汽车电子系统中节点任务分配方法研究

论文摘要

随着汽车电子化的发展，汽车上ECU的数量不断增加，现代中高档汽车上含有高达70多个ECU，这些ECU通过多种总线互联成一个复杂的分布式系统。各ECU相互通信，协同完成设定的任务和功能。依据AUTOSAR设计方法学，ECU的功能是在汽车电子软件的设计阶段通过静态任务分配的方式实现的，已经证明该问题是一个具有Np-难属性的组合优化问题。如何设计合理可行的启发式任务分配方法，以达到优化系统可靠性和负载均衡等性能目标成为当前研究的热点。本文结合汽车电子系统的特点及其高度网络化、智能化发展趋势，从静态任务分配和动态任务分配两个方面分别探索了以可靠性和负载均衡为优化目标的任务分配方法，其主要工作如下：首先，概述了AUTOSAR软件架构及基于AUTOSAR架构的汽车电子软件开发方法，通过分析AUTOSAR环境下软件开发的特点提出了支持静态任务分配和动态任务分配研究的抽象模型，并定义了解决任务分配问题需满足的相关约束条件。其次，以可靠性优化为目标，提出了一种改进的粒子群优化算法。在基本粒子群优化算法的基础上，重新设计了粒子的位置、速度和适应度函数，成功求解了这一组合优化问题。同时，通过在算法的迭代过程中引入一种新的变异操作提高了解的精度，一定程度上克服了粒子群优化算法容易陷入局部最优的不足。实验仿真表明该算法具有良好的有效性和可行性。最后，对ECU节点任务的动态分配问题进行了研究，在分析任务执行模型和定义节点资源QoS的基础上提出了一种基于节点资源QoS的动态任务分配方法。实验表明该方法基本实现了节点负载平衡，有利于提高系统资源利用率和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 中国汽车产业发展现状
• 1.2.2 AUTOSAR 标准概述
• 1.2.3 AUTOSAR 基本方法概述
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 相关研究
• 2.1 引言
• 2.2 AUTOSAR 软件架构
• 2.3 汽车电子软件开发方法
• 2.3.1 基于 AUTOSAR 的软件开发方法
• 2.3.2 AUTOSAR 环境下的任务分配问题
• 2.4 支持运行时配置的动态汽车电子系统概述
• 2.4.1 动态汽车电子系统优势分析
• 2.4.2 动态汽车电子系统相关技术简介
• 2.4.3 动态汽车电子系统的应用场景及任务分配
• 2.5 小结
• 第3章 汽车电子系统中节点任务分配模型
• 3.1 引言
• 3.2 任务分配问题描述
• 3.2.1 任务分配模型
• 3.2.2 任务分配相关约束
• 3.2.3 任务间通信模型
• 3.2.4 相关形式化
• 3.2.5 任务分配问题的划分
• 3.3 任务分配问题求解方法综述
• 3.4 小结
• 第4章 一种面向汽车系统可靠性优化的任务分配方法
• 4.1 引言
• 4.2 总体思路
• 4.3 系统可靠性分析
• 4.3.1 ECU 可靠性的计算
• 4.3.2 任务通讯路径可靠性的计算
• 4.3.3 系统可靠性计算
• 4.4 资源约束及广义目标函数
• 4.4.1 ECU 的 CPU 负载约束
• 4.4.2 ECU 的内存消耗约束
• 4.4.3 广义目标函数
• 4.5 改进的粒子群优化算法
• 4.5.1 基本粒子群优化算法
• 4.5.2 改进的粒子群优化算法
• 4.6 实验结果及分析
• 4.7 小结
• 第5章 基于节点资源 QoS 的动态任务分配方法
• 5.1 引言
• 5.2 动态任务分配问题描述
• 5.3 基于节点资源 QoS 的动态任务分配方法
• 5.3.1 节点资源 QoS（Quality of Service）的计算
• 5.3.2 动态任务分配方法（DTAM）
• 5.4 实验结果及分析
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目）