基于AutoSAR規范的驅動代碼生成工具箱設計與實現*

馮輝宗，劉先東，蔣建春，邱寶梅

（重慶郵電大學 重慶高校汽車電子與嵌入式系統工程研究中心，重慶400065）

隨著汽車電子的飛速發展和代碼自動生成技術的出現，汽車電子控制系統實現了從建模、仿真到代碼自動生成的一體化開發,極大提高了生成代碼的效率、通用性及可移植性[1]。但是，汽車控制系統中驅動代碼卻依賴于特定的硬件與運行環境，主要還是以手工編寫代碼為主[2]。這種手工編寫代碼的方法存在大量的重復勞動，且代碼無法規范統一，可重用性不強、可讀性差。

所以，設計一款可以兼容多款處理器的驅動代碼工具，生成統一性、規范性和開發性代碼成為行業發展的趨勢。當前在汽車行業應用最廣的是德國dSPACE公司的Targetlink代碼生成工具和Mathworks公司的RTW代碼生成工具[3]。本文采用Matlab/Simulnik/RTW工具設計并實現了基于代碼生成技術的驅動工具箱，實現了汽車電控系統中驅動代碼生成的可靠性、安全性、高效性及可移植性。

1 AutoSAR規范驅動接口

汽車開放式系統架構標準AutoSAR(AuTomotive Open System ARchitecture)，主要可分為三層：應用層、運行時環境和基礎軟件。其中基礎軟件又包括系統服務、ECU抽象層和uC抽象層，所有驅動程序都包含在uC抽象層和ECU抽象層中。

本文依據AutoSAR規范中ECU抽象層和uC抽象層中硬件接口標準編寫驅動程序，組成驅動資源庫[4]。驅動程序按照硬件功能特點可分為四類：通用I/O硬件驅動、通信硬件驅動、存儲硬件驅動和微控制器驅動。其內容與結構如圖1所示。

圖1 微控制器抽象層

AutoSAR規范定義了汽車電控單元硬件驅動程序的接口規范，把驅動函數進行了標準化和模塊化，為驅動工具箱開發應用奠定了良好的基礎。

2 驅動代碼生成工具箱的設計與實現

2.1 設計方法

在Simulink/RTW平臺上設計基于AutoSAR規范的驅動代碼生成工具箱是通過建立S函數模塊配置參數并設計封裝入庫[5]來實現的。驅動工具箱的設計流程如圖2所示，具體內容如下：

(1)分析AutoSAR規范中驅動函數接口標準的內容，確定驅動應用代碼的內容。

(2)分析汽車電控系統中驅動代碼的需求，確定驅動應用代碼的格式。

(3)根據規范和需求確定驅動工具箱的設計方案，設計驅動工具箱為驅動配置功能模塊和驅動API功能模塊兩大類。

圖2 驅動工具箱設計流程圖

(4)編寫S函數，實現驅動配置功能模塊和驅動API功能模塊的參數變量。

(5)在Simulink平臺上建立S函數模塊并添加各功能模塊的參數變量。

(6)設計和封裝 S函數模塊內容及格式，實現驅動功能模塊的功能和創建驅動工具箱并添加到Simulink庫中。

(7)依據驅動工具箱的功能編寫代碼生成模板，實現驅動應用代碼自動生成。

2.2 實現

下面以驅動ADC模塊的實現為例詳細介紹驅動工具箱模塊的實現方法。

依據驅動工具箱的設計方案可知，驅動ADC功能模塊分為配置模塊和API模塊。ADC配置模塊實現不同處理器初始化配置；API模塊(即ADC驅動函數模塊)實現驅動函數接口的配置及函數的調用。ADC功能模塊實現的主要步驟及內容如表1所示。

ADC驅動模塊庫中配置模塊通過初始化相關參數的配置，實現不同處理器下驅動ADC使用時其相關的頭文件包含、配置文件生成、初始化結構體參數配置及ADC的API開關定義。ADC驅動API模塊由API函數接口變量的配置實現驅動函數與控制算法的無縫連接，并配置函數體參數實現API函數的正確調用。

表1 ADC功能模塊的實現內容

各驅動模塊設計封裝好后添加到Simulink庫中就完成了驅動工具箱的設計。圖3是驅動代碼生成工具箱各功能模塊的結構圖。

3 驅動工具箱代碼生成模板的設計與實現

代碼生成模板基于模塊TLC設計，其主要功能是驅動函數初始化代碼的實現和API函數調用代碼的實現[5]。

3.1 設計

基于RTW的代碼生成工具設計驅動工具箱代碼生成模板，主要包含系統目標TLC和驅動模塊TLC。系統目標TLC在Matlab7.1版系統目標osekworks.tlc基礎上修改，修改TLC組件的包含及相關文件名即可[6]。驅動工具箱代碼生成模板結構圖如圖4所示。

圖4 驅動工具箱代碼生成模板結構圖

驅動配置模塊TLC實現驅動初始化部分代碼的生成，驅動API模塊實現驅動函數調用代碼的生成。下面結合這兩類功能模塊TLC介紹驅動工具箱代碼生成模板的設計。

(1)驅動配置模塊TLC的設計

驅動配置模塊TLC結合配置模塊參數生成關聯芯片選擇的驅動初始化相關代碼，其主要內容可以分為三大部分，具體內容如下：

①頭文件包含代碼。TLC文件中由條件判斷語句判斷文件包含命令，再由TLC中文件內插入代碼語句實現頭文件包含代碼。

②配置文件與API開關代碼。TLC中首先判斷芯片選擇內容，再由配置文件生成語句實現對應的配置文件生成，最后在生成的配置文件中添加對應選擇芯片的驅動API開關代碼內容。

③用戶自定義函數與驅動初始化函數代碼。用戶自定義函數包含驅動初始化函數、實現用戶自定義驅動初始化函數功能。用戶自定義函數代碼包含main函數中的函數調用、頭文件中函數的聲明、源文件中函數體的定義等內容。驅動初始化結構體參數和初始化函數內嵌到自定義函數定義里。

(2)驅動API模塊TLC的設計

按照API模塊代碼生成模板功能，驅動API模塊TLC要實現的是API函數的調用代碼和函數返回值傳遞。API函數調用代碼包含函數及參數配置，在TLC中由獲取模塊參數值實現。函數返回值的傳遞由全局變量實現，在配置文件中對全局變量進行定義聲明。

3.2 實現

每個驅動模塊代碼生成模板實現方法都一致。下面以ADC為例分析驅動配置模塊TLC和驅動API模塊TLC介紹代碼生成模板的具體實現。

(1)ADC驅動配置模塊TLC的實現

ADC驅動模塊TLC內容分三部分，各部分通過條件選擇和配置文件實現與芯片選擇關聯。

①頭文件包含部分實現主要代碼如下：

#define ADC_GET_VERSION_INFO_API STD_ON

……. //各驅動 API開關添加

%closefile buffer

③配置文件與驅動初始化配置：在生成的配置文件中添加驅動初始化代碼，實現代碼如下：

%openfile buffer

void%＜SFcnParamSettings.APPFcnName＞()

{const Adc_ConfigType

%＜SFcnParamSettings.Adc_Config＞={

ADC驅動初始化結構體參數代碼}；

Adc_Init(&%＜SFcnParamSettings.Adc_Config＞);}

%closefilebuffer

(2)ADC驅動API模塊TLC的實現

驅動API模塊TLC中主要是函數參數配置與返回值傳遞，具體實現代碼如下：

%openfile buffer

Extern%＜SFcnParamSettings.DataBufferType＞

%closefile buffer

在生成源文件中插入以下代碼實現全局變量定義：

%openfile buffer

%＜SFcnParamSettings.DataBufferName＞={0};

%closefile buffer

4 驅動代碼生成工具箱的應用

驅動工具箱應用于BCM車窗控制系統中，實現車窗控制系統中驅動代碼的自動生成。

車窗控制系統中需要驅動的有兩部分：車窗控制函數的輸入信號由ADC采樣獲取；車窗控制函數輸出信號由DIO或者PORT實現對目標ECU管腳的輸出，完成對車窗的驅動。

使用Real-Time Workshop將Simulink模型轉化為代碼時，編譯器通過系統目標TLC并調用模塊對應的TLC文件，最終生成滿足目標ECU的C語言代碼。下面是RTW中驅動應用于車窗控制模型代碼自動生成的三個步驟：

第一步：修改Matlab中系統目標TLC文件osekworks.tlc。

第二步：配置模型參數配置對話框中的標簽頁對其中幾個標簽頁進行設置。

(1)Solver：設置 Solver類型為離散（discrete）固定步長（Fixed-step）；

(2)Real-Time Workshop：在該標簽頁中填寫系統目標osekworks.tlc，調用對應的模塊TLC文件來生成代碼。

第三步：代碼自動生成。 點擊Real-Time Workshop中的GenerateCode可以直接生成代碼。

從代碼生成報告中可看出，驅動應用部分代碼主要體現在包含驅動初始化代碼的配置文件和調用驅動API函數的車窗控制算法代碼文件中。下面是兩部分的驅動應用代碼生成的結果。

(1)Adc_App.c文件中ADC驅動初始化部分：

#include"Adc_App.h"

uint16 DataBufferPtr_FR[1]={0};

void Adc_APP_Init_FR()

{const Adc_ConfigType Adc_Config={

ADC_CHANNEL_3,

……}; //結構體參數配置

Adc_Init(&Adc_Config);

(2)車窗控制scan_MR_window_SW中ADC驅動應用：

unsigned char scan_MR_window_SW(old_AD)

{unsigned int AD_value,status;

Adc_APP_Init_MR();

Adc_SetupResultBuffer(ADC_GROUP_2,DataBuffer Ptr_MR);

本文采用Matlab/Simulink/RTW工具，結合AutoSAR驅動規范，提出了一種基于代碼生成技術的汽車電子底層驅動工具箱的設計方法。該方法能屏蔽芯片硬件特性的差異性，滿足不同硬件處理器要求。通過BCM車窗控制模型對驅動的應用，實現了代碼的自動生成。快速替換控制模型中的被控對象，極大地方便了汽車電子嵌入式控制系統底層驅動代碼的應用，提高了汽車電子控制系統的開發效率。

[1]齊振恒，孫中杰，李濤.RTW嵌入式代碼自動生成機制與代碼結構分析[J].計算機測量與控制，2010，18(3)：639-642.

[2]鄢化彪.構建RTW下的嵌入式系統開發環境.單片機與嵌 入 式 系 統 應 用[J].2007(1)：72-73.

[3]Real-Time workshop for use with Simulink[M].The Mathworks Inc.1999：5-26.

[4]王安軍，蔣建春，陳培然.符合AUTOSAR規范的底層驅動軟件開發[J].計算機工程，2011(9)：62-64、67.

[5]陳永春.從Matlab/Simulink模型到代碼實現[M].北京：清華大學出版社，2002：180-200.

[6]Hu Jinhui，Hu Dabin，Xiao Jianbo.Study of real-time simulation system based on RTW and Its application in warship simulator[C].Conference on Electronic Measurement&Instruments，2009：966-970.