汽車信息物理系統(tǒng)設(shè)計的挑戰(zhàn)

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汽車信息物理系統(tǒng)設(shè)計的挑戰(zhàn)

信息物理系統(tǒng)涉及嵌入式系統(tǒng)、控制理論、實時系統(tǒng)和軟件工程之間的相互作用。信息物理系統(tǒng)設(shè)計的一個很好例子出現(xiàn)在汽車架構(gòu)和軟件上。現(xiàn)代高檔車有50～100個處理器或電子控制單元（ECU），通過公共汽車的網(wǎng)絡(luò)（例如控制器局域網(wǎng)和FlexRay車載網(wǎng)絡(luò)）進行交流。在如此復(fù)雜的環(huán)境下，傳統(tǒng)的控制理論方法開始瓦解，因為控制工程師只關(guān)心高級植入和控制器模型，在設(shè)計控制器時，執(zhí)行情況如消息延遲、抖動和任務(wù)執(zhí)行時間沒有被充分考慮。因此，有必要采用更全面的信息物理系統(tǒng)設(shè)計方法。本文列舉實例闡述如何實現(xiàn)此系統(tǒng)設(shè)計、目前的研究成果以及學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界所面臨的挑戰(zhàn)。

汽車車載網(wǎng)絡(luò)由100個電子控制單元、傳感器和驅(qū)動器組成，在共享資源的網(wǎng)絡(luò)上運行大量的封閉控制循環(huán)，如發(fā)動機控制單元、車身控制子系統(tǒng)、底盤控制和自適應(yīng)巡航控制等。通過一些分布式任務(wù)實現(xiàn)各種功能，并在共享的網(wǎng)絡(luò)上交換信息。這些應(yīng)用程序取決于在電子控制單元ECU上運行的操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)和物理組件緊密關(guān)聯(lián)的必要性需要引入新的設(shè)計模式。

在現(xiàn)代汽車中，需要進行反饋控制循環(huán)設(shè)計。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是以一個解耦的方式執(zhí)行控制器并實現(xiàn)平臺設(shè)計，這往往會導(dǎo)致一個不夠優(yōu)化和過于保守的設(shè)計方案。本文的幾個設(shè)計實例表明，整體信息物理系統(tǒng)設(shè)計方法更適合復(fù)雜設(shè)計。此設(shè)計方法包括兩個方面：①聯(lián)合控制/結(jié)構(gòu)設(shè)計或協(xié)同設(shè)計；②設(shè)計過程中利用特殊屬性的控制應(yīng)用程序。設(shè)計實例展示了總體設(shè)計的重要改進。

Dip Goswami et al. 2012 International Conference on Embedded Computer Systems (SAMOS), Samos 16-19 July 2012.

編譯：李古建