汽車嵌入式系統開發方法、體系架構和流程

鄭 振，張仲穎

（湖北工業職業技術學院，湖北 十堰 442000）

1 研究嵌入式系統和汽車電子系統內涵

汽車電子產品可以對汽車行駛性能產生作用，如果依照其作用對它進行分類，大致分成兩類：①汽車電子控制裝置，有時還稱為“機電結合”的汽車電子裝置，它的作用主要體現在控制上，簡單來說它就是包括電子燃油噴射、防抱死、牽引力控制等控制系統；②車載汽車電子裝置，主要是指基于汽車環境的電子裝置，它的作用主要體現在信息的處理上，具體的有汽車信息系統、導航系統、車載通訊系統、電視娛樂系統等。作為汽車電子設備核心的汽車的嵌入式系統，主要是由軟件和硬件組成的，其中軟件主要是由操作系統、應用程序、引導程序，驅動程序等組成，硬件主要包括嵌入式微處理器、外圍接口電路、儲存器等。嵌入式系統中最為常見的形式就是往控制對象的內部嵌入系統，實現多個網絡之間的聯系，通過這種網絡化實現對內部外部信息的及時響應，最終構成一個復雜的反應式控制系統。

2 基本模型的開發方法

與汽車嵌入式系統正在朝著復雜化發展的同時，系統開發在時空跨度上也正在逐步變大，在此期間，基于模型的開發方法產生了，而且應用的十分廣泛。這一開發方法就是一種軟件設計方法，而且它也是基于模型，它的只有流程如下。第一步：在某種特定建模語言的支持下按照嵌入式系統的預期功能要求建立模型；第二步：針對軟件系統中那些比較關鍵的問題實行抽象化處理，在此期間描述系統解決方案；第三步：將系統模型在形式化的工具條件下進行驗證，讓嵌入式系統設計的準確性得到保障。概念設計和交流、設計信息文檔化和管理、系統分析與系統綜合是實現方法過程中的四個大方面，在此本文將對這四個方面進行簡要闡述：①概念設計和交流：為了實現概念的交流，將系統由一個或者多個可以共享的模型來表示是設計汽車嵌入式系統的核心內容，如果所建立的模型可以完整的描述系統的行為，那么驗證系統設計可以借助建立模型來實現。②設計信息文檔化和管理：在產品設計階段、生產階段、維護階段和回收階段中文檔都起到了舉足輕重的作用，但是目前文本的文檔管理的滯后性已經在實際中明顯的表現出來了，為此現在要想描述清楚信息與信息間關系就必須基于模型對信息進行管理。③系統分析：系統分析作為系統設計的驗證和推測手段，其方法就是通過分析結果進而判定目前所設計系統的行為能否達到預期要求，在汽車嵌入式系統開發過程中這一手段的作用特別明顯，也就是運行環境對系統有重要影響所以在汽車嵌入式系統設計過程中要隨時考慮其對系統的影響，為此在系統分析中這一技術手段比傳統驗證技術更加具有優勢。④系統綜合：利用專用工具直接生成或輔助生成系統運行過程中的相關文檔?，F在，多種自動綜合的應用在汽車嵌入式系統開發中已經得到了成功應用，其中基于模型的自動生成產品代碼最為常見，這個應用及時依靠圖形化工具或建模語言描述系統的特性與行為。

3 AUTOSAR的體系架構

（1）復雜驅動模塊主要就是操作復雜的執行器和傳感器。一般情況下時序問題經常影響復雜驅動模塊，就是說在AUTOSAR沒有經過標準化處理的情況下，在復雜驅動層將會有這類模塊的映射。

（2）運行環境層主要為應用層提供所需要的通訊服務，另外ECU具體應用直接影響著PTE層的實現，就是必須分別實現每個ECU。

（3）抽象化處理ECU結構是ECU抽象層的主要功能，簡單的說就是有外設ECU的聯接方式等；各硬件接口的統一化一般是有微控制器的抽象層（MCAL）來實現，就是對硬件進行相應處理，由此避開微控制器中的寄存器直接連接到高層軟件。

（4）服務、操作、通訊等系統模塊組成了服務層，基礎軟件和應用模塊的操作系統服務、ECU狀態管理和診斷服務、汽車網絡通訊與管理服務、存儲服務等都由服務層提供。

（5）執行器軟件組件、傳感器、應用軟件等是應用層組件，其中借助PTE實現ECU資源訪問和內部通訊的是軟件組件。

4 基于V模式的開發流程

開發環境、編程環境、測試環境在V模式開發流程中系統是允許相同的，此外還可以針對開發過程中所涉及步驟進行準確驗證。在簡化和加速開發流程方面基于V模式的開發方法起到了十分重要的作用。下面的圖4-1清晰地表達了基于V模式的開發流程。由圖可知，有五個重要步驟決定了基于V模式的開發流程，它們具體是指：①需求定義與功能設計；②快速控制原型（RCP）；③測試與標定；④硬件環境（HIL）；⑤目標代碼生成。下面將對這五個步驟進行簡要介紹。

圖4 -1基于V模式的開發流程

（1）需求定義與功能設計。根據MATLAB/Simulink環境和系統的預期功能要求，開展圖形化建立模型，以此為基礎建立所控制對象模型和控制器模型，在此期間對兩者進行離線仿真和實地分析。

（2）快速控制原型構。隨時構建仿真模型，并且在原型系統中直接載入所建模型，使其連接實際所要控制的對象，進而方案的可行性利用測試來驗證。

（3）測試與標定。測試與標定ECU抽象層就是該環節的主要任務，并對ECU參數進行靈活調整

（4）硬件環境。讓整個系統在真實的控制器中進行測試，為此系統運行環境和被控對象靈活采用實時物體和仿真模型。

（5）目標代碼生成。利用Targetlik或EmbeddedCode等軟件轉化模型，進而實現產品自動生成代碼的目的。

5 結語

綜上所述，系統的開發方法、體系架構、開發流程直接影響著汽車嵌入式系統開發的高效性和可靠性。本文筆者簡要闡述了企業的嵌入式系統的開發方法、體系架構與開發流程。通過研究可以發現，基于模型的開發方法、AUTOSAR的體系架構、基于V模式的開發流程很大程度上可以使汽車嵌入式系統開發體系的可靠性和完整性得到保證。