PREEvision中的逻辑架构:实现车辆系统设计的高效抽象化

车辆E/E架构的演变：从传统设计到现代高性能计算和服务集成

1.电子/电气架构的演变

车辆的电子/电气（E/E）架构已经从过去的简单设计演变成今天的复杂结构。在早期，E/E架构主要由车载系统和基于信号的应用所定义，其设计空间相对单一。如今，这种架构变得更加分层，涉及到高性能计算机（HPCs）和更强大的区域控制器。这些区域控制器是应对功能复杂性的关键架构元素，负责处理与车辆特定位置相关的所有功能，并且它们通常通过以太网与HPCs相连。

2.服务导向和信号导向的结合

HPCs在现代E/E架构中扮演着重要角色，不仅提供集成离车服务的能力，如远程诊断或软件的远程更新，还用于处理计算密集型应用，比如自动驾驶和娱乐系统。现代E/E架构特别强调服务导向和信号导向两种范式的并行工作。传统车辆控制功能（如ESP、ABS）在区域控制器和传感器/执行器ECUs之间以信号导向方式实现，而高级功能如自动驾驶则更倾向于服务导向。此外，现代E/E架构不仅包括车载组件，还集成了云服务，提供了额外的功能，如软件更新和远程诊断，这些功能是现代车辆系统设计的重要组成部分。

3.早期系统设计阶段的关键：适应多样目标架构的设计抽象化

为了开发适用于这些目标架构的应用，需要在早期系统设计阶段考虑这些架构。设计需要从硬件和软件实现中抽象出来，以便灵活地适应不同的目标E/E架构。

PREEvision中的逻辑架构:实现车辆系统设计的高效抽象化

逻辑架构层的目的：PREEvision的逻辑架构层旨在将车辆应用和功能从其硬件和软件实现中抽象出来。这种抽象化使设计过程更加灵活，能够适应不同的目标电子/电气（E/E）架构。

逻辑功能架构的应用：逻辑功能架构帮助管理应用和车辆功能的日益增长的复杂性。它为设计师提供了一个系统视角，用于设计、管理和理解现代车辆中软件和硬件的复杂结构。

逻辑域和子系统：逻辑架构中包含逻辑域，这些域支持将系统划分为具有明确定义接口的子系统。这些子系统可以是车辆的特定区域或者是云服务等离车应用。

功能包和构建块：逻辑功能架构通过逻辑功能包或构建块来组织，这些包或块群组了多个逻辑功能。逻辑功能之间的通信是通过端口定义的，端口决定了通信是信号导向还是服务导向。

端口和连接器：逻辑架构中的端口指定了不同功能之间的通信方式。逻辑组装连接器用于连接这些端口，从而定义功能之间的互动。

类型和实例的概念：逻辑架构基于类型和实例的概念，意味着可以创建特定逻辑功能类型的多个实例。这种方法增加了设计的可重用性和灵活性。

PREEvision逻辑架构层总结：通过这种逻辑架构层的设计，PREEvision使车辆系统的设计师能够从更高的抽象层面进行设计，同时确保了对底层实现的灵活性和适应性。这样的设计方法为处理现代车辆系统的复杂性提供了强大的工具和框架。

PREEvision对UML/SysML的支持

为了实现完整的功能建模，我们需要引入功能行为方面的建模。这部分内容主要集中在UML（统一建模语言）和SysML（系统建模语言）在描述系统行为中的应用。以下是关于功能行为、UML和SysML的详细总结：

功能行为的关键角色：功能行为描述是理解系统全貌、确保跟踪性以及为后续实现提供模型基础的关键部分。PREEvision中的功能行为是通过采用UML和SysML这两种标准来实现的。

UML和SysML的结合：UML主要针对软件设计，而SysML则是为了满足系统设计的需求而开发。这两种语言的结合为PREEvision工具提供了覆盖系统建模两大领域结构和行为的能力。

行为建模的实现：在结构建模的基础上，行为建模通过UML和SysML的支持在PREEvision中得以实施。包括用例图、状态机图和活动图等在内的行为建模工具，是深入理解系统行为的关键。

PREEvision中的活动图

1.活动图介绍

在PREEvision工具中，活动图被用作一个关键工具，以图形化方式展示系统内各元素动作的相互联系及其控制和数据流，从而帮助设计师清晰地理解和描述系统行为。这些图包含动作节点，代表系统中执行的具体动作或任务，以及控制节点，用于指导动作的执行流程。活动图中的控制流和对象流则分别表示动作之间的顺序和数据依赖关系，而输入和输出参数展示了每个动作的数据依赖和产出。通过活动图，设计师可以详细模拟和分析系统内部的行为，为系统实现的后续阶段提供详细的执行规格和指导。总之，活动图在理解和设计系统行为方面发挥着核心作用，使系统设计更加清晰和结构化。

2.PREEvision中活动图建模的高效功能

活动节点和控制节点：提供了多种类型的活动节点，包括动作节点和控制节点，以及活动边缘（如控制流和对象流）。这些节点和边缘协助在活动图中定义和组织基本动作及其流程。

用户友好的建模支持：PREEvision提供了多种便利功能，以简化活动图的创建和编辑过程。例如，自动添加控制流和对象流的功能，以及输入输出端口的指示标记。

活动分区的实现：活动图中的活动分区（如泳道）用于标识具有共同特征的活动节点。

这些分区有助于组织和理解复杂的行为模型。

这些Comfort Functions大大提高了活动图建模的效率和准确性，使设计师能够更容易地创建、修改和理解复杂的系统行为模型。通过这些功能，PREEvision在系统建模领域提供了强大的支持，帮助设计师以更直观和结构化的方式工作。

3.活动图在PREEvision各个层级上的应用

需求层的活动建模：在需求层，活动用于描述用例系统和需求包，这有助于从高层次上理解和规范系统需求。

逻辑架构层的活动建模：在逻辑架构层，活动用于定义和理解逻辑结构包、逻辑域、逻辑功能包和逻辑构建块的行为。该层的活动建模有助于驱动系统的分解和分区，进而推导出逻辑架构结构。

软件层的活动建模：在软件层，活动用于描述服务提供者、服务消费者和软件组件类型，这在软件设计阶段有助于详细化功能行为。

硬件层的活动建模：在硬件层，活动的建模适用于所有电子组件，这有助于理解和规划硬件组件之间的交互和行为。

通过在这些不同层次上进行活动建模，PREEvision提供了一种全面和灵活的系统建模方法，使设计师能够在各种抽象层面上更准确、全面地理解和设计系统。

4.活动图的具体案例分析：车窗升降器

窗户升降器的功能描述：窗户升降器包括控制窗户上下移动的功能，以及自动上升和下降和防夹功能。

使用活动图进行系统分解：使用活动图来描述窗户升降器的行为，包括各种动作、控制节点和流程，这有助于在逻辑架构层面上进行系统分解和分区。通过将动作集中在活动分区内，可以定义逻辑架构的功能块结构和接口，这种方法使得行为驱动系统设计成为可能，从而推导出逻辑架构结构。

接口和行为的详细建模：通过活动图，可以详细建模窗户升降器的行为，包括接口定义和行为规范。这为软件和硬件实现阶段提供了清晰的指导。

通过窗户升降器的例子，视频清晰地展示了如何使用PREEvision中的活动图来实现复杂系统功能的详细建模和理解，强调了活动图在系统设计中的实际应用价值。

总结

实现无关的逻辑功能架构建模：PREEvision支持实现无关的逻辑功能架构建模。这意味着可以在不考虑具体实现（如硬件和软件）的情况下，设计和规划系统。

系统行为的规范：系统行为可以基于SysML（系统建模语言）的概念进行详细规范。这提供了一个强大的框架来描述和理解复杂系统的行为。

与特定于域的数据模型的集成：PREEvision将系统行为与特定于域的数据模型相集成，从而实现了数据和行为的紧密耦合。

不同设计阶段的支持：工具支持不同的设计阶段，可以针对特定用例进行活动驱动的系统分解和详细行为建模。

审核编辑：刘清