摘 要： 主要研究了汽車電控系統(tǒng)代碼自動生成技術(shù)的開發(fā)流程，以汽車車燈控制系統(tǒng)為例，應(yīng)用ORIENTAIS工具對基礎(chǔ)軟件和運行環(huán)境等進(jìn)行配置，實現(xiàn)底層驅(qū)動和實時交互層代碼的生成，應(yīng)用軟件組件的運行實體則通過Simulink完成開發(fā)，通過運用Stateflow完成運行實體內(nèi)部邏輯的設(shè)計，并完成了仿真模型的建立，邏輯層代碼采用Em-bedder Coder生成同底層驅(qū)動代碼、實時交互及邏輯層代碼進(jìn)行融合，進(jìn)行汽車試驗控制箱實驗，證明了代碼的準(zhǔn)確性。

　　關(guān)鍵詞： 汽車電控系統(tǒng); 代碼自動生成;Simulink

　　0 引言

　　隨著人們對汽車性能要求的不斷提高，汽車電控技術(shù)逐漸發(fā)展起來，為解決傳統(tǒng)封閉式汽車電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所帶來的問題，正逐步展開開放式汽車電控系統(tǒng)的研究，汽車電控系統(tǒng)為滿足不斷增加的需求復(fù)雜程度越來越高，針對特定問題不同制造商提供的解決方案也不盡相同，軟硬件系統(tǒng)難以兼容問題凸顯，為改善E/E復(fù)雜性管理問題，增強(qiáng)可移植性、可擴(kuò)展性，成為研究的重點。

　　1 電控系統(tǒng)開發(fā)流程

　　汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) ( AUTOSAR)包括架構(gòu)、方法學(xué)(在對軟件架構(gòu)信息進(jìn)行描述時采用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換格式)和應(yīng)用接口，由制造商、供應(yīng)商及工具開發(fā)商聯(lián)合開發(fā)，為車輛系統(tǒng)提供了通用軟件架構(gòu)(基于標(biāo)準(zhǔn)接口)。由SWC組成應(yīng)用層，采用虛擬功能總線(VFB，由RTE和BSW共同完成)實現(xiàn)SWC的獨立性，SWC間及其同底層的通信則通過RTE完成(通過提供一致的接口和服務(wù))，底層細(xì)節(jié)的屏蔽及SWC服務(wù)的提供由BSW負(fù)責(zé)。

　　結(jié)合Matlab并以AUTOSAR方法學(xué)的開發(fā)流程為依據(jù)，需先完成系統(tǒng)級設(shè)計(在Authoring Tool中)，再通過在Matlab/Simulink中導(dǎo)入系統(tǒng)描述文件完成SWC的提取，Runnable(SWC中)的設(shè)計則采用Stateflow完成，代碼生成后將SWC描述文件導(dǎo)出，在Authoring Tool中重新導(dǎo)入SWC描述文件，Runnable到BSW任務(wù)中的映射在RTE中完成，對Runnable進(jìn)行設(shè)計，并設(shè)置BSW各模塊(通過Authoring Tool完成)，實現(xiàn)底層驅(qū)動代碼的生成，在此基礎(chǔ)上對代碼進(jìn)行融合，電控系統(tǒng)的具體開發(fā)流程如圖1所示[1]。

　　2 電控系統(tǒng)代碼自動生成技術(shù)的生成

　　2.1 車燈系統(tǒng)SWC設(shè)計

　　本文主要以以汽車車燈控制系統(tǒng)為例，對汽車電控系統(tǒng)代碼自動生成技術(shù)的功能實現(xiàn)進(jìn)行研究，車燈系統(tǒng)主要包括信號和照明燈，將車燈系統(tǒng)分為5個SWC(根據(jù)功能劃分)具體如表1所示。

　　其中轉(zhuǎn)向燈通過CAN調(diào)試終端完成參數(shù)的發(fā)送、報文的修改(包括跳轉(zhuǎn)頻率和最小跳轉(zhuǎn)次數(shù))及車門狀態(tài)信息(四個車門的狀態(tài)由報文第1字節(jié)低4位分別表示)的查看。分配完SWC功能后，完成SWC、接口和數(shù)據(jù)類型的建立(在ORIENTAIS中)，本文不設(shè)計SWC Behavior(SWC的行為由于在概念上Simulink同 AUTOSAR具備較多的相通性，而得以在AUTOSAR開發(fā)過程中應(yīng)用，在AUTOSAR設(shè)計流程中，模型的邏輯功能的建立及模型邏輯功能正確性的仿真驗證主均需由Simulink負(fù)責(zé)完成，在汽車電控系統(tǒng)的設(shè)計過程中二者的對應(yīng)關(guān)系(常用術(shù)語)，如表2所示。

　　各SWC在將SWC封裝到部件的情況下則只能用虛擬子系統(tǒng)表示，SWC在Simulink模型中在配置SWC端口為服務(wù)器操作的情況下只能用模型表[3]。

　　(1)在Simulink中運行實體Runnable的實現(xiàn)本文以轉(zhuǎn)向燈應(yīng)用組件為例，介紹SWC邏輯功能的實現(xiàn)細(xì)節(jié)(在Simulink中)，在Simulink中導(dǎo)入系統(tǒng)描述文件(由ORIENTAIS生成)后，需對應(yīng)用組件SWC端口做出相應(yīng)的修改，具體的層次化實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。轉(zhuǎn)向燈應(yīng)用組件的內(nèi)部實現(xiàn)細(xì)節(jié)會對外屏蔽，輸入口和輸出口的預(yù)留個數(shù)分別為7個、3個，各SWC的首個端口均需預(yù)留給RTE觸發(fā)事件，運行時的環(huán)境(RTE)觸發(fā)事件控制信號連接其中前2個輸入口，內(nèi)部包含的2個由狀態(tài)圖實現(xiàn)的Runnable公用兩個輸入端口信號(GetMincycle和GetFlashFrm)，轉(zhuǎn)向燈邏輯狀態(tài)如圖2所示。

　　(2)Simulink仿真

　　在設(shè)計好SWC邏輯功能的基礎(chǔ)上，需在部件(composition)中封裝5個SWC，封裝組件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的提供由Composition負(fù)責(zé)，SWC和VFB間的通信不受影響，各Runnable RTE觸發(fā)事件的提供由Function Call Generator和Event Chart共同負(fù)責(zé)，各Runnable的RTE觸發(fā)事件相互獨立，同一Runnable禁止不同的 Runnable共用;實際環(huán)境的模擬則由Simulation Environment負(fù)責(zé)完成，信號輸入由其為車燈控制系統(tǒng)(各個車燈皆由開關(guān)控制)提供，同時輸出信號通過使用示波器觀察，采用脈沖發(fā)生器(周期為50 s、占空比為20%)代替開關(guān)，以便實現(xiàn)對輸出信號隨輸入信號變化情況的較為直觀的觀察，修改轉(zhuǎn)向燈閃爍頻率(通過CAN調(diào)試終端)采用以[3 1 4 2 1]為矢量輸出值的任意信號發(fā)生器(采樣周期為40 s)表示，仿真結(jié)果如圖3所示，觀察轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)輸出波形可知，其疏密度隨著閃爍頻率數(shù)值的更改而發(fā)生了變化，證明轉(zhuǎn)向燈閃爍頻率已改變。

　　(3)應(yīng)用代碼自動生成自動生成應(yīng)用層代碼通過使用Matlab/Embedded Coder(作為Matlab和Simulink 的功能補(bǔ)充主要負(fù)責(zé)為目標(biāo)系統(tǒng)創(chuàng)建C 代碼)工具完成，選擇系統(tǒng)目標(biāo)代碼文件為 autosar.tlc以確保為生成的代碼與AUTOSAR兼容，汽車車燈控制系統(tǒng)應(yīng)用代碼的生成通過Embedded Coder工具完成，生成的文件主要包括system.arxml(對內(nèi)部行為特征、SWC的接口、數(shù)據(jù)類型進(jìn)行描述)，system.c(主要由模型代碼、模型初始化及終止操作代碼等構(gòu)成)、system.h(負(fù)責(zé)模型函數(shù)的外部聲明，由模型輸入、模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與全局接口等構(gòu)成)。

　　(4)底層驅(qū)動代碼生成BSW各模塊的配置(同SWC設(shè)計同步進(jìn)行但相互分離)過程：先對同底層通信的信號進(jìn)行處理，為其分配相應(yīng)的引腳，接下來在ORIENTAIS 中對各模塊(包括 I/O，COM，OS，數(shù)據(jù)鏈路層，CAN總線及接口，硬件抽象層等)進(jìn)行配置，在模塊完成配置的基礎(chǔ)上實現(xiàn)相應(yīng)配置代碼的生成。

　　2.3 底層與應(yīng)用層代碼整合系統(tǒng)級設(shè)計SWC時只預(yù)留了通信接口(不顯示內(nèi)部具體行為)，需在ORIENTAIS中導(dǎo)入system.arxml(Embedded Coder的導(dǎo)出文件)完成內(nèi)部行為信息的提取，應(yīng)用層SWC 間及其與BSW間的通信通過RTE實現(xiàn)，按照具體功能優(yōu)先原則完成Runnable到操作系統(tǒng)任務(wù)的映射，具體的映射關(guān)系如表3所示。模塊的完全初始化通過InitTask完成，對MainFuncTask進(jìn)行周期性的調(diào)度實現(xiàn)通信功能(設(shè)定周期要求短)，Runnable(與CAN通信)信息對進(jìn)行不斷讀取和發(fā)送，應(yīng)用層的SWC通過配置完RTE生成的代碼對下層的基礎(chǔ)軟件進(jìn)行了封裝，并通過OS、COM 等下層基礎(chǔ)軟件功能的應(yīng)用完成同上層SWC組件間通信及周期控制，邏輯代碼同底層代碼最終通過RTE的使用實現(xiàn)無縫連接。

　　3 實驗檢測為檢測本文汽車燈控系統(tǒng)自動生成代碼的準(zhǔn)確性，在試驗 由圖4可知在改變閃爍頻率的過程中(從1.8 s到0.6 s再到2.4s)，轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)疏密變化明顯，符合肉眼觀察到的情況，證明了代碼的準(zhǔn)確性和可用性，使組件的復(fù)用性和軟件兼容性得以有效提升，有助于提高不同生產(chǎn)商間產(chǎn)品的互通性。

　　4 總結(jié)

　　本文主要研究了汽車電控系統(tǒng)代碼自動生成技術(shù)的開發(fā)流程，以汽車車燈控制系統(tǒng)為例，應(yīng)用ORIENTAIS工具對基礎(chǔ)軟件和運行環(huán)境等進(jìn)行配置，實現(xiàn)底層驅(qū)動和實時交互層代碼的生成，應(yīng)用軟件組件的運行實體及應(yīng)用層邏輯功能則通過Simulink完成開發(fā)，運行實體內(nèi)部邏輯的設(shè)計通過運用Stateflow完成，并完成了仿真模型的建立，邏輯層代碼采用Em-bedder Coder生成同底層驅(qū)動代碼、實時交互及邏輯層代碼進(jìn)行融合，實現(xiàn)代碼的無縫連接，進(jìn)行汽車試驗控制箱實驗，證明了代碼的準(zhǔn)確性和可用性，使組件的復(fù)用性和軟件兼容性得以有效提升，有助于縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高不同生產(chǎn)商間產(chǎn)品的互通性。

　　參考文獻(xiàn)

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　　(收稿日期： 2018.10.20)

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