基于GEF的汽車電子組件設(shè)計工具

嚴(yán)永嘉，晏 華，鄧堯文

（電子科技大學(xué)計算機科學(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)雜的汽車電子系統(tǒng)并最大限度地降低開發(fā)和維護成本，多家整車廠商和汽車電子供應(yīng)商聯(lián)合推出了AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，由于它的設(shè)計思想是將硬件和軟件的開發(fā)進(jìn)行分離，使得汽車軟件的開發(fā)具有更高的靈活性、更低的成本和更短的開發(fā)周期［1，2］。

經(jīng)過這十年的發(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)計工具，如美國明導(dǎo)科技發(fā)布的車載軟件開發(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AUTOSAR的配置和代碼生成功能。另外在美國MathWorks公司開發(fā)的Matlab/Simulink中既支持單個構(gòu)件的設(shè)計，也支持多個構(gòu)件連接組成一個系統(tǒng)。反觀國內(nèi)的整車廠商，由于涉足汽車電子領(lǐng)域較晚，不僅要花高昂的費用從國外的廠商購買工具，還需要聘請國外的工程師來國內(nèi)進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)。

為了發(fā)展本土的汽車電子行業(yè)，在國家的支持下，國內(nèi)的高校和基礎(chǔ)軟件公司也開始進(jìn)行AUTOSAR的相關(guān)研究和工具開發(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，開發(fā)了面向虛擬功能總線的圖形化組件設(shè)計工具，它以圖形的方式直觀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的一個開源項目，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平臺中，GEF框架常常用來創(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、控制器概念分別對應(yīng)GEF中的Model、Figure和Edit－Part。GEF中模型通常是用戶創(chuàng)建的在圖形編輯器中顯示的對象，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)聽模型的變化，還要把用戶請求的操作結(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在收到請求時所產(chǎn)生的行為。

1.2 AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)和Artop平臺

AUTOSAR是由全球汽車制造商、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)件的汽車電子應(yīng)用程序的開發(fā)，其基本思想為:應(yīng)用軟件通過在虛擬功能總線上連接預(yù)制的可信的構(gòu)件組裝而成，構(gòu)件在運行時通過端口進(jìn)行交互［7］。

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

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。一個構(gòu)件有預(yù)先定義好的端口，并通過這些端口和其他構(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進(jìn)行通信，但它沒有具體的實現(xiàn)代碼和內(nèi)部行為。端口是一個構(gòu)件和其他構(gòu)件的交互點。一個構(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)件的每個端口都要和一個接口進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在設(shè)計AUTOSAR系統(tǒng)的時候，端口之間的通信需要連接器來完成。連接器存在于軟件構(gòu)件的外部，并且不能單獨存在。它需要連接到兩個端口上，而且這兩個端口必須由同一個接口實例化而來。

虛擬功能總線，如圖1所示。

圖1 虛擬功能總線

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

2 組件設(shè)計工具的實現(xiàn)

本文研究的圖形化組件設(shè)計工具基于Eclipse開發(fā)，包含3個主要的功能模塊: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)計框架

2.1 圖形編輯器的設(shè)計

在圖形化組件設(shè)計工具中，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中的矩形模型來表示，而連接器可以使用連接模型來表示。其中矩形模型之間是父子兄弟的關(guān)系，連接模型則是起點和終點的關(guān)系。由于汽車系統(tǒng)的設(shè)計是以構(gòu)件和構(gòu)件集合為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(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)計兩個編輯器來完成對這兩種組件的編輯功能。

圖形編輯器是嚴(yán)格按照Eclipse的MVC模式來設(shè)計的，它分為五個子模塊，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?？刂破髂K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；命令模塊提供用戶界面和控制器的交互機制；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

組件模型通過繼承Property AwareObject類（項目中自定義的模型基類）來實現(xiàn)。圖形編輯視圖的實現(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繼承org.eclipse.gef.editparts.AbstractEditPart，并通過實現(xiàn)org.eclipse.gef.EditPart，org.eclipse.core.runtime.IAdaptable，org.eclipse.gef.RequestConstants等接口來完成。

2.2 項目管理器的實現(xiàn)

項目管理器（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個部分:①提供VFB項目文件的樹形結(jié)構(gòu)化解析，組織各個組件；②將配置信息序列化存儲到VFB項目文件（項目中自定義的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)計幫助。

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

PM需要對組件進(jìn)行管理，為此專門定義了一種PM模型，它在PM中顯示為樹狀結(jié)構(gòu)的子節(jié)點，并和圖形模型進(jìn)行綁定。新建項目之后，在管理器視圖的樹形節(jié)點中會有兩個一級節(jié)點，分別顯示vad文件和arxml文件，在vad節(jié)點下有一個Package節(jié)點，用戶新建的組件都將顯示在這個Package節(jié)點之下。PM的節(jié)點組織如圖4所示。

圖4 PM節(jié)點組織

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Artop工具平臺提供的函數(shù)生成AUTOSAR模型。

這3種模型是相互獨立的，為了達(dá)到模型之間數(shù)據(jù)同步的目的（如當(dāng)在PM中刪除一個構(gòu)件時，編輯器對應(yīng)的GEF模型和arxml文件中對應(yīng)的AUTOSAR模型都要同時刪除），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。在創(chuàng)建一個PM模型的時候，會在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用Artop中提供的Autosar3x Factory類創(chuàng)建對應(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PM模型對應(yīng)的GEF模型還沒有生成，而是在打開組件對應(yīng)的編輯器時才進(jìn)行創(chuàng)建和綁定的工作。這時會把GEF模型賦值為PM模型中的一個可序列化（Serializable）變量，在完成綁定操作的同時，也可以在保存時對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，會在生成GEF模型的同時去創(chuàng)建對應(yīng)的PM模型，之后的綁定過程已在上一段進(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AUTOSAR組件都有自身的屬性，包括名字、時間戳、UUID等。每一個構(gòu)件都有一個內(nèi)部行為，內(nèi)部行為用來描述包含它的構(gòu)件采用的通信機制。

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。

為了實現(xiàn)組件屬性顯示模塊，首先需要通過Eclipse插件開發(fā)中的org.eclipse.ui.views擴展點來實現(xiàn)各組件基本屬性列表的框架。Eclipse中屬性視圖PropertySheet的實現(xiàn)涉及到3個接口:IPropertySourceProvider、IProperty－Source、IPropertyDescriptor。而模型對象如果要和PropertySheet進(jìn)行交互，則必須實現(xiàn)IPropertySource接口。E－clipse能夠自動地通過IPropertySourceProvider取得實現(xiàn)了IPropertySource的模型對象，并讓屬性視圖對其進(jìn)行調(diào)用。PM模型實現(xiàn)了IPropertySource接口，這樣屬性視圖就和資源管理器的樹狀結(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)來實現(xiàn)的，通過這個編輯框架，用戶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。該框架是一個多選項頁的編輯頁面，為了實現(xiàn)多選項頁，它繼承了SWT提供的基類——FormEditor，并重載基類的addpages（）方法來添加選項頁的具體內(nèi)容。由于編輯頁面的內(nèi)容很多，在部分選項頁內(nèi)還需要加入子頁面（SectionPage）。它們的關(guān)系如圖5所示。

3 系統(tǒng)運行實例

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

圖5 編輯頁面組成關(guān)系

圖6 構(gòu)件實例效果

圖7 構(gòu)件集合實例效果

4 結(jié)束語

結(jié)合Artop平臺來實現(xiàn)面向虛擬功能總線的圖形化組件設(shè)計工具，使其具有較好的通用性和擴展性，在AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)不斷修訂和完善的前提下能夠快速、便捷地對工具進(jìn)行修改，可重用性高。

但是本工具僅僅是一個原型系統(tǒng)，并沒有包含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型進(jìn)行完善，并和硬件拓?fù)湓O(shè)計工具、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)開發(fā)的一整套的工具鏈。

圖8 內(nèi)部行為配置頁面效果

圖9 資源管理器效果

［1］YIN Xiaofeng，LIU Wudong.AUTOSAR－A new standard of software development for automotive electronics systems［J］.Journal of Xihua University（Natural Science），2010，29（2）:102－10（in Chinese）.［陰曉峰，劉武東.汽車電子系統(tǒng)軟件開發(fā)新標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR［J］.西華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，29（2）:102－104.］

［2］FENG Jiangbo，LIU Yajun.Code generation technology with Matlab/Simulink compliant with AUTOSAR［J］.Journal of Jiamusi University（Natural Science），2011，29（6）:833－837（in Chinese）.［馮江波，劉亞軍.與AUTOSAR兼容的Matlab/Simulink自動代碼生成技術(shù)［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，29（6）:833－837.］

［3］ZHANG Peng，JIANG Hao，XU Li.Study notes for Eclipse plug－in development［M］.Beijing:Electronic Industry Press，2008:528－537（in Chinese）.［張鵬，姜昊，許力.Eclipse插件開發(fā)學(xué)習(xí)筆記［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008:528－537.］

［4］LIU Xubin，WANG Liang，YAN Youpeng.Application studies on command pattern of Eclipse GEF［J］.Computer Technology and Develepment，2010，20（8）:100－103（in Chinese）.［劉緒斌，王良，閆有朋.Eclipse GEF框架中命令模式的應(yīng)用研究［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展，2010，20（8）:100－103.］

［5］HOU Ruichun，HU Qingxia，DING Xiangqian，et al.Design and implementation of business model graphics editor based on GEF［J］.Modern Electronics Technique，2012，35（20）:31－34（in Chinese）.［侯瑞春，胡青霞，丁香乾，等.基于GEF的業(yè)務(wù)模式圖形編輯器的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（20）:31－34.］

［6］GAO Huanji.Embedded software development for vehicle electronic control system based on AUTOSAR［J］.Auto Electric Parts，2010（5）:11－14（in Chinese）.［高煥吉.基于AUTOSAR的汽車電子控制系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)［J］.汽車電器，2010（5）:11－14.］

［7］AUTOSAR GbR.AUTOSAR technical overview［S］.AUTOSAR，2008:17－18.

［8］AUTOSAR Gb R.AUTOSAR SWS VFB［S］.AUTOSAR，2008:12－29.

［9］XU Xinpeng，WANG Xiang，LU Jianghua，et al.Application component configuration based on AUTOSAR methodology［J］.Computer Engineering，2010，36（18）:240－242（in Chinese）.［徐鑫朋，王翔，陸建華，等.基于AUTOSAR方法論的應(yīng)用組件配置［J］.計算機工程，2010，36（18）:240－242.］

［10］WANG Jinbo.SmartSAR SWA－design and implementation of software architecture based on Artop［D］.Hangzhou:Zhejiang University，2012（in Chinese）.［汪金波.SmartSAR SWA－基于Artop的汽車電子軟件架構(gòu)工具的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.杭州:浙江大學(xué)，2012.］