第一部分 汽车嵌入式系统架构 3
第1章 汽车功能域及其要求 3
1.1 概述 3
1.2 功能域 6
1.2.1 动力总成域 7
1.2.2 底盘域 8
1.2.3 车身域 9
1.2.4 多媒体、远程信息处理与人机界面 10
1.2.5 主动/被动安全 11
1.2.6 诊断 12
1.3 标准化的部件、模型及流程 12
1.3.1 车载网络和协议 13
1.3.2 操作系统 13
1.3.3 中间件 14
1.3.4 汽车应用中的架构描述语言 15
1.4 车载嵌入式系统的关键安全认证问题 17
1.5 结论 18
参考文献 19
第2章 AUTOSAR（汽车开放式系统架构）标准的应用 23
2.1 动机 23
2.1.1 以前软件结构的缺点 23
2.1.2 设置AUTOSAR 24
2.1.3 AUTOSAR的主要目标 24
2.1.4 AUTOSAR中的工作方法 25
2.2 AUTOSAR的支柱：AUTOSAR架构 26
2.2.1 AUTOSAR概念 26
2.2.2 分层的软件架构 27
2.3 AUTOSAR标准化的主要领域：BSW和RTE 28
2.3.1 BSW 28
2.3.2 BSW的一致性的类 29
2.3.3 RTE 30
2.4 AUTOSAR标准化的主要领域：方法和模板 32
2.4.1 方法的主要目标 32
2.4.2 方法描述 32
2.4.3 AUTOSAR模型、模板及交换格式 33
2.4.4 系统配置 33
2.4.5 ECU配置 34
2.4.6 实施现有开发流程与调节工具 34
2.5 实践中的AUTOSAR：一致性测试 35
2.6 实践中的AUTOSAR：移植到AUTOSAR ECU之上 37
2.7 实践中的AUTOSAR：OEM-供应商协作的应用 39
2.8 实践中的AUTOSAR：AUTOSAR与ECU兼容性的演示 40
2.8.1 演示仪描述 41
2.8.2 演示仪展示的概念 41
2.9 商业考虑 43
2.10 展望 44
参考文献 44
第3章 智能车辆技术 46
3.1 概述：道路运输及其发展 46
3.1.1 如此美妙的产品 46
3.1.2 安全问题 46
3.1.3 交通拥堵问题 46
3.1.4 能源和排放 47
3.1.5 小结及本章介绍的内容 47
3.2 新技术 48
3.2.1 传感器技术 48
3.2.2 传感器融合 53
3.2.3 无线网络技术 54
3.2.4 智能控制应用 54
3.2.5 最新的驾驶辅助系统 56
3.3 可靠性问题 57
3.3.1 介绍 57
3.3.2 故障-安全的汽车运输系统 57
3.3.3 智能汽车诊断 59
3.4 完全自动的车：梦想还是现实？ 60
3.4.1 自动化道路车辆 60
3.4.2 自动化道路网络 62
3.4.3 自动化道路管理 63
3.4.4 路径部署 63
3.5 小结 64
参考文献 64
第二部分 嵌入式系统通信 69
第4章 嵌入式汽车协议综述 69
4.1 汽车通信系统：特点和约束条件 69
4.1.1 从点到点通信到多路通信 69
4.1.2 汽车的域及其演变 70
4.1.3 对于不同需求的不同网络 71
4.1.4 事件触发与时间触发 72
4.2 车载嵌入式网络 73
4.2.1 优先总线 73
4.2.2 TT网络 75
4.2.3 低成本汽车网络 78
4.2.4 多媒体网络 81
4.3 中间件层 82
4.3.1 中间件的原理 82
4.3.2 优于AUTOSAR的汽车中间件 83
4.3.3 AUTOSAR 84
4.4 汽车通信系统的开放性问题 91
4.4.1 优化的网络架构 91
4.4.2 系统工程 92
参考文献 93
第5章 F1exRay协议 98
5.1 概述 98
5.1.1 事件驱动通信与时间驱动通信 98
5.1.2 F1exRay的目标 99
5.1.3 F1exRay的历史 100
5.2 F1exRay通信 100
5.2.1 帧格式 100
5.2.2 通信周期 101
5.2.3 静态段 102
5.2.4 动态段 103
5.3 F1exRay协议 105
5.3.1 协议架构 105
5.3.2 Wakeup（唤醒）和Starup（启动）协议 106
5.3.3 唤醒 107
5.3.4 时钟同步 109
5.3.5 容错机制 112
5.4 F1exRay应用 113
5.4.1 F1exRay实施 113
5.4.2 F1exRay工具支持 114
5.5 总结 115
5.5.1 研发的影响因素 115
5.5.2 F1exRay验证 116
参考文献 117
第6章 可靠的汽车CAN网络 118
6.1 概论 118
6.1.1 汽车网络的主要要求 118
6.1.2 网络技术 121
6.1.3 CAN的特点和局限性 122
6.2 数据一致性问题 124
6.2.1 CAN网络中瞬时信道故障的管理 125
6.2.2 影响数据一致性的故障 126
6.2.3 数据不一致的场景概率 127
6.2.4 在CAN网络上真正实现数据一致性的解决方案 128
6.3 CANcentrate和 ReCANcentrate：CAN网络的星形拓扑结构 130
6.3.1 基本原理 132
6.3.2 CANcentrate和ReCANcentrate基础 133
6.3.3 其他考虑 136
6.4 CANELy 137
6.4.1 时钟同步 138
6.4.2 数据一致性 138
6.4.3 错误控制 138
6.4.4 容错支撑 138
6.4.5 CANELy的局限性 139
6.5 FTT-CAN：在CAN总线上弹性时间触发通信 139
6.5.1 FTT系统架构 141
6.5.2 双相基本周期 141
6.5.3 SRDB 142
6.5.4 EC内的主要时间参数 143
6.5.5 容错特征 144
6.5.6 访问通信服务 145
6.6 FlexCAN：一种确定的、弹性的和可靠的车载网络架构 146
6.6.1 控制系统事务 146
6.6.2 FlexCAN架构 147
6.6.3 FlexCAN如何解决CAN的局限性 150
6.6.4 FlexCAN应用及小结 152
6.7 解决CAN网络可靠性的其他方法 152
6.7.1 TTCAN 153
6.7.2 使用CAN网络的容错时间触发通信 154
6.7.3 TCAN 154
6.7.4 ServerCAN 155
6.7.5 CAN网络上容错时钟同步 156
6.8 结论 157
参考文献 158
第三部分 嵌入式软件和研发流程 167
第7章 汽车电子产品生产线 167
7.1 简介 167
7.2 汽车产品线特性 168
7.2.1 软件产品线基本概念 168
7.2.2 有关产品线工程的汽车电子的特性与需求 168
7.3 基本术语 171
7.3.1 软件产品线 171
7.3.2 变异性 173
7.3.3 作为可变性建模的一种形式的特征建模 174
7.3.4 讨论：汽车域的特征建模 183
7.4 汽车产品线可变性的整体协调 183
7.4.1 小到中型的产品线的协作 185
7.4.2 高度复杂的产品线协作 185
7.5 产品级别的变异性 187
7.5.1 基本方法 187
7.5.2 与局部产品变异性有关的困难 187
7.5.3 表示ECU要求规范中的变异性 189
7.5.4 表现的评估 190
7.5.5 对通用基础的映射表示 191
参考文献 192
第8章 汽车电子中软件的复用 193
8.1 软件的复用：汽车OEM所面临的挑战 193
8.2 汽车领域中软件复用的必要条件 194
8.3 支持汽车上应用软件的复用 196
8.3.1 流程 197
8.3.2 模块化汽车软件组件研发 198
8.3.3 函数库 199
8.3.4 车载嵌入系统的发展 201
8.4 应用实例 204
8.5 结论 207
参考文献 208
第9章 汽车嵌入式系统架构描述语言（ADL） 210
9.1 介绍 210
9.2 工程信息的挑战 210
9.2.1 减少成本和开发时间 210
9.2.2 开发机构和信息交换 211
9.2.3 产品的复杂性 211
9.2.4 质量和安全 211
9.2.5 并行工程 211
9.2.6 复用和产品线架构 212
9.2.7 分析和综合 212
9.2.8 样机 212
9.3 实践状态 212
9.3.1 基于模型的设计 212
9.3.2 工具 216
9.3.3 基于模型设计之外的问题 219
9.4 ADL解决方案 220
9.4.1 汽车ADL的一般问题 220
9.4.2 需要什么来建模 221
9.5 目前的ADL方法 223
9.5.1 Forsoft汽车 223
9.5.2 SysML 224
9.5.3 架构与分析描述语言 225
9.5.4 实时式和嵌入式系统的建模与分析 225
9.5.5 AUTOSAR建模 226
9.5.6 EAST-ADL 227
9.6 结论 229
参考文献 230
第10章 基于模型的汽车嵌入式系统的开发 231
10.1 简介和本章概要 231
10.1.1 什么是MBD？ 232
10.1.2 本章概要 234
10.2 汽车嵌入式系统推动MBD 236
10.2.1 MBD在汽车嵌入式系统研发中的角色 236
10.2.2 MBD方法 238
10.2.3 MBD的驱动因素 239
10.2.4 MBD方法的潜在好处 241
10.3 背景、关注和要求 243
10.3.1 对MBD的语境要求 243
10.3.2 MBD工作解决的产品关注点 245
10.4 MBD技术 247
10.4.1 建模语言：抽象、关系和行为 248
10.4.2 分析技术 251
10.4.3 合成技术 253
10.4.4 工具 253
10.5 MBD类别与工业实践 255
10.5.1 汽车实践简述 255
10.5.2 研究和相关的标准化工作 257
10.6 在工业领域采用MBD的准则 260
10.6.1 战略问题 261
10.6.2 采用MBD：流程和机构方面的考虑 262
10.6.3 期望的MBD技术属性 264
10.6.4 对MBD常见的反对声音及缺陷 266
10.7 结论 267
参考文献 268
第四部分 验证、测试和定时分析 277
第11章 汽车控制软件测试 277
11.1 引言 277
11.1.1 动态测试 277
11.1.2 目前的做法 278
11.1.3 构造测试流程 279
11.1.4 基于模型与基于代码的测试 279
11.2 测试活动和测试技术 280
11.2.1 测试活动 280
11.2.2 汽车控制软件中典型的测试设计技术 284
11.2.3 汽车控制软件的测试执行技术案例 295
11.2.4 汽车控制软件示范式测试评估技术 297
11.3 开发过程中的测试 300
11.3.1 基于代码开发过程中的测试 300
11.3.2 在基于模型开发过程中的测试 302
11.3.3 OEM和供应商之间的接口与互动 305
11.4 测试计划 307
11.4.1 创建测试计划 307
11.4.2 测试等级的选择 308
11.4.3 测试对象的选择 309
11.4.4 集成策略 310
11.4.5 测试环境 311
11.5 总结 311
参考文献 312
第12章 基于F1exRay应用模块的测试和监控 315
12.1 基于F1exRay应用模块介绍 315
12.1.1 系统架构 315
12.1.2 F1exRay协议 321
12.2 测试与监控目标 321
12.2.1 测试和监控标准 322
12.2.2 测试和监控操作方案 325
12.3 监控与测试方法 325
12.3.1 基于软件的验证 326
12.3.2 基于硬件的验证 332
12.4 测试方法讨论 335
12.4.1 基于软件的测试方法 335
12.4.2 基于硬件的测试方法 336
12.5 结论 337
参考文献 337
第13章 基于CAN网络的汽车通信系统的时序分析 339
13.1 简介 339
13.1.1 历史 339
13.1.2 应用 340
13.1.3 章节编排 340
13.2 CAN 340
13.2.1 拓扑结构 341
13.2.2 帧 342
13.2.3 帧仲裁 342
13.2.4 错误检测 344
13.2.5 位填充 345
13.2.6 帧传输时间 346
13.3 CAN调度 347
13.4 调度模型 348
13.5 响应时间分析 349
13.5.1 充分响应时间测试 350
13.5.2 精确的响应时间测试 350
13.5.3 案例 351
13.6 时序分析综合误差影响 353
13.6.1 简单误差模型 354
13.6.2 修正响应时间分析 354
13.6.3 广义确定性误差模型 355
13.6.4 概率误差模型 356
13.7 整体分析 357
13.7.1 属性继承 357
13.7.2 整体调度问题 358
13.7.3 案例 358
13.8 中间件和帧封装 361
13.9 总结 362
参考文献 363
第14章 主要性能提升方式：使用偏移方式调度CAN信息 367
14.1 概述 367
14.2 偏移分配算法 368
14.2.1 设计假说与记号 368
14.2.2 记号 368
14.2.3 WCRT分析的工具支持 369
14.2.4 算法描述 369
14.3 实验设置 372
14.4 WCRT上使用偏移的优势 373
14.4.1 有无偏移的WCRT比较 373
14.4.2 成效的解释：网络负载分布更合理 374
14.4.3 部分偏移的应用 376
14.5 偏移可允许更高的网络负荷 377
14.6 结论 379
参考文献 379
第15章 汽车域的形式化方法：TTA（时间触发架构）概况 381
15.1 简介 381
15.2 感兴趣的话题 381
15.2.1 中心守护者的故障屏蔽功能 382
15.2.2 组成员和派系失效（策略） 383
15.2.3 时钟同步 384
15.2.4 启动和整合 385
15.3 建模方面 386
15.3.1 建模计算 387
15.3.2 建模时间 390
15.3.3 建模故障 391
15.4 验证技术 392
15.4.1 定理证明 392
15.4.2 模型检查 398
15.5 前景 400
参考文献 401