基于AUTOSAR的空調控制器軟件架構設計

江　艷，蔣先慶（泛亞汽車技術中心有限公司，上海　201201）

?

基于AUTOSAR的空調控制器軟件架構設計

江艷，蔣先慶
（泛亞汽車技術中心有限公司，上海201201）

摘要：基于AUTOSAR架構設計空調控制器的軟件架構，形成基礎軟件和應用軟件的模塊化和平臺化，可實現根據不同項目、不同車型、不同功能配置和不同硬件選擇相應的軟件模塊，進行裁剪、移植和集成，從而縮短項目的軟件開發周期并降低開發成本。

關鍵詞：AUTOSAR；空調控制器；軟件架構

傳統汽車電子控制器軟件開發周期漫長，已經無法滿足現代社會快速增長多樣化的功能需求。軟件開發周期漫長主要是因為應用軟件和底層基礎軟件之間以及它們各自之間缺乏兼容性接口。當硬件發生變化時，基礎軟件需要耗費很多時間去調整接口和更改代碼；當新需求或新功能增加時，應用軟件也需要花費大量的精力調整接口和更改代碼；當相同功能在不同ECU之間互換時，有的甚至需要重新開發軟件。為了解決這些問題，AUTOSAR（AUTomotive Open System Architecture，汽車開發系統架構）從系統方法論、軟件架構、應用功能接口和一致性測試等4個方面對汽車電子軟件架構工具鏈進行全面定義和約束，并提出虛擬功能總線的概念。即模塊化，將功能分為很多原子類型的軟件構件（Software Component，SWC），所有SWC之間的信息交換都是通過虛擬功能總線完成［1］。當前人們對汽車舒適性的要求越來越高，空調控制器的功能也在不斷增加，不同項目不同配置對空調控制器的要求也不同，隨著科技的進步，硬件的更新換代更快，為了適應這些變化，有效地縮短軟件開發的周期和成本，基于AUTOSAR架構開發一款平臺化的空調控制系統軟件是非常必要和有價值的。

1　AUTOSAR架構

AUTOSAR是由全球主要汽車生產廠商、零部件供應商、軟硬件和電子工業等企業（如BMW、BOSCH、Continental、DAIMLER、Ford、OPEL、PSA、TOYOTA、VW等）共同制定的汽車開放式系統架構標準。其主要目的是建立標準的ECU開放式嵌入式軟件架構，并為ECU軟件架構中的軟件模塊定義統一的AUTOSAR標準接口及標準API（Application Programming Interface，應用編程接口）等，以達成提高軟件品質、增加軟件復用便利性的目標［2］。

AUTOSAR將汽車電子軟件架構抽象成3個層：應用層（Application，APP）、運行時環境（Runtime Environment，RTE）和基礎軟件層（Basic Software，BSW），如圖1所示。應用層以實現控制器的功能邏輯為主，是核心開發內容，現如今功能的更改和新增周期很快，這部分是軟件開發的重點內容，也需最大的工作量。基礎軟件層從功能實現上來看大部分控制器使用的功能都是類似的，但實際上又是和硬件強相關，所以當硬件變化時很多開發工作必須重新進行。在當前電子技術日新月異的背景下，硬件的變化又是頻率相當高的，該部分也要能夠滿足快速開發要求。運行時環境就是定義的統一標準接口，銜接應用層和基礎軟件層，使得應用軟件與ECU的映射無關，并將應用層和基礎軟件層組成一個完整的軟件整體。

圖1　AUTOSAR標準架構

2　空調控制系統簡介

汽車空調系統是為汽車提供取暖、制冷、除霜、空氣凈化和濕度調節等功能，其主要組成部分見圖2。汽車空調系統主要有手動空調（拉索空調）、電動空調（電機控制）和自動空調（單區、雙區、三區、四區等）。此處討論的空調控制器軟件架構主要是針對電動空調和自動空調，手動空調不在此范圍內。

圖2　空調系統組成

在不同的功能應用（如電動、單區自動、雙區自動、三區自動、四區自動等）下，傳感器的數量（是否有車內傳感器，是否有空氣質量傳感器及管道傳感器布置個數等）、核心的控制算法（手動控制還是自動控制）以及輸出控制的對象（步進電機還是直流電機、定排壓縮機還是變排壓縮機等）都會有區別，因此，如何設計一個好的軟件架構，能夠在不同項目、不同配置車型應用時支持最小的開發工作量和開發成本，是本架構的重點。

圖3　應用軟件層架構

3　空調控制系統軟件架構設計

3.1基礎軟件架構

本文將基礎軟件層架構分為4部分：系統服務層、ECU抽象層、微控制器抽象層、復雜驅動層［3］。系統服務層用于提供應用層可用的服務，包括操作系統、存儲服務、診斷與通信服務。ECU抽象層主要包括板載驅動抽象、存儲硬件抽象、通信硬件抽象和輸入輸出抽象，使得應用層軟件與硬件設計無關。微控制器抽象層主要包括微處理器驅動、存儲驅動、通信驅動和輸入輸出驅動，使得應用層軟件與微處理器型號無關。復雜驅動層用于提供復雜傳感器和執行器的驅動，使得重要的應用模塊可以直接訪問硬件資源。

基礎軟件層利用模塊化的設計，可以方便地根據不同的要求對模塊進行選擇和組合，以構成不同功能和功能相同但性能不同、規格不同的產品。基礎軟件層重要的是具有可配置性，對整個功能模塊要可裁剪，如某個項目上ECC（Electronic Climate Control，空調控制器）不需要EEPROM（Electronically Erasable Programmable Read Only Memory，電子可擦可編程只讀存儲器）功能時，那么此ECC上就可以不包括這個模塊的功能代碼；對功能模塊內部實現可配置，以適用不同硬件要求，這樣ECC在切換不同硬件時，可根據實際硬件配置選擇對應的功能內部代碼。

3.2應用軟件架構

在本架構中將ECC應用軟件層劃分為傳感器模塊、邏輯控制模塊和執行器模塊，見圖3，其中LF（Left Front）、RF（Right Front）、LR（Left Rear）、RR （Right Rear）分別代表空調的左前區、右前區、左后區、右后區。傳感器模塊主要負責ECC所有傳感器數據的采集、濾波、數值轉換，以及ECC所有用戶按鍵的采集、濾波。邏輯控制器模塊主要根據用戶設定輸入、各個傳感器數值、車輛狀態、配置設定等，計算出各個執行器最佳的執行狀態，以達到車內最舒適的環境和最經濟的油耗。執行器主要按照邏輯控制模塊計算出的最佳狀態，進行輸出控制以及相關診斷等。

一個好的軟件架構，不僅僅是要滿足所有功能的需求，還需要能夠很好地實現系統的性能和品質需求。本架構設計，在軟件性能上，應用層和基礎軟件層都可以在平臺軟件上根據實際項目、實際的硬件條件進行選擇性配置，極大地減少了實際的代碼量，提升了ECU的性能，在軟件品質上具有很高的安全性、可擴展性、可重用性、可移植性、很好的維護性和易理解性。

為了更好地滿足用戶對舒適性和功能性的要求，空調系統功能需求會不斷更新和變化。本軟件架構設計各個功能模塊劃分具有很好的獨立性，并且基于傳感器單元、邏輯控制單元、執行器單元進行劃分控制，對于日后的功能擴展非常便利。如為了改善車內空氣品質，新增負離子發生器，即可在原架構基礎上，開發負離子功能邏輯控制代碼和執行器代碼，分別加入對應單元即可，與其他模塊的交互直接通過RTE讀取和設定即可。

本軟件架構是一個平臺化的架構軟件。僅通過修改配置標定或者根據配置選擇需要模塊，即可實現不同項目和不同空調配置的軟件要求；軟件的重用性和利用率非常好，開發人員不需要為每個項目單獨費時費力進行處理。如單區空調，只要在平臺軟件中選擇溫度控制、風量控制、模式控制大的SWC中單區小SWC代碼即可。

為了適應整車設計時，不同項目和車型會存在同一功能點于不同ECU上實現，本軟件架構將這類功能需求設計成獨立模塊，接口的定義精簡只存在物理性的輸入和輸出交互，這樣就能很好地在不同ECU之間進行移植和復用。如后除霜功能或者是某個執行器的實現被挪入其他的ECU上，即可將獨立的后除霜功能和對應執行器的代碼整體挪入其他ECU，內部代碼無需更改和開發，直接配置對應的RTE接口和基礎軟件即可實現。

本架構不僅大模塊間按照面向物理對象進行劃分，并且各個模塊內也根據功能需求點進行構造，每個功能點、每個函數功能獨立，不產生交叉影響，這樣對代碼的理解和后續修改都是非常便利和簡單的，大大減少了代碼錯誤率的產生。

4　總結

本文主要基于AUTOSAR開發了空調控制器的軟件架構設計，將應用軟件和基礎軟件之間和各自內部都通過通用接口進行通信，并實現模塊化，可以根據實際不同的項目、車型配置和硬件選擇，在平臺化軟件基礎上，直接裁剪或者挪動模塊代碼，提高了ECC代碼的復用性和移植性，大大減少了代碼開發的周期和成本。本文設計的架構目前已在別克新英朗和下一代GL8車型上得到較好的運用。

參考文獻：

［1］陳虹.自主汽車電子軟件架構技術戰略解析與規劃［J］.汽車技術，2010（6）：1-5.

［2］李震，劉敏.基于AUTOSAR的整車電子電氣架構設計方法［J］.機電一體化，2012（11）：73-76.

［3］AUTOSAR官方.AUTOSAR Specification Software Architecture.Release 4.2［OL］.［2015-07-15］.http://www.autosar.org/specifications/release-42.

（編輯楊景）

Software Architecture Design of Air Conditioning Controller Based on AUTOSAR

JIANG Yan，JIANG Xian-qing
（Pan Asia Technical Automotive Center Co.，Ltd.，Shanghai 201201，China）

Abstract：The software architecture for air conditioning controller is described in this paper，to realize modularization of software，and platform application software.According to different programs，vehicle types，functional configure and hardware，it could cut out and migrate the software modules to reduce the time and cost of software development program based on this architecture.

Key words：AUTOSAR；air conditioning controller；software architecture

中圖分類號：U463.851

文獻標識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）06－0060－03

收稿日期：2015-11-20；修回日期：2015-12-08

作者簡介：江艷（1986-），女，四川人，碩士，工程師，研究方向為汽車空調電子軟件開發；蔣先慶（1986-），男，江蘇人，工程師，研究方向為Autosar汽車電子架構模塊開發。