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汽車電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化促進(jìn)了汽車電子技術(shù)變革。本書從汽車電子的學(xué)科特點(diǎn)和技術(shù)基礎(chǔ)出發(fā)，介紹了汽車電子硬件、通信和軟件架構(gòu)的發(fā)展過程和動(dòng)因，總結(jié)了各個(gè)階段的技術(shù)特征，并闡述了硬件技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程；介紹了汽車通信技術(shù)的發(fā)展過程，重點(diǎn)介紹了CAN、CAN FD、CAN XL、FlexRay、MOST等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及車載以太網(wǎng)技術(shù)及其關(guān)鍵協(xié)議；詳述了汽車電子基礎(chǔ)軟件AUTOSAR CP和AUTOSAR AP相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用方向；論述了面向服務(wù)的軟件架構(gòu)（SOA）的基本概念、發(fā)展過程、結(jié)構(gòu)模型等，并對SOA的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)流程和市場實(shí)踐進(jìn)行了簡介；分析了汽車電子V模式開發(fā)、敏捷開發(fā)的理念和技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了OTA升級技術(shù)的基本概念、發(fā)展過程以及對智能汽車的重要意義。
本書可作為汽車電子與軟件的專業(yè)課教材，也可作為汽車電子與軟件系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員、科研人員、研究生的參考用書。

汽車電子是同濟(jì)大學(xué)非常有特色的專業(yè)方向，同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院開設(shè)汽車電子嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程已經(jīng)有20多年的時(shí)間了。2010年我所編寫的《汽車嵌入式系統(tǒng)：原理、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》講述了汽車嵌入式系統(tǒng)的基本概念、基礎(chǔ)知識，重點(diǎn)介紹了汽車電子嵌入式系統(tǒng)獨(dú)具特色的開發(fā)方法、軟件架構(gòu)和開發(fā)流程，作為教材沿用至今。
近十多年來，汽車行業(yè)形勢發(fā)生了巨大變化：一是汽車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生了革命，電動(dòng)化成為汽車行業(yè)的潮流，因此，汽車電子的控制對象增加了電機(jī)、電池、燃料電池等電源和電驅(qū)動(dòng)單元，并因此增加了大量電力電子的內(nèi)容；二是自動(dòng)駕駛和智能座艙作為電動(dòng)底盤的上層建筑，得到了快速發(fā)展，自動(dòng)駕駛所需的環(huán)境感知、智能決策技術(shù)以及智能座艙所需的人機(jī)交互、信息娛樂和車載通信技術(shù)與傳統(tǒng)汽車電子面向機(jī)電系統(tǒng)控制的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)有很大的不同，因此引起了汽車電子的根本性改變，這個(gè)改變不僅僅體現(xiàn)在應(yīng)用層，更體現(xiàn)在底層的電子電氣和軟件架構(gòu)上。
電子與軟件架構(gòu)的核心是建立異構(gòu)、分布式電子系統(tǒng)的規(guī)范化框架，統(tǒng)一面向物理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和面向人車路一體全生命周期的智能信息處理，其規(guī)范化的核心是定義功能和接口，為有機(jī)融合底層硬件、通信協(xié)議、操作系統(tǒng)、用戶軟件和開發(fā)工具奠定基礎(chǔ)。本書系統(tǒng)梳理了以上基本概念、發(fā)展邏輯和基礎(chǔ)體系。
全書從汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的背景出發(fā)，引出了一個(gè)面向?qū)崟r(shí)控制和復(fù)雜多元信息處理的汽車電子新體系；車載通信介紹了汽車主干網(wǎng)從LIN/CAN總線向車載以太網(wǎng)的發(fā)展過程及核心技術(shù)；基礎(chǔ)軟件從OSEK規(guī)范的設(shè)立及其實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開始講起，其目的是與《汽車嵌入式系統(tǒng)：原理、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》銜接，重點(diǎn)介紹了包括AUTOSAR CP、AUTOSAR AP在內(nèi)的新型軟件架構(gòu)；此后介紹了面向服務(wù)的軟件架構(gòu)SOA的基本概念、發(fā)展過程、結(jié)構(gòu)模型和設(shè)計(jì)實(shí)踐；最后介紹了汽車電子系統(tǒng)開發(fā)流程，包括V模式、敏捷開發(fā)模式和空中軟件升級技術(shù)。
本書主要面向高校汽車、計(jì)算機(jī)相關(guān)學(xué)院、科研機(jī)構(gòu)的學(xué)生和教師，汽車企業(yè)、汽車電子零部件企業(yè)的科研人員等。本書既可以用作汽車電子與軟件的入門級教材，也可用作汽車電子與軟件系統(tǒng)開發(fā)的參考工具書，本書可以和《汽車嵌入式系統(tǒng)：原理、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》配合使用，以更全面地理解智能電動(dòng)汽車的汽車電子技術(shù)面臨的主要問題以及在解決問題中發(fā)展出來的核心概念、取得的關(guān)鍵技術(shù)及積累的知識體系。
由于作者水平所限，本書疏漏之處在所難免，請各位讀者不吝批評指正。

編　　者

序
前言
第1章　汽車電子與軟件架構(gòu)
1.1　汽車電子與軟件架構(gòu)發(fā)展背景 001
1.2　汽車電子與軟件架構(gòu)概述 003
1.3　汽車電子拓?fù)浼軜?gòu)的演進(jìn)過程 005
1.3.1　基于CAN總線的分布式控制架構(gòu) 005
1.3.2　分布到集中的動(dòng)力系統(tǒng)及基于域控制器的架構(gòu) 006
1.3.3　拓?fù)浼軜?gòu)集中的趨勢及其演變 009
1.3.4　集成式與分布式的對比 011
1.3.5　汽車電子拓?fù)浼軜?gòu)演進(jìn)路線 012
1.4　汽車電子硬件架構(gòu)及實(shí)例 013
1.4.1　芯片級架構(gòu) 014
1.4.2　控制器級架構(gòu) 018
1.5　本章小結(jié) 021
思考題 021
第2章　車載通信網(wǎng)絡(luò)
2.1　車載通信網(wǎng)絡(luò)概述 022
2.1.1　通信網(wǎng)絡(luò)的基本概念 022
2.1.2　車載通信網(wǎng)絡(luò)概述 032
2.2　傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)及其發(fā)展 034
2.2.1　CAN總線 034
2.2.2　MOST總線 036
2.2.3　LIN總線 036
2.2.4　FlexRay總線 036
2.2.5　CAN FD總線 037
2.2.6　CAN XL總線 041
2.3　車載以太網(wǎng) 042
2.3.1　車載以太網(wǎng)簡介 044
2.3.2　以太網(wǎng)物理層基本概念 051
2.3.3　車載以太網(wǎng)物理層規(guī)范 054
2.3.4　車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層 058
2.3.5　車載以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議棧 060
2.4　面向服務(wù)的協(xié)議SOME/IP 065
2.4.1　SOME/IP消息頭格式 066
2.4.2　SOME/IP通信模式 067
2.4.3　服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SOME/IP- SD 069
2.5　基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信AVB/TSN 070
2.5.1　以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性需求與AVB/TSN 070
2.5.2　時(shí)鐘同步 072
2.5.3　調(diào)度和流量整形 076
2.5.4　通信路徑選擇和容錯(cuò) 081
2.6　本章小結(jié) 082
思考題 082
第3章　軟件架構(gòu)與基礎(chǔ)軟件
3.1　汽車軟件開發(fā)中面臨的挑戰(zhàn)及其解決思路 083
3.2　分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)架構(gòu) 087
3.2.1　OSEK OS簡介 087
3.2.2　OSEK COM簡介 093
3.2.3　OSEK NM簡介 096
3.3　面向?qū)崟r(shí)控制的統(tǒng)一架構(gòu)及AUTOSAR CP 097
3.3.1　AUTOSAR CP介紹 097
3.3.2　AUTOSAR CP的基本分層架構(gòu) 098
3.3.3　AUTOSAR CP的軟件組件 099
3.3.4　AUTOSAR CP應(yīng)用接口 102
3.3.5　AUTOSAR VFB 103
3.3.6　運(yùn)行時(shí)環(huán)境 107
3.3.7　基礎(chǔ)軟件層 110
3.3.8　AUTOSAR CP方法論 126
3.3.9　AUTOSAR OS 131
3.4　軟件統(tǒng)一架構(gòu)及自適應(yīng)AUTOSAR AP 133
3.4.1　AUTOSAR AP介紹 133
3.4.2　AUTOSAR AP分層架構(gòu) 136
3.4.3　AUTOSAR AP的通信 137
3.5　AUTOSAR AP的應(yīng)用程序生命周期管理 143
3.5.1　狀態(tài)管理、執(zhí)行管理與操作系統(tǒng)之間的關(guān)系 143
3.5.2　應(yīng)用程序的生命周期管理 145
3.5.3　整機(jī)的狀態(tài)管理 149
3.6　AP功能集群概覽及方法論 154
3.6.1　AP的存儲管理 154
3.6.2　AP功能集群概覽 154
3.6.3　AUTOSAR AP方法論 156
3.7　本章小結(jié) 158
思考題 158
第4章　面向服務(wù)的架構(gòu)
4.1　SOA的概念解析 159
4.1.1　SOA的定義 159
4.1.2　SOA在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用背景 159
4.1.3　SOA在企業(yè)IT架構(gòu)中的應(yīng)用 160
4.1.4　汽車軟件SOA的概念解析 165
4.1.5　汽車軟件SOA架構(gòu) 167
4.2　SOA在汽車中應(yīng)用的基礎(chǔ)和支撐 169
4.2.1　高性能高集成芯片 169
4.2.2　多功能異構(gòu)操作系統(tǒng) 171
4.2.3　高帶寬車載以太網(wǎng) 171
4.3　中間件 171
4.3.1　中間件的含義 171
4.3.2　從中間件角度看SOME/IP及其應(yīng)用 172
4.3.3　中間件DDS概念及其應(yīng)用前景 175
4.4　SOA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 179
4.4.1　AUTOSAR AP中SOA的架構(gòu)設(shè)計(jì) 179
4.4.2　PREEvision中SOA的設(shè)計(jì) 183
4.5　汽車SOA架構(gòu)的市場實(shí)踐 186
4.6　本章小結(jié) 188
思考題 188
第5章　軟件開發(fā)流程及其OTA升級
5.1　汽車軟件發(fā)展背景 189
5.1.1　汽車軟件發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn) 189
5.1.2　基于模型的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 190
5.1.3　SOA架構(gòu)中的開發(fā)流程 191
5.2　汽車軟件開發(fā)流程 192
5.2.1　V模式開發(fā)流程 192
5.2.2　敏捷開發(fā)流程 195
5.2.3　功能安全 199
5.3　汽車軟件的OTA升級 202
5.3.1　ECU基于Bootloader的升級 202
5.3.2　ECU基于OTA的升級 203
5.3.3　OTA升級的優(yōu)缺點(diǎn) 205
5.3.4　OTA升級的發(fā)展現(xiàn)狀 206
5.4　本章小結(jié) 207
思考題 208
后記與致謝
參考文獻(xiàn)

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