AUTOSAR 规范中的设计模式：传感器执行器模式

在 AUTOSAR Adaptive Platform (AP) 规范中，传感器执行器模式是一种典型的设计模式，主要用于实时控制系统中，用来实现传感器数据的获取和执行器指令的发送。该模式通过分离传感器和执行器的实现，使其独立运行并且能够通过某种通信机制进行数据交换，以确保数据的实时性和系统的可扩展性。

以下是一个简单的 C++ 示例代码，展示如何在符合 AUTOSAR AP 规范的传感器执行器模式中实现温度控制系统。该系统包含一个传感器组件用于获取温度数据，一个控制器用于决策，并将信号发送到一个执行器来调整温度。

示例：温度控制系统

• 传感器：模拟温度传感器，定期产生温度数据。
• 控制器：根据温度数据决定是否触发加热或冷却。
• 执行器：接受控制信号，并在加热或冷却中做出相应动作。

代码实现

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <atomic>
#include <functional>
#include <random>

// 模拟传感器接口
class TemperatureSensor {
public:
    TemperatureSensor() : temperature(20.0) {}

    double readTemperature() {
        // 模拟温度读取
        std::random_device rd;
        std::mt19937 gen(rd());
        std::uniform_real_distribution<> dis(-0.5, 0.5);
        temperature += dis(gen); // 温度随时间变化
        return temperature;
    }

private:
    double temperature;
};

// 执行器接口
class HeaterActuator {
public:
    void activateHeater() {
        std::cout << "Heater ON" << std::endl;
    }

    void deactivateHeater() {
        std::cout << "Heater OFF" << std::endl;
    }
};

// 控制器类
class TemperatureController {
public:
    TemperatureController(TemperatureSensor& sensor, HeaterActuator& actuator)
        : sensor(sensor), actuator(actuator), is_running(true) {}

    void startControlLoop() {
        controlThread = std::thread([this]() {
            while (is_running.load()) {
                double currentTemp = sensor.readTemperature();
                std::cout << "Current Temperature: " << currentTemp << "°C" << std::endl;

                if (currentTemp < desiredTemperature - threshold) {
                    actuator.activateHeater();
                } else if (currentTemp > desiredTemperature + threshold) {
                    actuator.deactivateHeater();
                }

                std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
            }
        });
    }

    void stopControlLoop() {
        is_running.store(false);
        if (controlThread.joinable()) {
            controlThread.join();
        }
    }

    void setDesiredTemperature(double temp) {
        desiredTemperature = temp;
    }

private:
    TemperatureSensor& sensor;
    HeaterActuator& actuator;
    std::atomic<bool> is_running;
    std::thread controlThread;
    double desiredTemperature = 22.0; // 目标温度
    double threshold = 1.0; // 温度波动阈值
};

// 主程序，创建组件并运行控制循环
int main() {
    TemperatureSensor sensor;
    HeaterActuator actuator;
    TemperatureController controller(sensor, actuator);

    controller.setDesiredTemperature(22.0);  // 设置目标温度
    controller.startControlLoop();

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(10)); // 运行10秒
    controller.stopControlLoop();

    return 0;
}

代码说明

1. TemperatureSensor：模拟传感器的功能，每次调用 readTemperature 方法时都会产生一个温度数据。

2. HeaterActuator：模拟执行器，包含加热器的开关控制方法。

3. TemperatureController：作为控制器，持续从传感器获取温度数据并进行处理。当温度低于目标温度一定阈值时启动加热器；反之则关闭。

4. 主程序：设置温度目标，并启动控制循环，运行 10 秒后停止循环。

运行结果示例

Current Temperature: 21.5°C
Heater ON
Current Temperature: 22.3°C
Heater OFF
Current Temperature: 21.8°C
Heater ON
...

总结

在该实现中，传感器和执行器彼此独立，通过控制器的逻辑来连接各自的功能。在实际应用中，传感器和执行器的通信可以通过 AUTOSAR 的 RTE（运行时环境）或服务接口来实现，以实现松耦合和可扩展性。