Vector DaVinci Team解决方案实现AUTOSAR Classic ECU软件开发

当下ECU软件开发的挑战

随着软件技术的发展，车辆的开发过程从硬件主导转变为软件定义汽车（SDV），软件开发在汽车的开发过程中扮演着举足轻重的角色。车辆E/E架构由原先的各ECU只负责单一功能的分布式架构，转变为高性能计算单元（HPC）和区域控制单元（Zonal ECU）分工协作的架构。因此，ECU的软件功能越来越多，越来越复杂。ECU的软件开发，也将引入不同部门、不同公司的更多项目开发人员的协作。在ECU软件开发变得更加复杂更加紧密协作的同时，软件的版本迭代周期也变得越来越短。

传统的工作流程和开发过程难以满足这些要求，因此以DevOps为导向的持续集成方法正成为新的趋势。然而，由于AUTOSAR Classic项目的单一工程结构，实现AUTOSAR Classic ECU软件开发的持续集成并不是一项容易的任务。根据项目的部署和开发过程，可以观察到以下三种方式及挑战。

1.1 基于功能开发中的合并冲突问题  

将项目中各成员的增量（设计、配置和实现）合并是一个重大挑战，特别是基于各功能团队独立开发的模式。对于AUTOSAR Classic项目（图1-1），基于功能的开发方式意味着项目成员开发应用软件（SWC），并自行将其集成到基础软件（BSW）中。这种方法可以应用于独立完整的SWC，也可以应用于与其他项目成员协作开发的SWC。

图1-1 基于功能的开发方式

1.2 基于组件开发的集成滞后问题

另一种方法是将工作角色划分为项目内更专业的角色，这里定义为基于组件的开发方式（图1-2）。在这种项目开发方式中，有专注于SWC的应用开发人员，以及一个软件集成团队负责配置BSW，并将SWC和BSW进行集成。

图1-2 基于模块的开发方式

在这种情况下，应用开发人员既无法访问BSW的配置，也无法使用工具将SWC与BSW集成。相比于基于功能的开发方式（每个项目成员可以独立处理自己的功能），在基于组件的开发方式中，应用开发人员依赖于软件集成团队。

图1-3 基于模块的开发方式的集成流程

这种方法的好处是减少了合并问题，缺点是集成的总时长增加了。软件集成团队只能在应用开发人员完成他们的工作后才开始集成，而且集成必须根据软件集成团队的可用时间进行安排。据应用开发人员的反馈，许多人等待他们的SWC与BSW集成的时间在1到4周之间，导致验证延迟，发现问题延迟，最终可能会危及项目的里程碑。图1-3描述了这种集成流程。

1.3 手动集成中的重复工作问题

在传统的基于DaVinci Configurator Classic GUI的工作模式中，将SWC与BSW集成需要许多手动步骤（图1-4）。

图1-4 手动集成步骤

首先，需要打开DaVinci Configurator Classic并将SWC加载到项目中。接下来，针对每个 SWC需要执行以下重复的步骤：

手动配置RTE，例如将Runnable映射到Task，将NvSWC连接到对应部分，创建或调整内存块，以及添加数据映射；

配置完成后，需要验证配置，并解决可能存在的问题。

在SWC和Runnable数量庞大的大型项目中，这种重复的集成活动将非常耗时，并且会花费大量人力。因此，手动集成步骤的自动化实现，对缩减项目集成时间，降低集成的人力成本，加快版本发布，都能带来极大的好处。

如何解决这些挑战?

上述挑战，使得ECU的软件开发过程变得繁琐，且迭代周期变得滞后。为了应对这些挑战，DaVinci Team提供一种分布式开发团队高效协作的解决方案。基本概念如下：

SWC和BSW解耦；

前移集成决策（例如，Runnable和Task的映射、端口映射、数据映射或NvM集成决策），以便于SWC开发人员能够自行将SWC与BSW集成；

提供一个自动化Pipeline，自动执行SWC与BSW集成的步骤。

结合支持自动化的工具，基于定制的持续集成Pipeline，工程师能够独立工作，并省去大量的重复工作。

2.1 基于组件开发的集成滞后问题

使用DaVinci Team，可以通过不同的方式组织项目，从而显著解决前文提到的这些挑战。首先是拆分项目（图2-1）使得SWC与BSW解耦并将BSW定义为Root Configuration。

对于优化工作流程至关重要的一步是移除RTE并为SWC添加集成指令（Integration Instruction）。这完全避免了RTE的合并，解决了合并项目增量时经常遇到的冲突问题。

图2-1 DaVinci Team工作流程

关于SWC，需要由SWC开发人员将其分解为App Package。这种分解的最大好处是限制合并冲突，并通过Instruction文件来管理App Package，从而实现持续集成。

在此背景下，App Package定义如下:

SWC组件（ARXML)

源代码或库文件

Instruction文件（Task Mapping、Port Mapping、Data Mapping等JSON文件）

图 2-2  示例App-Package

图2-2显示了一个示例App Package。这些JSON格式的Instruction文件描述了RTE应该如何构建（下一章中将详细说明）。

尽管项目被拆分成多个包，用户仍然可以自由选择他们喜欢的开发方法。这只是一个在仓库中组织包的问题：包含所有包的单一仓库（适用于基于功能的开发方法）或创建多个仓库，每个仓库包含单一的包（适用于基于组件的开发方法）。

2.2 前移集成决策 

App Package作为DaVinci Team的输入，包含了JSON格式的Integration Instruction。为了在不同角色之间实现高效协作，也可以为整个项目定义全局集成指令（Global Integration Instruction），不同集成角色将使用不同类型的Integration Instruction。

 > 显式映射

这种类型的Integration Instruction可用于明确定义映射关系。例如，在Task映射的示例中，可以定义哪些runnable应该映射到哪些Task。如图2-3所示，runnable0和runnabl1需要映射到task0，并且在JSON文件中列出了runnable的属性（以runnable0为例，runnable0在swc0中，具有schedulePoint和activationOffset的属性）。

图2-3 显式映射

 > 基于规则的映射

也可以使用基于规则的映射方式，如图2-4所示，是一个包括了不同规则的Instruction文件。首先定义应用规则的Task（task0），然后指定触发类别（周期、初始化或其他），接着是触发条件（周期：100ms），最后列出应用此规则的SWC（这里是swc2）。

图 2-4 基于规则的映射

 > 自动映射 

这个功能可以在配置文件中配置为启用或禁用。特别是在项目早期阶段或用于原型设计时，自动映射可以在不需要Integration Instruction的情况下获得符合AUTOSAR标准的映射。这个功能旨在作为一个补充解决方案，生成的配置应该由开发人员进行评估或优化。

除了Task映射之外，还有其他类型的Instruction，如时序顺序约束文件（Execution Order Constraint）和NvM集成Instruction，还可以为端口映射（Port Mapping）和数据映射（Data Mapping）提供Integration Instruction。

 > 全局集成指令

全局集成指令很多情况下，中央集成团队可能仍然希望监督集成决策，这可以通过提供Global Instruction来实现。这些Global Instruction具有与App Package相同的格式和映射指令类型，但具有更高的优先级，并且会覆盖App Package中的指令。

2.3 用于自动集成的Pipeline

该Pipeline基于Gradle构建系统实现，并且项目中每个成员都可以使用。无论是更改SWC还是更改BSW的Root Configuration，都会以确定性的方式执行相同的集成步骤。根据这一理念，每个开发人员都可以轻松集成ECU软件。

DaVinci Team可以在本地或服务器上运行。在服务器场景下，对代码仓库的提交可以触发Pipeline的集成动作，例如通过Jenkins这样的构建服务器进行控制。这使得SWC开发人员可以独立于中央集成团队工作。在本地场景下，可以通过命令行触发Pipeline的集成动作。前文描述的在DaVinci Configurator Classic的GUI中的重复手动步骤（见第1.3节），现在可以完全自动化处理。如图2-5所示，集成Pipeline被触发后将自动执行图中灰色的集成步骤。

图2-5 自动集成步骤

自动集成步骤如下：

1.准备步骤: 

a. SIP被复制到执行主机（如有必要）

b. Root Configuration和App Package被复制到执行主机

2.执行DaVinci Team自动化操作:

a. SWC类型被实例化

b. 通过NV data port配置文件，生成NvSWC

c. 基于集成指令（如Port Mapping、Data Mapping、Task Mapping等），生成RTE

d. 初始化未使用的SWC端口

3.输出步骤:

a. 生成模块

b. 生成源码

c. 编译

d. 打包工程

集成ECU软件（包括SWC、RTE和BSW）完成后，输出文件包括.elf、.c/.h和.dpa，同时还包括执行Pipeline期间的操作报告。值得一提的是，DaVinci Team支持vVIRTUALtarget项目以及Real Target平台，无论开发人员是基于vVIRTUALtarget或是实际ECU验证，都能通过DaVinci Team集成软件并生成相应的目标产物来支持后续的验证工作。

集成后的结果可以上传到类似Artifactory的二进制数据管理系统，以便开发人员下载集成版本。然而，集成结果不需要存储在像Git这样的源代码管理系统中，后者更适合用作开发人员代码版本管理的工具。这种集成过程通过动态执行，可以有效避免RTE的合并问题。

自动化Pipeline还可以通过添加自定义扩展来进行定制，这使得工具专家可以进一步创建适配于项目工程的自动化工具脚本，并扩展CI/CD Pipeline。

总结

当今的ECU软件开发正逐步转变，以应对日益增加的软件功能、更多的协作以及实现更短的发布周期。然而，采用DevOps方法并实现持续集成的自动化会面临诸多挑战，特别是由于AUTOSAR Classic项目的串行开发特性。面对这些挑战，Vector基于DaVinci Team工具，为软件开发人员提供可行的解决方案：

挑战：不同软件开发人员在同一项目中的SWC和BSW配置有不同的实现，合并这些不同的实现是一个重大的挑战。

解决方案：通过移除RTE，来解耦SWC和BSW，极大程度地避免了合并时的冲突问题。这个解决方案在第2.1节中有详细描述。

挑战：按计划进行的SWC集成时间过长，导致延迟发现问题，这可能会危及项目的里程碑。

解决方案：将集成决策前置（例如Runnable和Task的映射、端口映射、数据映射或NvM集成决策），以赋予SWC开发人员自行集成SWC与BSW的能力。这一概念在2.2节中有详细描述。

挑战：将SWC集成到BSW中通常涉及许多手动步骤，违背了敏捷开发的原则。

解决方案：DaVinci Team使用自动化Pipeline，可以自动执行SWC和BSW集成过程中的手动步骤。这个自动化Pipeline在2.3节中有详细描述。

Vector通过DaVinci Team提供解决方案，以实现敏捷和高效的AUTOSAR Classic ECU软件开发。工程师们可以通过基于多种工具的自动化Pipeline来独立工作。这一自动化过程可以简化大部分重复的工作步骤，避免集成过程中的冲突问题，集成时间滞后问题。