作者 | 不可說

出品 | 汽車電子與軟件

#01 前  言

      汽車軟件SWC（Software Component）的概(gai)念主要來源(yuan)於Autosar（Automotive Open System Architecture）架構，代表著汽車電子控(kong)製器中的軟件組件/單元，用以實現某些功能。         

      在SWC設計之前，需要進行一係列(lie)的準(zhun)備和規劃工作，以確保後續設計的順(shun)利進行和項(xiang)目的成功實施。

      這些工作主要包括以下兩個方麵：         

      1. 需求分析

      明確功能需求：首先，需要明確SWC需要實現的具體功能，包括輸(shu)入輸(shu)出、處理邏輯、性能要求等。這通常來自(zi)於項(xiang)目工程師或產品經理的需求文檔。

      劃分功能模塊：將整體功能需求細分為不同的功能模塊，這些模塊將對應不同的SWC。這有助於實現功能的模塊化設計，提高(gao)代碼的可維護性和複用性。         

      2. 係統架構設計

      在明確功能需求的基礎(chu)上，需要設計整體的係統架構，包括SWC之間的層(ceng)次關係和交(jiao)互方式。AUTOSAR架構是一個常用的選(xuan)擇(ze)，它提供了標準(zhun)化的軟件架構和接口規範。         

      下麵會提供一種需求分析思路與流程。  

#02 需求分析關聯方及(ji)流程  

      SA ：system architect 係統架構師
      FO ：function owner 功能負責人

SWC正向(xiang)設計流程         

1、用例與功能係統設計 

      用例，即Use Case；來源(yuan)於用戶需求；可以由功能負責人分析、設計；
      用例（Use Case）驅動(dong)的開發方法(fa)是一種軟件開發策(ce)略(lue)，它強調(diao)以用戶為中心的設計思想，確保整個開發過程緊密(mi)圍繞用戶的實際(ji)需求進行。這種方法(fa)的核(he)心在於，從(cong)用戶的視角出發，而非單純從(cong)技術或開發人員的便利性角度，來識別、定義和實現係統的功能需求。
      具體而言，它包含(han)以下幾個關鍵步驟和特性：

1. 用戶參與與需求捕獲；

   
   

2. 用例編寫：基於收集(ji)到的用戶需求，開發團隊會將這些需求轉化為具體的用例描(miao)述。每個用例都(du)詳細描(miao)述了用戶（或係統外部實體）與係統進行交(jiao)互的目的、前置條件、主要流程（包括成功路徑和異常路徑）、後置條件等，從(cong)而形成一個清晰的、可驗證(zheng)的需求模型(xing)。

   
   

3. 係統外部視角：用例驅動(dong)的開發方法(fa)特別重視從(cong)係統外部觀察(cha)係統的使用情況。這意味著開發人員需要跳(tiao)出技術實現的細節，站在用戶的角度去思考係統應該如何(he)工作，以及(ji)用戶在使用過程中可能會遇到哪些問題(ti)。這種視角有助於避(bi)免(mian)“內部人”思維，確保係統設計符合用戶的真實需求和使用習慣。

   
   

4. 迭代開發與驗證(zheng)：隨著用例的逐步細化，開發團隊會基於這些用例進行迭代開發。

   
   

5. 持續反(fan)饋與調(diao)整：整個開發過程中，開發團隊與用戶之間保持密(mi)切溝通，及(ji)時收集(ji)用戶反(fan)饋。根據(ju)反(fan)饋結果，開發團隊可以對用例進行必要的調(diao)整和優(you)化，以確保係統始終能夠滿足(zu)用戶的實際(ji)需求。

         根據(ju)上麵分析的步驟，可以給出如下用例圖的示例，當然也(ye)完全可以用文字(zi)陳列(lie)；

          

参与者：用户

      係統：主駕座(zuo)椅(yi)加熱係統

      連線表示用戶與用例之間的關聯         

      如果用文字(zi)表述，需要分清晰層(ceng)次來說明用例，如：

      用例名：UC01-主駕座(zuo)椅(yi)加熱2檔
      前置條件：座(zuo)椅(yi)加熱狀態為關閉(bi)&主駕有人
      操作：手動(dong)點擊屏幕主駕座(zuo)椅(yi)加熱虛擬按鍵

      後置狀態：座(zuo)椅(yi)加熱開到2擋            

      如果需求完善，且(qie)實際(ji)硬件支持錯(cuo)誤檢測，可以補(bu)充異常路徑：         

      異常路徑 ：弹窗提示，開啟失敗

2、能力設計 

      PC（Product Capabilities） 或者VC（Vehicle Capabilities）：

      是構成產品功能實現基石(shi)的核(he)心概(gai)念，它源(yuan)自(zi)於精心設計的架構平台(tai)。在這個平台(tai)上，PC/VC被明確定義為一係列(lie)可複用、可組合的基本功能單元，這些單元共同支撐起(qi)產品複雜多樣的功能體係。在產品的功能設計階段，開發團隊需要深入理解和挖掘PC/VC所提供的豐富能力，作為構建具體功能特性的基礎(chu)。         

      具體而言，每當麵臨新的業務需求或用戶用例時，設計者們會首先審視並篩選(xuan)適(shi)用的PC/VC單元。這些PC/VC單元就像(xiang)一塊塊積木，通過不同的組合方式，能夠靈活、高(gao)效地搭建出滿足(zu)特定需求的功能模塊。此過程要求設計者對PC/VC有深刻(ke)的理解，能夠準(zhun)確判(pan)斷哪些PC/VC能夠直接應用，哪些需要通過微調(diao)或擴展來滿足(zu)特定需求。         

      PC 的設計需要遵循如下原則：

1. PC具有唯一性：PC的唯一性體現在每個能力單元在係統中的身份識別上都(du)是獨一無二的。這意味著，在定義PC時，我們會為每個能力賦(fu)予(yu)一個明確的、不重複的名稱(chen)和標識，以確保在整個產品開發周(zhou)期內，無論是設計、開發還是維護階段，都(du)能準(zhun)確無誤地引(yin)用和識別這些能力。這樣的唯一性有助於避(bi)免(mian)功能重疊和混淆，確保產品功能的清晰劃分和高(gao)效實現。

   
   

2. PC具有獨立性：PC的獨立性是指(zhi)每個能力單元在邏輯上是自(zi)洽的，不依賴(lai)於其他PC的具體實現細節。這意味著，一個PC可以獨立地被設計、測試和維護，而不必考慮它與其他PC之間的內部交(jiao)互細節。這種獨立性提高(gao)了係統的可維護性和可擴展性，使得(de)開發者可以專(zhuan)注於優(you)化單個PC的性能和穩定性，而不必擔心對其他部分造(zao)成影(ying)響。    

   
   

3. PC的顆粒度不能太小：在定義PC時，需要仔(zi)細考慮其顆粒度大小。顆粒度過小會導致PC數量過多，增加係統設計的複雜性和維護成本；而顆粒度過大則可能使得(de)PC過於龐大，難(nan)以複用和組合。因此，合理的PC顆粒度應該是既(ji)能夠清晰地表達功能需求，又能夠保持足(zu)夠的複用性和組合靈活性。一般來說，PC應該聚(ju)焦於解決一類相似的問題(ti)或實現一組緊密(mi)相關的功能。

   
   

4. PC的重用性：PC的重用是提升產品開發效率和質量的關鍵。通過定義可複用的PC，我們可以在不同的產品、項(xiang)目或功能模塊中重複使用這些能力單元，減少重複勞動(dong)和錯(cuo)誤。為了實現PC的重用，我們需要建立一套(tao)完善的PC庫，並對PC進行詳細的文檔化和版本管理。這樣，當新的需求出現時，開發者可以快速搜(sou)索和找(zhao)到合適(shi)的PC進行複用，從(cong)而加速產品的開發進程。

        根据(ju)上述划分的原则，可以设计如下的PC来实现上面举例的UC； 

UC示意圖             

3、模塊設計 

      即Module Design

      System Architect在接收到Function Owner的PC需求后，会组织一次跨部门或团队的会议，需要全面评估这些需求对系统整体架构的影(ying)响。会议参与者可能包括硬件专(zhuan)家(jia)、软件开发者、项(xiang)目经理及(ji)其他相关利益方。通过集(ji)体讨论，团队会首先探索是否可以利用现有系统中的PC资源(yuan)来满足(zu)新功能的需要。         

      如果经过综合考量，确定现有PC无法(fa)满足(zu)新功能的要求，或者采用现有PC会导致不必要的复杂性和成本增加，System Architect会提出新增PC的提议。接下来，System Architect将负责将新增PC的需求细化为具体的规格参数，并依据(ju)系统架构的逻辑和功能模块的划分，将这些PC资源(yuan)合理地分配至最(zui)适(shi)合的Module。         

      在分配过程中，System Architect会确保新增PC能够无缝(feng)集(ji)成到现有的系统架构中，同时保持各(ge)模块间的独立性和可扩展性。如果遇到没有直接对应的Module来容纳新增PC的情况，System Architect将承担起(qi)创建新Module的责任。这包括定义新Module的边界、功能范围、与其他模块的交(jiao)互接口以及(ji)所需的集(ji)成策(ce)略(lue)，以确保新Module的引(yin)入不会破坏(huai)系统的整体稳定性和性能。         

      整个过程中，System Architect还会与Function Owner保持紧密(mi)沟通，确保新增PC的需求得(de)到充分理解和满足(zu)，并在必要时对设计方案进行调(diao)整，直至达成双(shuang)方认可的最(zui)优(you)解决方案。         

      可以设计如下的Module来实现上面举例的PC，在实际(ji)开发中要注意PC的实现不能重复或者遗漏：         

  

Module示意圖

4、模塊部署 

      在詳細規劃與實現過程中，首先需明確每個Module（模塊）的具體功能及(ji)其所需的輸(shu)入輸(shu)出接口、處理邏輯、以及(ji)預(yu)期的性能指(zhi)標。隨後，基於這些詳盡的功能定義，我們可以將各(ge)個Module逐一分配到對應的電子控(kong)製係統中去實現，這一過程涉及(ji)以下幾個關鍵步驟以確保清晰性、具體性和條理性：         

      功能細化與分類：首先，對每個Module的功能進行細化分析，識別出哪些是數據(ju)處理功能、哪些是控(kong)製邏輯功能、哪些是通信接口功能等。根據(ju)功能類型(xing)，將Module劃分為不同的類別，如傳感器數據(ju)處理模塊、執(zhi)行器控(kong)製模塊、通信協議轉換模塊等。         

      係統匹配與選(xuan)擇(ze)：根據(ju)已劃分的Module類別，評估現有的電子控(kong)製係統的技術特點、處理能力、接口資源(yuan)及(ji)成本效益，為每個類別的Module選(xuan)擇(ze)最(zui)合適(shi)的電子控(kong)製係統。這一步驟需要綜合考慮係統的可擴展性、可維護性、以及(ji)與現有係統或設備的兼容性。         

      接口定義與協議製定：為選(xuan)定的電子控(kong)製係統與Module之間定義清晰的接口規範，包括物理接口（如GPIO、串口、網口等）、通信協議（如CAN、Modbus、Ethernet/IP等）、數據(ju)格式與傳輸(shu)速率等。確保Module與控(kong)製係統之間能夠順(shun)暢、高(gao)效地進行數據(ju)交(jiao)換和控(kong)製指(zhi)令的傳遞。            

      根據(ju)設計部署經驗及(ji)原則，上述兩個Module均可部署在車身控(kong)製器中；

部署示例      

#03 小  結

      至此，我們可以認為已經完成了軟件組件（SWC）設計前期的核(he)心任務——軟件需求分析。這一階段的成功標誌著我們對係統需求有了全麵而深入的理解，並能夠將這些需求轉化為具體的軟件功能要求。然而，上述描(miao)述僅(jin)代表了一種理想化的正向(xiang)設計流程概(gai)覽，僅(jin)提供了一個清晰的起(qi)點和方向(xiang)。         

      在實際(ji)的軟件與係統開發過程中，往(wang)往(wang)會遇到遠比(bi)理論描(miao)述更為複雜多變的場(chang)景。UC與Module之間的追溯關係錯(cuo)綜複雜，它們之間不僅(jin)存在直接的映射(she)，還可能涉及(ji)多對多、層(ceng)級嵌套(tao)或相互依賴(lai)的關係。這種複雜性要求我們在設計過程中保持高(gao)度的靈活性和嚴(yan)謹性，以確保每一個功能需求都(du)能被準(zhun)確無誤地映射(she)到相應的軟件模塊上，同時保證(zheng)模塊間的接口清晰、耦合度低，便於後續的維護和擴展。           為了有效應對這些挑(tao)戰，我們可以考慮引(yin)入一係列(lie)先進的工具和技術來輔助設計管理。例如，利用需求管理工具來跟蹤和管理需求變更，確保所有相關方對需求的理解保持一致；采用UML（統一建模語言）或SysML（係統建模語言）等建模工具來構建係統的邏輯架構和物理架構，直觀展示UC與Module之間的追溯關係；通過版本控(kong)製係統來管理設計文檔和代碼，確保設計的一致性和可追溯性；以及(ji)利用自(zi)動(dong)化測試工具來驗證(zheng)設計實現是否符合需求規格說明，提高(gao)軟件質量。不過工具隻(zhi)是輔助手段，應權衡利弊，不應被其複雜的操作所拖(tuo)累(lei)。