早期验证；
3）代码自动生成；
4）文档自动化等。

基于Matlab/Simulink软件组件开发

主要是对AUTOSAR软件组件内部行为的实现，即实现内部算法。

Matlab/Simulink与AUTOSAR基本概念的对应关系

Embedded Coder可基于Matlab/Simulink模型生成符合AUTOSAR规范的代码、描述文件（arxml），但在建模过程中，需要按一定的对应关系设计AUTOSAR软件组件的各个组成元素，所以在使用Matlab/Simulink进行基于模型的设计前，首先要清理AUTOSAR与Matlab/Simulink元素的对应关系。

常用元素对应关系：

AUTOSAR与Matlab/Simulink数据类型的对应关系：

软件组件内部行为建模方法

Simulink中，可以直接进行软件组件内部行为设计，利用Function Call Subsystem（函数调用子系统）来表征AUTOSAR软件组件的Runnable Entity（运行实体）；利用Function Call（函数调用）来表征AUTOSAR软件组件的RTE Event（RTE事件）。
基于这一思路，以LightControlSWC为例，进行内部行为建模方法及注意点介绍。

首先，需要新建一个函数调用子系统，如下所示。Function Call Subsystem表示一个运行实体，内部模型为运行实体所封装的算法，而function()就是运行实体店RTE事件。

根据需求，对LightControlSWC进行内部行为建模：

由于Inport 1（Event_JudgeLightState）和Inport 2（Event_LightControl）作为RTE事件，所以需要勾选Output function all。并且，对于周期性触发的RE_JudgeLightState，作为RTE事件的Inport 1中的Sample time则对应该运行实体的调用周期。

如下所示：

其次，由于LightControlSWC中2个运行实体（RE）涉及运行实体间变量（IRV），所以建模过程中需要对相关信号进行标示，这样才能在后续模型配置过程中被识别为Inter-Runnable Variables。

同理，LightRequestSWC模型如下：

AUTOSAR客户端/服务器机制的实现方法

Simulink中可以实现AUTOSAR客户端/服务器机制。因为该机制本质是函数调用关系，即客户端调用服务器的函数。根据AUTOSAR与Simulink元素对应关系表中C/S PPort（C/S供型端口），即Server端，对应Simulink Function（Simulink函数模块）；C/S RPort（C/S需型端口），即Client端，对应Function Caller（函数调用模块）。

与IOAbstractionSWC交互的应用层软件组件需要用到C/S通信，这里以RE_JudgeLightState运行实体中的Client端设计为例。该端口需要调用IOAbstractionSWC中的函数，并从中读取灯的状态信息，对于A车灯是读取AD值，对于B车灯是读取ICU捕获的PWM输入值。

RE_JudgeLightState Client端实现：

Function Caller配置：

软件组件（SWC）代码及描述文件配置生成

Simulink可生成符合AUTOSAR规范的代码与arxml描述文件，但在生成之前，需要对SWC相关信息进行配置，如端口接口、端口、运行实体等，并且需要和模型中的元素进行映射。

求解器及代码生成相关属性配置

1）进行代码配置生成前，要保证当前求解器（Solver）所选取的步长模式是定步长（Fixed-step）的，即Solver options选为Fixed-step模式，如下图：

2）要配置系统目标文件，Simulink主菜单点击Code，选择C/C++ Code中的Code Generation Options选项，在弹出界面中选Solver配置，把System target file改为autosar.tlc。

注：tlc是target language compiler（目标语言编辑器）的全称，类似于脚本语言，可控制代码生成的格式。默认存放路径：
matlab根目录\toolbox\rtw\targets\AUTOSAR\AUTOSAR\AUTOSAR.tlc

此时，Code Generation根目录下会出现AUTOSAR Code Generation配置选项：

①Generate XML file for schema version选项中，可以选择生成描述文件的AUTOSAR版本，从2.1 -> 4.2。

②Maxium SHORT-NAME length属性可以设置命名的最大长度，即之后在配置SWC特性时自定义名字的最大长度。注意AUTOSAR命名规则：对于名称标识符，最多包含32个字符，以字母开头，包含字母、数字、下划线；对于路径识别符，至少含1个“/”，分隔符之间的字符串最多包含32个字符，以字符开头，包含字母、数字、下划线。

③Use AUTOSAR compiler abstraction macros选项则是开启或关闭AUTOSAR规范中定义的一些宏，如FUNC等。

模型配置

Simulink中设计完SWC内部行为，并且完成上述准备工作后，可以进行模型的配置，即将模型配置成AUTOSAR SWC。点菜单Code>C/C++ Code>Configure Model as AUTOSAR Component...

会弹出Configure AUTOSAR Interface界面：

①Simulink-AUTOSAR Mapping可以将Simulink所建模型的元素与AUTOSAR SWC相关元素进行对应，可参考Matlab/Simulink与AUTOSAR基本概念的对应关系。

Simulink Mapping菜单下，可见到模型的名字，如上图是LightControlSWC模型，这里默认将其映射到一个同名的SWC。下面几种，均能与AUTOSAR SWC元素进行映射：
1）Inports：输入端口；
2）Outports：输出端口；
3）Entry Point Functions：入口点函数；
4）Function Callers：函数调用模块；
5）Data Transfers：数据传递。

当切换到AUTOSAR Properties配置界面时，可配置与AUTOSAR SWC相关元素及arxml文件生成选项，可配置内容：

1）原子组件（AtomicComponents）配置
①ReceiverPorts（接收者端口）；
②SenderPorts（发送者端口）；
③SenderReceiverPorts（发送者接收者端口）；
④ModeReceiverPorts（模式接收者端口）；
⑤ClientPorts（客户端端口）；
⑥ServerPorts（客户端端口）；
⑦NvReceiverPorts（非易失性数据接收者端口）；
⑧NvSenderPorts（非易失性数据发送者端口）；
⑨NvSenderReceiverPorts（非易失性数据发送者接收者端口）；
⑩Runnables（运行实体）；
⑪IRV（运行实体间变量）；

2）端口接口（Port Interfaces）配置
①S-R Interfaces（发送者-接收者接口）；
②M-S Interfaces（模式转换接口）；
③C-S Interfaces（客户端-服务器接口）；
④NV Interfaces（非易失性数据接口）；

3）计算方法（CompuMethods）配置

4）XML文件选项（XML Options）配置
下面以LightControlSWC模型配置为例，介绍SImulink配置成AUTOSAR SWC的具体方法。建议先在AUTOSAR Properties界面完成SWC元素的定义与相关配置，再切换到Simulink-AUTOSAR Mapping界面完成AUTOSAR SWC元素与Simulink元素的映射。

AUTOSAR Properties配置

先配置端口接口：LightControlSWC涉及S-R Interfaces和C-S Interfaces，先配置这2个。

对于S-R Interfaces，点击“+”新建接口，点击每个新建的S-R Interfaces，完成数据元素（DataElements）的添加：

对于C-S Interfaces，点击“+”新建接口，完成操作（Operations）和参数（Arguments）的添加：

LightControlSWC的设计。根据需求，LightControlSWC主要涉及ReceiverPorts、SenderPorts、ClientPorts、Runnables和IRV。

对于所有Port配置，总体上都是先新建一个Port，再引用一个上述定义的端口接口。LightControlSWC原子软件组件的ReceiverPorts，SenderPorts、ClientPorts的配置，如下图。

接着，定义运行实体及其RTE事件。Event界面，点击Add Event新建一个RTE事件，按需可知，LightControlSWC包含2个运行实体：周期性触发 + 收到端口数据后触发。

周期性触发运行实体配置：

对于收到端口数据后触发的运行实体，可以选择DataReceivedEvent，并且需要选择一个触发源，即选择一个端口数据元素：

Runnable_Init运行实体是Simulink自动创建，用于完成Simulink模型初始化，一般单次运行。

注：AUTOSAR 4.0以上才支持InitEvent配置。

SWC配置最后是IRV——运行实体间变量的配置：

最后，XML Options（XML文件选项）配置，建议Export XML file packaging选择Single file，这样描述文件可以集中在一个arxm中。

Simulink-AUTOSAR Mapping配置

完成AUTOSAR Properties配置后，需要进行Simulink-AUTOSAR Mapping配置——将Simulink模型元素与AUTOSAR SWC元素映射。

1）Inports/Outports
Simulink中Inports、Outports需要与前面定义的SWC端口映射，且要选择端口的数据元素，尤其体现在多个端口引用同一个端口接口，且该端口接口中定义了多个数据元素。

如下图：

2）Entry Point Functions
入口点函数主要配置模型中函数与AUTOSAR SWC运行实体的映射关系。每个运行实体本质是一个函数，Simulink中如果用函数调用子系统（Functions Call Subsystem），在映射时就能将其看作一个运行实体。

LightControlSWC各运行实体与模型元素的映射配置结果：

函数调用（Function Callers）主要是配置Simulink模型元素与Client端口调用的映射。Client/Server模式本质是函数的调用关系；其中，函数是Client-Server Interface中定义的操作（Operations）。

LightControlSWC各Client端口与模型元素的映射结果：

4）Data Transfers
数据传递指2个函数调用子系统间传递的数据，由于函数调用子系统对应运行实体，所以各组数据传递关系需要和AUTOSAR SWC中运行实体间变量（IRV）进行映射。

LightControlSWC各运行实体间变量与模型元素的映射结果：

符合AUTOSAR规范的代码及描述文件生成

Simulink进行SWC设计开发，主要分为2阶段：
①第一阶段：Simulink建模阶段。必须遵循AUTOSAR SWC概念与Simulink模型概念的对应关系进行模型设计，为后续配置做准备。
②第二阶段：模型配置阶段。进行AUTOSAR Properties配置和Simulink-AUTOSAR Mapping配置，即完成AUTOSAR SWC元素的设计及其与Simulink模型元素的映射。

完成①②，可以生成代码+描述文件。生成文件位于Current Folder。

最终，该SWC生成11个文件，主要内容与作用描述如下：
①LightControlSWC.c：包含所有SWC运行实体的模型算法实现代码，每个运行实体分别对应一个函数。

FUNC(void, LIGHTCONTROLSWC_CODE) RE_JudgeLightState(void)
{
    ...
}

②LightControlSWC.h：包含系统的数据结构、函数外部声明。
③LightControlSWC_private.h：包含SWC私有函数的定义和数据声明。
④LightControlSWC_types.h：包含用typedef定义的模型中所有的参数结构体。
⑤rtwtypes.h：定义Matlab/Simulink的数据类型格式。
⑥LightControlSWC.arxml：这个arxml描述文件里描述了LightControlSWC的端口、端口接口、数据类型和内部行为等AUTOSAR SWC中的元素。
⑦LightControlSWC_external_interface.arxml：描述了LightControlSWC所包括的C/S接口信息。
⑧其他：主要都是一些RTE相关的定义文件。

在Simulink中导入SWC描述文件——“自上而下”的工作流程

“自上而下”的工作流程需要先在AAT（AUTOSAR Authoring Tool）工具（如ISOLAR-A）中完成SWC框架设计，并将arxml描述文件导入Simlink完成内部算法的实现，然后再生成符合AUTOSAR规范的代码及arxml描述文件。
这里以EcuAliveIndicatorSWC进行讲解。

这里假设已基于ISOLAR-A工具完成EcuAliveIndicatorSWC框架设计，且得到arxml文件，在Matlab中编写如下脚本>Run，即可完成描述文件导入、模型创建。

// SWCArxmlImport.m
obj = arxml.importer({'EcuAliveIndicatorSWC.arxml', 'ISOLAR_PlatformTypes.arxml'})
createComponentAsModel(obj, '/IoHwAbstraction/EcuAliveIndicatorSWC', 'CreateInternalBehavior', true)

这样，Simulink会根据SWC描述文件信息自动生成组件模型，可以基于SWC模型框架进行内部算法的实现：

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