嚴(yán)永嘉，晏 華，鄧堯文

（電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都611731）

0 引 言

為了有效管理日趨復(fù)雜的汽車(chē)電子系統(tǒng)并最大限度地降低開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本，多家整車(chē)廠(chǎng)商和汽車(chē)電子供應(yīng)商聯(lián)合推出了AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，由于它的設(shè)計(jì)思想是將硬件和軟件的開(kāi)發(fā)進(jìn)行分離，使得汽車(chē)軟件的開(kāi)發(fā)具有更高的靈活性、更低的成本和更短的開(kāi)發(fā)周期［1，2］。

經(jīng)過(guò)這十年的發(fā)展，各工具供應(yīng)商陸續(xù)推出了支持AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)工具，如美國(guó)明導(dǎo)科技發(fā)布的車(chē)載軟件開(kāi)發(fā)工具Volcano Vehicle Systems Architect和IBM公司的Rational Systems Developer，它們都能進(jìn)行AUTOSAR系統(tǒng)建模，具有基于A(yíng)UTOSAR的配置和代碼生成功能。另外在美國(guó)MathWorks公司開(kāi)發(fā)的Matlab/Simulink中既支持單個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，也支持多個(gè)構(gòu)件連接組成一個(gè)系統(tǒng)。反觀(guān)國(guó)內(nèi)的整車(chē)廠(chǎng)商，由于涉足汽車(chē)電子領(lǐng)域較晚，不僅要花高昂的費(fèi)用從國(guó)外的廠(chǎng)商購(gòu)買(mǎi)工具，還需要聘請(qǐng)國(guó)外的工程師來(lái)國(guó)內(nèi)進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)。

為了發(fā)展本土的汽車(chē)電子行業(yè)，在國(guó)家的支持下，國(guó)內(nèi)的高校和基礎(chǔ)軟件公司也開(kāi)始進(jìn)行AUTOSAR的相關(guān)研究和工具開(kāi)發(fā)。本文正是參照AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，采用GEF技術(shù)并結(jié)合Artop平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了面向虛擬功能總線(xiàn)的圖形化組件設(shè)計(jì)工具，它以圖形的方式直觀(guān)地顯示組件之間的關(guān)系，以列表的形式展示組件的配置信息，并能生成符合AUTOSAR規(guī)范的描述文件。

1 基本概念

1.1 GEF技術(shù)

GEF是Eclipse的一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，它基于MVC（model－view－control）架構(gòu)［3］，為模型提供了圖形化的編輯環(huán)境。在Eclipse平臺(tái)中，GEF框架常常用來(lái)創(chuàng)建圖形編輯器和大綱視圖，它是構(gòu)成Eclipse應(yīng)用中圖形界面的重要部分。

MVC架構(gòu)是GEF的基礎(chǔ)，MVC架構(gòu)中的模型、視圖、控制器概念分別對(duì)應(yīng)GEF中的Model、Figure和Edit－Part。GEF中模型通常是用戶(hù)創(chuàng)建的在圖形編輯器中顯示的對(duì)象，它擁有自己的結(jié)構(gòu)和屬性。EditPart Viewer是GEF中定義的視圖，它不僅是模型對(duì)應(yīng)的圖形元素的容器，還要提供編輯和工具提示等功能［4］?？刂破魇荕VC架構(gòu)的核心組成部分，它將模型和視圖聯(lián)系在一起［5］，不僅要監(jiān)聽(tīng)模型的變化，還要把用戶(hù)請(qǐng)求的操作結(jié)果反映到視圖上。GEF中的EditPart負(fù)責(zé)管理Model與Figure映射的方式以及Figure在收到請(qǐng)求時(shí)所產(chǎn)生的行為。

1.2 AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)和Artop平臺(tái)

AUTOSAR是由全球汽車(chē)制造商、部件供應(yīng)商及軟硬件和電子工業(yè)等企業(yè)共同制定的標(biāo)準(zhǔn)［6］。該標(biāo)準(zhǔn)支持基于構(gòu)件的汽車(chē)電子應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，其基本思想為:應(yīng)用軟件通過(guò)在虛擬功能總線(xiàn)上連接預(yù)制的可信的構(gòu)件組裝而成，構(gòu)件在運(yùn)行時(shí)通過(guò)端口進(jìn)行交互［7］。

為了實(shí)現(xiàn)可重用的目標(biāo)，AUTOSAR軟件的開(kāi)發(fā)是與底層硬件獨(dú)立的，這個(gè)獨(dú)立性由虛擬功能總線(xiàn)（virtual function bus，VFB）實(shí)現(xiàn)。VFB意味著一種虛擬的硬件和一種獨(dú)立的系統(tǒng)集成，它模擬了真實(shí)的通信總線(xiàn)，并通過(guò)已定義好的接口進(jìn)行通信。下面對(duì)VFB中的用到的幾種組件模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

構(gòu)建系統(tǒng)最重要的元素就是構(gòu)件，它是電子控制單元上完成某一功能的最小代碼集合。一個(gè)構(gòu)件有預(yù)先定義好的端口，并通過(guò)這些端口和其他構(gòu)件進(jìn)行通信。構(gòu)件集合在本質(zhì)上也是構(gòu)件的一種，它不具有原子性，在構(gòu)件集合中可以包含其他構(gòu)件或者構(gòu)件集合［8］。它自身可以配置端口來(lái)進(jìn)行通信，但它沒(méi)有具體的實(shí)現(xiàn)代碼和內(nèi)部行為。端口是一個(gè)構(gòu)件和其他構(gòu)件的交互點(diǎn)。一個(gè)構(gòu)件的端口只能是供型端口或者需型端口［9］，而端口的類(lèi)型由則由它所配置的接口決定。在接口中定義了提供或者需求這個(gè)接口的端口所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或者可以完成的操作，構(gòu)件的每個(gè)端口都要和一個(gè)接口進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在設(shè)計(jì)AUTOSAR系統(tǒng)的時(shí)候，端口之間的通信需要連接器來(lái)完成。連接器存在于軟件構(gòu)件的外部，并且不能單獨(dú)存在。它需要連接到兩個(gè)端口上，而且這兩個(gè)端口必須由同一個(gè)接口實(shí)例化而來(lái)。

虛擬功能總線(xiàn)，如圖1所示。

圖1 虛擬功能總線(xiàn)

Artop（AUTOSAR tool platform）是AUTOSAR組織的核心成員為了推動(dòng)采用該標(biāo)準(zhǔn)的工具鏈的發(fā)展而推出的開(kāi)放性平臺(tái)［10］。它基于Eclipse技術(shù)構(gòu)建而成，為不同的工具供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)工具實(shí)現(xiàn)了公共的基礎(chǔ)功能，這樣就避免了供應(yīng)商在非競(jìng)爭(zhēng)性的基礎(chǔ)平臺(tái)上進(jìn)行重復(fù)開(kāi)發(fā)，為AUTOSAR軟件開(kāi)發(fā)的各階段提供了很好的測(cè)試平臺(tái)。

2 組件設(shè)計(jì)工具的實(shí)現(xiàn)

本文研究的圖形化組件設(shè)計(jì)工具基于Eclipse開(kāi)發(fā)，包含3個(gè)主要的功能模塊:圖形編輯模塊、資源管理模塊和屬性配置模塊。圖形編輯模塊負(fù)責(zé)組件模型的顯示。資源管理模塊用于統(tǒng)一組織、顯示和保存VFB組件。屬性配置模塊有兩個(gè)功能，一是負(fù)責(zé)組件的屬性信息的顯示和修改，二是配置構(gòu)件的內(nèi)部行為。圖2展示了工具的整體架構(gòu)。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)框架

2.1 圖形編輯器的設(shè)計(jì)

在圖形化組件設(shè)計(jì)工具中，圖形編輯器負(fù)責(zé)模型的顯示工作。其中模型要和標(biāo)準(zhǔn)中定義的VFB組件模型一一對(duì)應(yīng)，構(gòu)件、構(gòu)件集合、端口、接口都可以采用GEF中的矩形模型來(lái)表示，而連接器可以使用連接模型來(lái)表示。其中矩形模型之間是父子兄弟的關(guān)系，連接模型則是起點(diǎn)和終點(diǎn)的關(guān)系。由于汽車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以構(gòu)件和構(gòu)件集合為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，并且構(gòu)件集合不具有構(gòu)件的原子性，所以需要設(shè)計(jì)兩個(gè)編輯器來(lái)完成對(duì)這兩種組件的編輯功能。

圖形編輯器是嚴(yán)格按照Eclipse的MVC模式來(lái)設(shè)計(jì)的，它分為五個(gè)子模塊，分別是控制器模塊、策略模塊、命令模塊、模型模塊和圖形模塊。控制器模塊將視圖和圖形模型進(jìn)行綁定；策略模塊提供各控制器的操作方法約束；命令模塊提供用戶(hù)界面和控制器的交互機(jī)制；模型模塊定義了編輯器所需的圖形模型；圖形模塊顯示模型的繪制形式。它們之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 圖形編輯器子模塊的關(guān)系

組件模型通過(guò)繼承Property AwareObject類(lèi)（項(xiàng)目中自定義的模型基類(lèi)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖形編輯視圖的實(shí)現(xiàn)需要繼承GEF的org.eclipse.gef.ui.parts.ScrollingGraphical Viewer。而圖形編輯所支持的鼠標(biāo)操作等繪圖命令通過(guò)繼承org.eclipse.gef.editparts.AbstractEditPart，并通過(guò)實(shí)現(xiàn)org.eclipse.gef.EditPart，org.eclipse.core.runtime.IAdaptable，org.eclipse.gef.RequestConstants等接口來(lái)完成。

2.2 項(xiàng)目管理器的實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目管理器（project manager，PM）是用于統(tǒng)一組織、顯示和保存VFB組件的視圖，它的主要功能分為以下3個(gè)部分:①提供VFB項(xiàng)目文件的樹(shù)形結(jié)構(gòu)化解析，組織各個(gè)組件；②將配置信息序列化存儲(chǔ)到VFB項(xiàng)目文件（項(xiàng)目中自定義的vad文件）中，并將vad文件和符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的xml（arxml）文件進(jìn)行信息同步；③提供拖放（drag and drop，Dnd）支持，為編輯器提供設(shè)計(jì)幫助。

PM的實(shí)現(xiàn)遵循Eclipse Common Navigator Framework（CNF）規(guī)范，視圖由org.eclipse.ui.navigator.CommonNavigator類(lèi)作為主框架進(jìn)行顯示，擴(kuò)展了org.eclipse.ui.navigator.viewer插件的ActionBinding、ContentBinding、Viewer和Drag Assistant這4個(gè)子項(xiàng)，以綁定各種不同類(lèi)型元素的顯示和操作。而顯示、操作功能的具體實(shí)現(xiàn)由插件org.eclipse.ui.navigator.navigatorContent提供。

PM需要對(duì)組件進(jìn)行管理，為此專(zhuān)門(mén)定義了一種PM模型，它在PM中顯示為樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的子節(jié)點(diǎn)，并和圖形模型進(jìn)行綁定。新建項(xiàng)目之后，在管理器視圖的樹(shù)形節(jié)點(diǎn)中會(huì)有兩個(gè)一級(jí)節(jié)點(diǎn)，分別顯示vad文件和arxml文件，在vad節(jié)點(diǎn)下有一個(gè)Package節(jié)點(diǎn)，用戶(hù)新建的組件都將顯示在這個(gè)Package節(jié)點(diǎn)之下。PM的節(jié)點(diǎn)組織如圖4所示。

圖4 PM節(jié)點(diǎn)組織

其中Package、Application Software Component和Composition這3種組件可以在PM中直接創(chuàng)建，其他類(lèi)型的組件需要在圖形編輯器中進(jìn)行創(chuàng)建。

2.3 模型的創(chuàng)建和綁定

組件設(shè)計(jì)工具在編輯器中創(chuàng)建的是GEF模型，在資源管理器中創(chuàng)建的是PM模型，而需要輸出的目標(biāo)文件是arxml文件，這就需要通過(guò)Artop工具平臺(tái)提供的函數(shù)生成AUTOSAR模型。

這3種模型是相互獨(dú)立的，為了達(dá)到模型之間數(shù)據(jù)同步的目的（如當(dāng)在PM中刪除一個(gè)構(gòu)件時(shí)，編輯器對(duì)應(yīng)的GEF模型和arxml文件中對(duì)應(yīng)的AUTOSAR模型都要同時(shí)刪除），需要將這3種模型進(jìn)行綁定。

在這3種模型中，PM模型是核心，它負(fù)責(zé)將另外兩種模型串聯(lián)起來(lái)。在創(chuàng)建一個(gè)PM模型的時(shí)候，會(huì)在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用Artop中提供的Autosar3x Factory類(lèi)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的AUTOSAR模型，然后將PM模型中的ARObject變量賦值成該AUTOSAR模型完成綁定操作。此時(shí)PM模型對(duì)應(yīng)的GEF模型還沒(méi)有生成，而是在打開(kāi)組件對(duì)應(yīng)的編輯器時(shí)才進(jìn)行創(chuàng)建和綁定的工作。這時(shí)會(huì)把GEF模型賦值為PM模型中的一個(gè)可序列化（Serializable）變量，在完成綁定操作的同時(shí)，也可以在保存時(shí)對(duì)GEF模型進(jìn)行序列化操作，將模型的所有屬性（包括位置、大小、顏色等）保存在vad文件中。

本文在2.2小節(jié)中提到，只有Package、Application Software Component和Composition這3種組件可以在PM中直接創(chuàng)建，所以在新建Port或Interface等組件時(shí)，會(huì)在生成GEF模型的同時(shí)去創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的PM模型，之后的綁定過(guò)程已在上一段進(jìn)行了描述，這里就不再贅述。

2.4 組件屬性的顯示和內(nèi)部行為的配置

每一個(gè)AUTOSAR組件都有自身的屬性，包括名字、時(shí)間戳、UUID等。每一個(gè)構(gòu)件都有一個(gè)內(nèi)部行為，內(nèi)部行為用來(lái)描述包含它的構(gòu)件采用的通信機(jī)制。

組件屬性顯示模塊支持構(gòu)件、構(gòu)件集合、端口、接口等組件的基本屬性顯示及編輯功能，內(nèi)部行為配置模塊支持以列表的形式編輯構(gòu)件的內(nèi)部行為。

為了實(shí)現(xiàn)組件屬性顯示模塊，首先需要通過(guò)Eclipse插件開(kāi)發(fā)中的org.eclipse.ui.views擴(kuò)展點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)各組件基本屬性列表的框架。Eclipse中屬性視圖PropertySheet的實(shí)現(xiàn)涉及到3個(gè)接口:IPropertySourceProvider、IProperty－Source、IPropertyDescriptor。而模型對(duì)象如果要和PropertySheet進(jìn)行交互，則必須實(shí)現(xiàn)IPropertySource接口。E－clipse能夠自動(dòng)地通過(guò)IPropertySourceProvider取得實(shí)現(xiàn)了IPropertySource的模型對(duì)象，并讓屬性視圖對(duì)其進(jìn)行調(diào)用。PM模型實(shí)現(xiàn)了IPropertySource接口，這樣屬性視圖就和資源管理器的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綁定。而在2.3節(jié)中提到PM模型和GEF模型也進(jìn)行了綁定，所以GEF模型可以通過(guò)PM模型間接綁定到屬性視圖上。完成以上的工作，屬性視圖就能顯示組件的屬性項(xiàng)和屬性值了。

內(nèi)部行為的編輯框架是使用基于Eclipse的SWT/JFace技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)這個(gè)編輯框架，用戶(hù)可以用列表的形式方便地創(chuàng)建和更改內(nèi)部行為包含的內(nèi)容。該框架是一個(gè)多選項(xiàng)頁(yè)的編輯頁(yè)面，為了實(shí)現(xiàn)多選項(xiàng)頁(yè)，它繼承了SWT提供的基類(lèi)——FormEditor，并重載基類(lèi)的addpages（）方法來(lái)添加選項(xiàng)頁(yè)的具體內(nèi)容。由于編輯頁(yè)面的內(nèi)容很多，在部分選項(xiàng)頁(yè)內(nèi)還需要加入子頁(yè)面（SectionPage）。它們的關(guān)系如圖5所示。

3 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例

圖6展示了構(gòu)件實(shí)例的效果，圖7展示了構(gòu)件集合實(shí)例的效果，圖8展示了內(nèi)部行為配置頁(yè)面的效果，圖9展示了資源管理器的效果。

圖5 編輯頁(yè)面組成關(guān)系

圖6 構(gòu)件實(shí)例效果

圖7 構(gòu)件集合實(shí)例效果

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合Artop平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)面向虛擬功能總線(xiàn)的圖形化組件設(shè)計(jì)工具，使其具有較好的通用性和擴(kuò)展性，在A(yíng)UTOSAR標(biāo)準(zhǔn)不斷修訂和完善的前提下能夠快速、便捷地對(duì)工具進(jìn)行修改，可重用性高。

但是本工具僅僅是一個(gè)原型系統(tǒng)，并沒(méi)有包含AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)中的所有組件，為了使該工具具有更廣的應(yīng)用范圍，下一步可以將組件類(lèi)型進(jìn)行完善，并和硬件拓?fù)湓O(shè)計(jì)工具、網(wǎng)絡(luò)映射工具、ECU配置工具等進(jìn)行集成，形成按照AUTOSAR流程進(jìn)行軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一整套的工具鏈。

圖8 內(nèi)部行為配置頁(yè)面效果

圖9 資源管理器效果

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