基于模型設計嵌入式ECU的自動代碼生成研究

應世明，張宏雙Ying Shiming，Zhang Hongshuang

基于模型設計嵌入式ECU的自動代碼生成研究

應世明，張宏雙
Ying Shiming，Zhang Hongshuang

( 1.長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000；2.河北省汽車技術創新中心，河北 保定 071000）

基于ASAP（zur Standardisierung von Applikationssystemen，應用系統標準化工作小組）標準架構提到的數據庫管理方式，應用Excel完成ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）系統的數據管理。利用MATLAB軟件完成ASAP數據庫自動生成，實現數據導入、用于a2l文件生成模型創建、頭文件修改及地址替換。最終生成可執行文件*.a2l，滿足對標定系統中的變量進行標定或觀測的需求。

標準架構；標定系統；數據管理；自動生成

0 引 言

ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）標定是指根據整車或者整車上ECU的性能要求（動力性、經濟性等），對ECU內部參數修改、校正、優化的過程。在項目開發的不同階段對控制系統的功能需求不相同，因此會有不同的標定需求。對于控制代碼的自動化生成，標定系統的ASAP（zur Standardisierung von Applikation ssystemen，應用系統標準化工作小組）數據庫自動更新標定數據的信息，保證對控制系統中的重要變量進行標定及觀測[1-3]。

1 ASAP標準

ASAP工作組制定了目前廣泛使用的標準化接口和通信協議。標準化接口的通信協議有利于實現不同汽車ECU之間數據交互的一致性。ASAP標準架構定義了ASAP1、ASAP2和ASAP3 3個標準的關系，如圖1所示。

ASAP1定義了ASAP控制設備與MCD（Measurement Calibration Diagnostic，觀測標定診斷系統）之間物理和邏輯連接的接口標準。ASAP2提供了不同控制設備之間的接口、測量數據、標定數據、數據存儲格式、數據轉換方法的規范化定義。控制設備的標準信息使用基于XML(eXtensible Markup Language，可擴展標記語言)技術的A2L文件描述，描述控制設備內部數據的存儲細節，實現數據和應用的分離，有利于提高MCD系統的通用性。ASAP3作為MCD系統與用戶應用層之間的接口，提供MCD系統的測量、標定和診斷等功能的標準化函數的調用[4-5]。

圖1 ASAP標準架構

2 集成編譯架構

通常以V流程為指導方針的開發目標采用模型與數據分開管理的方法，即采用MATLAB/ Simulink作為控制算法的開發工具，依照MAAB（Mathworks Automotive Advisory Board，控制算法建模規范），完成整車ECU系統應用軟件的控制策略的模型架構設計、功能開發、模型數據定標，最終下載到客戶硬件控制器中。ECU由模型轉換到代碼，并與底層手寫代碼集成，整個過程如圖2所示。

注：ASW（Applications SoftWare，應用軟件）；RTE（Runtime Environment，運行環境）；BSW（Basic Software Layer，基礎軟件層）。

由圖2可以看出,編譯器的作用是將源代碼文件（.c.h文件）編譯成可執行的目標文件(.o文件)，編譯規則應用標準C語言的編譯規則。根據不同芯片、不同平臺選擇不同的編譯器，鏈接器需和編譯器匹配，其作用是將所有由編譯器編譯完成的目標文件(.o文件)鏈接成可以燒錄到ECU中的elf、S19文件，以及編譯器生成的可供查看信息的map文件。最終文件（elf、S19文件）是源碼文件（.c.h文件）經過編譯器、鏈接器處理后得到的文件。

elf文件是帶調試信息的可燒錄文件，可以使用該文件進行調試。使用PE或勞特巴赫等工具軟件，可以將elf燒錄到ECU中，并使用專門的調試器進行文件調試，此時需要源碼支持，elf文件中包含了源碼的路徑信息，所以源碼路徑要保證正確。S19文件也是可燒錄文件，但不包括調試信息，只有程序數據信息，只能用于燒錄不能用于調試。A2L文件用于INCA軟件，INCA軟件可以根據A2L文件對ECU進行標定和測量，A2L文件中包含了標定量、測量量及CCP(CAN Calibration Protocol，CAN總線標定協議)通信的相關信息。

3 數據字典管理

為了更好地對基礎軟件代碼進行維護，縮短產品平臺化開發周期，對ECU進行系統的數據管理很重要。進行參數標定前，需將搭建的模型及數據轉換成最終的可執行文件*.a2l。試驗過程中通過標定工具獲取數據、觀察和改變數據。這種將模型與數據分離的方式，簡化了開發人員的工作流程，使模型與數據維護更方便。

應用數據管理軟件如Excel、數據字典完成與模型對應的參數管理，將ECU系統程序中用到的標定量及觀測量按照Excel格式要求完善信息。如圖3所示，Excel中有2個表，ROM Data記錄標定量，RAM Data記錄觀測量。在ROM和RAM中分別定義整車ECU涉及的參數變量名、數值、數據類型、單位、維度等基本信息。

圖3 標定量和觀測量

4 RTE層處理

4.1 RTE層概述

RTE是AUTOSAR（Automotive Open System Architecture，汽車開放系統架構）中定義的一層結構，作用是將ASW和BSW隔離，為ASW和BSW提供實時訪問接口變量的方式。參考AUTOSAR架構中定義的RTE層，但是將RTE層訪問與操作系統分離，使用Read和Write方式進行ASW和BSW對RTE層的訪問，結構如圖4所示。

圖4 RTE層結構

4.2 RTE層管理

為了方便RTE層維護，設計了RTE層接口變量定義表格。每次生成代碼過程中，RTE層定義文件會根據表格中定義的RTE變量自動生成，RTE層與ASW和BSW的交互層需要根據該表格自動生成，將對RTE層代碼和模型的維護轉化為對RTE層表格的維護。

4.3 生成RTE模型（上層）

模型對RTE層接口變量的訪問需要通過模塊調用RTE函數，這需要根據RTE層的變量創建訪問RTE層函數的模塊。創建調用外部函數的工具為Legacy Code Tool，為MATLAB自帶的工具，使用該工具編寫M腳本，查詢RTE表格中定義的接口變量及屬性，生成該工具要求的腳本。通過對腳本的執行，在線生成調用RTE層函數的模型文件以及庫文件。用戶可以將模型文件中定義的模塊直接用于建模，實現對RTE接口變量的訪問。生成的模型文件如圖5所示。

圖5 RTE模型

4.4 生成RTE代碼（底層）

BSW層對RTE層的訪問通過直接調用RTE層定義的Read和Write函數進行。為了方便BSW層轉化定標方式，設計了RteBsw源文件，文件中定義2個函數，為BSW和RTE層變量定標方式的相互轉化函數；BSW通過調用這2個函數實現對RTE層定標方式的適配，從而將對源代碼的維護變成對RTE層表格的維護，能夠提高工作效率，降低勞動強度。

5 ASAP數據庫自動生成

5.1 導入數據

首先將管理數據Excel文件及MATLAB讀取Excel文件的封裝包放到MATLAB路徑下，使用創建的M腳本程序，在MATLAB的命令窗口輸入如下命令。

xlsreadsdo('nano_bus.xls', 'Simulink');

xlsreadsdo('Nano_data.xls', 'TestPackage');

nano_bus.xls、Nano_data.xls為2個Excel表的名字，Simulink、TestPackage為2個表的封裝格式，TestPackage為自定義的一種封裝格式，這樣實現了Excel表中信息導入到 MATLAB的Workspace。

5.2 自動創建用于生成A2L文件的模型

在生成 A2L文件時需將導入MATLAB工作空間的數據轉換成使用該變量的模型。底層代碼為手寫C代碼，原策略模型中沒有這些變量；如果模型中沒有用到這些變量，則不會在A2L文件中生成相應的標定量或觀測量，所以使用自建的M腳本提取nano_bus.xls、 Nano_data.xls 2個Excel表格內的信息后自動創建模型。

5.3 A2L文件頭的修改

將創建的模型生成的A2L文件導入INCA軟件后并不能與ECU建立通信，需要對A2L文件的文件頭進行修改。A2L文件頭定義了整個項目的通用信息，包括與硬件設備通信信息、標定量和觀測量的存儲區域等信息。

在 MATLAB安裝目錄下找到asap2main.tlc、asap2setup.tlc、asap2userlib.tlc 3個TLC文件，這些文件是基于MATLAB的TLC腳本語言開發，通過修改這3個TLC文件，可以控制生成的A2L文件格式及信息。在每次生成A2L文件時都包含需要的文件頭，把MATLAB生成的A2L文件正確導入INCA，與ECU建立通信。

5.4 A2L文件生成及地址替換

在自動創建的模型上打開模型配置參數的配置界面，配置相關參數生成A2L文件，替換地址后可導入INCA使用。通過運行M腳本函數實現打開配置界面、配置相關參數、生成A2L等操作。

6 總 結

給出了一種ASAP數據庫管理方式，用2張Excel表管理所用到的標定量及觀測量。利用MATLAB工具生成可以導入INCA的A2L文件，將Excel表數據導入Workspace、提取Excel表信息創建模型、生成A2L文件并將替換地址的各M函數集成到一個M腳本中，在MATLAB命令窗口中輸入命令即可生成可以直接使用的A2L文件，使用這樣的方法可以完成對標定量和觀測量的ASAP數據庫實時更新任務。

[1]宋維群,楊世春,李明,等.基于ASAM標準的標定數據庫邏輯分析與編程實現[J].汽車技術,2012（1）：10-13.

[2]張彧,馮輝宗.基于CCP協議的汽車ECU標定系統的設計[J].微計算機信息,2007（29）：216-217.

[3]韋文波.基于CCP協議的電控發動機標定系統開發[D]．長沙：湖南大學,2011.

[4]莊繼暉,謝輝,李蘇蘇,等.基于ASAP架構的發動機ECU標定系統開發[J].中國機械工程,2012 ，23(2):199-203.

[5]陳鵬.基于CCP協議發動機標定系統應用研究[D]．武漢：武漢理工大學,2014.

2021-03-15

U463.6.02

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.04.010

1002-4581（2021）04-0041-04