基于AUTOSAR的汽車電子控制系統嵌入式軟件開發分析

熊輝文 龔春輝 陳維濤

摘 要：在汽車的電子控制系統當中，由于其具有的復雜化和硬件配置的多樣性特征，在研發過程中需要保證嵌入式軟件的兼容性以及可靠性，同時滿足日益縮短的開發周期。鑒于此國內外汽車行業都在引進AUTOSAR架構，本文分析基于AUTOSAR的汽車電子控制系統嵌入式軟件開發。

關鍵詞：AUTOSAR;汽車電子控制系統;嵌入式軟件

0 前言

當今電子設備在汽車研發中所占比重攀升，項目開發周期一再壓縮，對嵌入式軟件提出的考核指標也日趨提升，從業人員開發能力面臨了更高的挑戰。汽車的電子系統具有多樣性的特征，在ECU軟件開發過程中會受到硬件影響，為將這種硬件差異帶來的影響降到最低，引入AUTOSAR軟件架構，致力于實現汽車電子產品軟件開發過程通用性，提高汽車電子嵌入式軟件開發效率及可靠性。

1 AUTOSAR以及嵌入式軟件開發的作用

（1）AUTOSAR概念。AUTOSAR是現階段全球汽車研發主流使用的統一開發性系統框架標準。在該體系當中，規范了ECU開放式嵌入軟件的結構，定義了軟件模塊標準接口，同時AUTOSAR是一種分布式的系統控制軟件開發類型，能夠應用基于模型以及分布式的系統描述方法，實現代碼自動生成。（2）作用性。AUTOSAR制定了相應軟件模型規范及軟件開發接口規范，明確了ECU的開發流程，于設計工程師而言上，由于規則明確，減少彼此偏差澄清，溝通成本。于汽車主機廠而言，使用AUTOSAR架構，可獲得更大采購自由度，在供應商之間建立分布式開發，增加設計靈活性來創新功能，提升了經濟收益。在進行AUTOSAR體系的研發中，通過設置冗余的方式提升系統的可靠性，并通過故障注入方法來進行系統可靠性驗證，其可靠性主要表現在如下：首先是能夠及時的控制錯誤事件的進一步蔓延，并且在發生故障時候，可以對其剩下系統進行隔離保護，并對一些關鍵性信息數據可靠保護。

2 AUTOSAR體系結構

（1）微控制器抽象層。在這一層軟件是對ECU所使用的主控芯片抽象，其本質為IC驅動程序，和芯片的選型緊密相關，將對芯片寄存器操作都封裝成一個AUTOSAR規定的標準接口，使上層軟件運用不再受到硬件的限制。（2）ECU抽象層。提供了ECU應用相關服務，對于ECU抽象層而言，包含了ECU所有的輸入輸出，比如AD，ID，PWM，直接實現ECU的應用層功能，可以讀取傳感器狀態，也可以控制執行器的輸出，不同領域的ECU抽象層設計差異較大。（3）服務層。服務層是基礎軟件的頂層，提供ECU非應用相關服務，分為通信服務，內存服務，系統服務3大部分，對ECU應用層功能提供輔助支持，包含諸如操作系統OS，CAN，LIN網絡管理，內存管理，診斷管理，ECU狀態管理等模塊。（4）運行環境RTE。作為AUTOSAR架構中最為重要的核心，提供了應用層中不同組件之間信息交互，應用層組件和基礎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，從而將應用層和底層隔離;在RTE之上軟件架構風格從“分層”轉變為“組件風格”;從某種意義上來看，設計符合AUTOSAR架構的系統就是設計RTE。（5）復雜驅動層。對于執行器和傳感器運行關聯密切的模塊，因涉及比較嚴格的時序問題，因而在AUTOSAR中暫未作標準化統一，這些特殊功能模塊可直接映射到復雜驅動層，由開發人員根據實際需要進行開發。

3 基于AUTOSAR汽車電子控制系統嵌入式軟件開發流程

AUTOSAR宗旨在于建立獨立于硬件的分層軟件架構，為實施應用提供方法論，制定車輛應用接口規范。作為應用軟件整合標準以便軟件架構在不同的汽車平臺復用，有利于車輛電子系統軟件的交換與更新，提供了高效管理愈來愈復雜的車輛電子、軟件系統的基礎。為保障軟件研發過程中具有較高的通用性，研發團隊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。在軟件開發前期分析擬開發車輛功能需求，E-E架構設計，OEM規范法規等要求，編寫系統配置輸入描述文件，包含如下3個部分：1）軟件組件SWC描述：系統所涉及軟件組件的接口信息，數據，操作，軟件組件SWC所需要的資源，運行機制等;2）ECU資源描述：系統中每個ECU所擁有的硬件能力，主要包含處理器、傳感器、執行器，存儲器、通信外部設備、引腳分配等;3）系統約束描述：整車的公共信息描述，包含網絡拓撲，通信矩陣，OEM規范要求，協議等。（2）系統配置。系統配置的功能主要是在資源和時序關系的前提下，將軟件組件映射到各個ECU上，借助系統配置生成器生成系統配置描述文件，該描述文件包含總線映射之類的所有系統信息和軟件組件與某個ECU的映射關系，將（1）中3種文件導入系統配置工具中，生成系統配置描述文件，該描述文件就是整車描述文件。（3）ECU配置。根據系統配置描述文件提取單個ECU相關信息，如ECU通信矩陣、拓撲結構，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。根據這個提取文件對ECU進行配置，例如操作系統任務調度，必要的BSW模塊及其配置，運行實體到任務的分配等，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，可根據該文件設計和開發軟件。（4）ECU軟件生成。根據ECU配置描述文件中配置信息，生成RTE和基礎軟件配置代碼，在編譯器軟件中完成基礎軟件和應用層軟件組件的集成，最終生成ECU的可執行代碼。在實際應用的過程中，一旦以上前三個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，需要對其生成的ECU軟件進行真實ECU測試，在測試的過程中出現嵌入軟件不符合預期，或者相關的硬件信息發生了更新變化，這個時候就需要對其ECU軟件進行相應的更新，同時需對其系統進行整體性的優化處理，使得能夠將系統調整到最優狀態。

4 總結

基于AUTOSAR的汽車電子控制系統嵌入式軟件開發分析可知，AUTOSAR提供了一個渠道讓原先相對落后的公司借助AUTOSAR標準或AUTOSAR軟件服務商從而快速將自身軟件成熟度及穩定性提升一個臺階，現階段國內眾多汽車企業都在研究這一領域，并進行系統標準下的模塊研發工作，持續在該領域自主創新，是汽車企業未來發展的必經之路。

參考文獻：

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