面向汽車集中式EE架構下的MCU類域控制器軟件開發集成過程研究

孫忠剛，姜珊,于鑫，劉雙雙,張靜

中國第一汽車集團有限公司,吉林長春 130000

0 引言

伴隨汽車新四化的發展趨勢，汽車EE架構正在由分布式架構向集中式架構過渡。在分布式架構階段，一個控制器的功能相對獨立、單一，在集中式EE架構下，多個控制器的功能會合并到一個域控制器中，傳統控制器軟件開發集成過程不能直接應用于域控制器開發。本文分析了傳統控制器軟件開發集成過程應用于域控制器開發存在的問題，進而提出一種適用于MCU類型域控制器的軟件開發集成過程，并使用行業現有開發工具鏈，通過Demo項目進行實踐驗證，此軟件開發集成過程能完成集中式EE架構下的MCU類型域控制器開發，且容易實施。

1 傳統控制器軟件開發集成過程的介紹

傳統控制器軟件開發集成過程，特指車上基于MCU實現的控制器開發過程中所采用的軟件開發集成步驟。車用控制器按其實現所使用的計算單元類別劃分，可分為兩類：一類是MCU控制器，另一類是MPU類控制器。兩類計算單元應用定位、算力及運行的系統不同，軟件開發集成過程也不同。現階段傳統控制器軟件開發集成通常采用如下過程：控制器應用軟件開發工程師提出基礎軟件需求；基礎軟件工程師依據需求開發控制器驅動軟件、中間層軟件、設計操作調度框架和內存部署框架，交付一個可運行的基礎軟件平臺；應用軟件工程師在基礎軟件平臺框架下進行應用軟件與基礎軟件平臺的總體集成和測試，交付最終軟件版本，在集成過程中通常不改變基礎軟件平臺。

2 集中式架構下MCU類域控制器的特點

集中式EE架構示意如圖1所示。核心拓撲結構由中央計算平臺和域控制器組成。

圖1 集中式EE 架構示意

在集中式EE架構下，整車的控制功能主要集中部署在中央計算平臺和域控制器中。域控制器與傳統控制器最大的區別是:域控制器中會承載多個子系統的控制功能，功能與硬件分離。域控制器功能的部署分配由EE架構工程師主導完成。在域控制器開發之前，EE架構工程師會根據硬件資源描述、系統限制描述及安全需求，將整車級軟件架構分配部署到各控制器上，然后進行控制器級開發工作。

3 傳統控制器軟件開發集成過程應用于域控制器開發的問題分析

傳統控制器開發過程為：控制器功能相對獨立，應用軟件工程師了解控制器所有功能，能夠給出應用軟件所有需求，基礎軟件工程師依據需求，可以開發出滿足應用軟件運行的基礎軟件平臺，應用軟件工程師可在此基礎上，完成應用軟件與基礎軟件平臺的總體集成和測試。該軟件開發集成過程應用于域控制器開發，主要有兩個方面的問題：第一，域控制器合并了多個傳統控制器的功能，傳統控制器應用軟件工程師，在域控制器中是子系統應用軟件工程師，子系統應用軟件工程師不能給出域控制器所有應用軟件的需求；第二，域控制器采用多核芯片且支持內存保護，在多個子系統集成過程中，通常會涉及調度內核的重新分配及內存分區訪問權限的調整，軟件開發集成不能在一個預先開發完的基礎軟件平臺上簡單堆砌軟件組件完成。因此，傳統控制器集成開發過程不能應用于域控制器開發，域控制器開發需要統籌考慮各子系統的特性需求，并進行集成設計、軟件集成和集成測試。

4 域控制器軟件開發集成過程的設計及驗證

4.1 域控制器軟件開發集成工作過程的設計

本文所設計的域控制器軟件開發集成工作過程是在AUTOSAR方法論基礎上，對SWC設計過程進行了步驟分解。使得參與傳統控制器開發的各角色工程師共同協作，從而完成域控制器開發。

按照AUTOSAR 方法論，域控制器功能部署完畢后，其應用層SWC信息是完整的，可以直接進行域控制器基礎軟件平臺開發。然而，目前汽車行業的情況是EE架構工程師不能設計出具備完整信息的應用層SWC，通常不能設計出SWC內部的運行實體，SWC內部運行實體設計需要由應用軟件工程師完成。

域控制器軟件開發集成工作過程開始于域控制器應用層軟件SWC部署完畢，此時部署在域控制器的所有SWC是不含有運行實體的。域控制器開發集成工作過程如圖2所示。

圖2 域控制器開發集成工作過程

域控制器軟件開發集成過程共包括5個工作步驟：

(1)域控制器應用層SWC模型分解發布。將部署在域控制器上的應用層軟件組件，按照功能特性，分解成多個軟件Composition，分發給各子系統應用軟件工程師。

(2)軟件Composition模型內軟件組件運行實體設計。子系統應用軟件工程師設計軟件Composition內軟件組件的運行實體。

(3)域控制器級軟件構件模型集成及軟件內部算法開發，兩項工作可以并行開展。①域控制器級軟件Composition模型集成將完成運行實體設計的軟件Composition模型集成在一起，形成完整的域控制器應用層SWC，可以作為基礎軟件開發的輸入。②軟件構件內部算法開發：基于設計完軟件運行實體的軟件Composition模型，子系統工程師做進一步軟件構件算法代碼開發。軟件構件算法開發有兩種方式，或者通過AUTOSAR 軟件架構設計工具生成軟件構件代碼框架，然后手寫代碼完成開發；或者將軟件Composition模型導入到Simulink中，通過Simulink建模生成符合AUTOSAR的代碼。

(4)基礎軟件平臺底座開發?；诓襟E(3)的輸出結果及域控制器硬件IO配置表等信息，完成域控制器基礎軟件底座開發及測試。

(5)軟件總體集成。將經過測試的應用層算法SWC和基礎軟件平臺底座集成在一起，調試驗證，生成域控制器執行文件。

4.2 域控制器軟件開發集成工作過程的驗證

通過一個基于AURIXTC397芯片的Demo域控制器開發對軟件開發集成工作過程進行了驗證。具體如下：

(1)EE架構工程師采用架構設計工具PreeVision完成整車級SWC設計及SWC在各控制器上的部署，提取出部署在AURIXTC397 Demo控制器上.arxml文件(SWC中不含有運行實體信息)。

(2)EE架構工程師將AURIXTC397 Demo域控制器上.arxml導入到ECU架構設計工具Davinci Develper中，將SWC分組，然后提取出每組SWC的.arxml文件，分發給不同的應用軟件工程師。

(3)應用軟件工程師收到一組SWC的.arxml文件后，導入到Davinci Developer工具中，設計每個SWC內的運行實體，完成SWC內部運行實體設計后，提取出增加有運行實體的整組SWC的.arxml文件。將.arxml文件導入到Simulink工具中進行SWC內部代碼開發，同時也將該.arxml釋放給基礎軟件工程師。

(4)基礎軟件工程師將來自各應用工程師.arxml文件導入到Davinci Developer中，完成各組SWC的集成，形成完整的AURIXTC397 Demo域控制器上.arxml文件。

(5)基礎軟件工程師基于完整的AURIXTC397 Demo域控制器上.arxml文件，使用Configurator工具進行基礎軟件配置開發，并結合手寫的復雜驅動代碼，完成AURIXTC397 Demo域控制器基礎軟件底座開發。

(6)基礎軟件工程師集成AURIXTC397 Demo域控制器基礎軟件底座和開發完算法的SWC軟件，形成最終可在AURIXTC397 Demo域控制器中運行的目標文件。在集成過程中使用GLIWA T1進行系統分析，根據系統分析結果，對操作系統調度進行優化完善。

通過以上工具及工作分工，EE架構工程師、應用軟件工程師、基礎軟件工程師共同完成了AURIXTC397 Demo域控制器開發，軟件開發集成過程運行順暢，達到預期目標。

5 結束語

本文分析了傳統控制器軟件開發集成流程應用于集中式EE架構下MCU類域控制器開發存在的問題，給出了一種域控制器開發集成流程方法，并使用汽車行業現有工具鏈，對流程方法進行了實踐驗證。軟件開發集成過程，運行順暢，實現預期目標。目前，集中式EE架構下MCU類域控制器開發還處于起步階段，研究成果容易實施，并有一定的參考意義。