基于AUTOSAR的汽車電子控制系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)分析

熊輝文 龔春輝 陳維濤

摘 要：在汽車的電子控制系統(tǒng)當(dāng)中，由于其具有的復(fù)雜化和硬件配置的多樣性特征，在研發(fā)過程中需要保證嵌入式軟件的兼容性以及可靠性，同時(shí)滿足日益縮短的開發(fā)周期。鑒于此國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)都在引進(jìn)AUTOSAR架構(gòu)，本文分析基于AUTOSAR的汽車電子控制系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)。

關(guān)鍵詞：AUTOSAR;汽車電子控制系統(tǒng);嵌入式軟件

0 前言

當(dāng)今電子設(shè)備在汽車研發(fā)中所占比重攀升，項(xiàng)目開發(fā)周期一再壓縮，對(duì)嵌入式軟件提出的考核指標(biāo)也日趨提升，從業(yè)人員開發(fā)能力面臨了更高的挑戰(zhàn)。汽車的電子系統(tǒng)具有多樣性的特征，在ECU軟件開發(fā)過程中會(huì)受到硬件影響，為將這種硬件差異帶來的影響降到最低，引入AUTOSAR軟件架構(gòu)，致力于實(shí)現(xiàn)汽車電子產(chǎn)品軟件開發(fā)過程通用性，提高汽車電子嵌入式軟件開發(fā)效率及可靠性。

1 AUTOSAR以及嵌入式軟件開發(fā)的作用

（1）AUTOSAR概念。AUTOSAR是現(xiàn)階段全球汽車研發(fā)主流使用的統(tǒng)一開發(fā)性系統(tǒng)框架標(biāo)準(zhǔn)。在該體系當(dāng)中，規(guī)范了ECU開放式嵌入軟件的結(jié)構(gòu)，定義了軟件模塊標(biāo)準(zhǔn)接口，同時(shí)AUTOSAR是一種分布式的系統(tǒng)控制軟件開發(fā)類型，能夠應(yīng)用基于模型以及分布式的系統(tǒng)描述方法，實(shí)現(xiàn)代碼自動(dòng)生成。（2）作用性。AUTOSAR制定了相應(yīng)軟件模型規(guī)范及軟件開發(fā)接口規(guī)范，明確了ECU的開發(fā)流程，于設(shè)計(jì)工程師而言上，由于規(guī)則明確，減少彼此偏差澄清，溝通成本。于汽車主機(jī)廠而言，使用AUTOSAR架構(gòu)，可獲得更大采購(gòu)自由度，在供應(yīng)商之間建立分布式開發(fā)，增加設(shè)計(jì)靈活性來創(chuàng)新功能，提升了經(jīng)濟(jì)收益。在進(jìn)行AUTOSAR體系的研發(fā)中，通過設(shè)置冗余的方式提升系統(tǒng)的可靠性，并通過故障注入方法來進(jìn)行系統(tǒng)可靠性驗(yàn)證，其可靠性主要表現(xiàn)在如下：首先是能夠及時(shí)的控制錯(cuò)誤事件的進(jìn)一步蔓延，并且在發(fā)生故障時(shí)候，可以對(duì)其剩下系統(tǒng)進(jìn)行隔離保護(hù)，并對(duì)一些關(guān)鍵性信息數(shù)據(jù)可靠保護(hù)。

2 AUTOSAR體系結(jié)構(gòu)

（1）微控制器抽象層。在這一層軟件是對(duì)ECU所使用的主控芯片抽象，其本質(zhì)為IC驅(qū)動(dòng)程序，和芯片的選型緊密相關(guān)，將對(duì)芯片寄存器操作都封裝成一個(gè)AUTOSAR規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)接口，使上層軟件運(yùn)用不再受到硬件的限制。（2）ECU抽象層。提供了ECU應(yīng)用相關(guān)服務(wù)，對(duì)于ECU抽象層而言，包含了ECU所有的輸入輸出，比如AD，ID，PWM，直接實(shí)現(xiàn)ECU的應(yīng)用層功能，可以讀取傳感器狀態(tài)，也可以控制執(zhí)行器的輸出，不同領(lǐng)域的ECU抽象層設(shè)計(jì)差異較大。（3）服務(wù)層。服務(wù)層是基礎(chǔ)軟件的頂層，提供ECU非應(yīng)用相關(guān)服務(wù)，分為通信服務(wù)，內(nèi)存服務(wù)，系統(tǒng)服務(wù)3大部分，對(duì)ECU應(yīng)用層功能提供輔助支持，包含諸如操作系統(tǒng)OS，CAN，LIN網(wǎng)絡(luò)管理，內(nèi)存管理，診斷管理，ECU狀態(tài)管理等模塊。（4）運(yùn)行環(huán)境RTE。作為AUTOSAR架構(gòu)中最為重要的核心，提供了應(yīng)用層中不同組件之間信息交互，應(yīng)用層組件和基礎(chǔ)軟件之間的信息交互，匯總了所有需要和軟件體外部交互的接口，從而將應(yīng)用層和底層隔離;在RTE之上軟件架構(gòu)風(fēng)格從“分層”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖M件風(fēng)格”;從某種意義上來看，設(shè)計(jì)符合AUTOSAR架構(gòu)的系統(tǒng)就是設(shè)計(jì)RTE。（5）復(fù)雜驅(qū)動(dòng)層。對(duì)于執(zhí)行器和傳感器運(yùn)行關(guān)聯(lián)密切的模塊，因涉及比較嚴(yán)格的時(shí)序問題，因而在AUTOSAR中暫未作標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一，這些特殊功能模塊可直接映射到復(fù)雜驅(qū)動(dòng)層，由開發(fā)人員根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行開發(fā)。

3 基于AUTOSAR汽車電子控制系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)流程

AUTOSAR宗旨在于建立獨(dú)立于硬件的分層軟件架構(gòu)，為實(shí)施應(yīng)用提供方法論，制定車輛應(yīng)用接口規(guī)范。作為應(yīng)用軟件整合標(biāo)準(zhǔn)以便軟件架構(gòu)在不同的汽車平臺(tái)復(fù)用，有利于車輛電子系統(tǒng)軟件的交換與更新，提供了高效管理愈來愈復(fù)雜的車輛電子、軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。為保障軟件研發(fā)過程中具有較高的通用性，研發(fā)團(tuán)隊(duì)之間信息交互使用重新定義的基于ARXML文件格式文件。

（1）輸入描述。在軟件開發(fā)前期分析擬開發(fā)車輛功能需求，E-E架構(gòu)設(shè)計(jì)，OEM規(guī)范法規(guī)等要求，編寫系統(tǒng)配置輸入描述文件，包含如下3個(gè)部分：1）軟件組件SWC描述：系統(tǒng)所涉及軟件組件的接口信息，數(shù)據(jù)，操作，軟件組件SWC所需要的資源，運(yùn)行機(jī)制等;2）ECU資源描述：系統(tǒng)中每個(gè)ECU所擁有的硬件能力，主要包含處理器、傳感器、執(zhí)行器，存儲(chǔ)器、通信外部設(shè)備、引腳分配等;3）系統(tǒng)約束描述：整車的公共信息描述，包含網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄐ啪仃?，OEM規(guī)范要求，協(xié)議等。（2）系統(tǒng)配置。系統(tǒng)配置的功能主要是在資源和時(shí)序關(guān)系的前提下，將軟件組件映射到各個(gè)ECU上，借助系統(tǒng)配置生成器生成系統(tǒng)配置描述文件，該描述文件包含總線映射之類的所有系統(tǒng)信息和軟件組件與某個(gè)ECU的映射關(guān)系，將（1）中3種文件導(dǎo)入系統(tǒng)配置工具中，生成系統(tǒng)配置描述文件，該描述文件就是整車描述文件。（3）ECU配置。根據(jù)系統(tǒng)配置描述文件提取單個(gè)ECU相關(guān)信息，如ECU通信矩陣、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，映射到該ECU上的所有軟件組件等，提取出來的信息生成ECU提取文件。根據(jù)這個(gè)提取文件對(duì)ECU進(jìn)行配置，例如操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度，必要的BSW模塊及其配置，運(yùn)行實(shí)體到任務(wù)的分配等，從而生成ECU配置描述文件。該描述文件包含了特定ECU所有信息，可根據(jù)該文件設(shè)計(jì)和開發(fā)軟件。（4）ECU軟件生成。根據(jù)ECU配置描述文件中配置信息，生成RTE和基礎(chǔ)軟件配置代碼，在編譯器軟件中完成基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用層軟件組件的集成，最終生成ECU的可執(zhí)行代碼。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，一旦以上前三個(gè)階段有文檔信息變更，均需要重新生成ECU軟件。

在最后的階段，需要對(duì)其生成的ECU軟件進(jìn)行真實(shí)ECU測(cè)試，在測(cè)試的過程中出現(xiàn)嵌入軟件不符合預(yù)期，或者相關(guān)的硬件信息發(fā)生了更新變化，這個(gè)時(shí)候就需要對(duì)其ECU軟件進(jìn)行相應(yīng)的更新，同時(shí)需對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行整體性的優(yōu)化處理，使得能夠?qū)⑾到y(tǒng)調(diào)整到最優(yōu)狀態(tài)。

4 總結(jié)

基于AUTOSAR的汽車電子控制系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)分析可知，AUTOSAR提供了一個(gè)渠道讓原先相對(duì)落后的公司借助AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)或AUTOSAR軟件服務(wù)商從而快速將自身軟件成熟度及穩(wěn)定性提升一個(gè)臺(tái)階，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)眾多汽車企業(yè)都在研究這一領(lǐng)域，并進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)下的模塊研發(fā)工作，持續(xù)在該領(lǐng)域自主創(chuàng)新，是汽車企業(yè)未來發(fā)展的必經(jīng)之路。

參考文獻(xiàn)：

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