熊輝文 龔春輝 陳維濤

摘 要：在汽車的電子控制系統(tǒng)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(fā)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(fā)周期。鑒于此國內(nèi)外汽車行業(yè)都在引進AUTOSAR架構，本文分析基于AUTOSAR的汽車電子控制系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)。

關鍵詞：AUTOSAR;汽車電子控制系統(tǒng);嵌入式軟件

0 前言

當今電子設備在汽車研發(fā)中所占比重攀升，項目開發(fā)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(yè)人員開發(fā)能力面臨了更高的挑戰(zhàn)。汽車的電子系統(tǒng)具有多樣性的特征，在ECU軟件開發(fā)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(xiàn)汽車電子產(chǎn)品軟件開發(fā)過程通用性，提高汽車電子嵌入式軟件開發(fā)效率及可靠性。

1 AUTOSAR以及嵌入式軟件開發(fā)的作用

（1）AUTOSAR概念。AUTOSAR是現(xiàn)階段全球汽車研發(fā)主流使用的統(tǒng)一開發(fā)性系統(tǒng)框架標準。在該體系當中，規(guī)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(tǒng)控制軟件開發(fā)類型，能夠應用基于模型以及分布式的系統(tǒng)描述方法，實現(xiàn)代碼自動生成。（2）作用性。AUTOSAR制定了相應軟件模型規(guī)范及軟件開發(fā)接口規(guī)范，明確了ECU的開發(fā)流程，于設計工程師而言上，由于規(guī)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(fā)，增加設計靈活性來創(chuàng)新功能，提升了經(jīng)濟收益。在進行AUTOSAR體系的研發(fā)中，通過設置冗余的方式提升系統(tǒng)的可靠性，并通過故障注入方法來進行系統(tǒng)可靠性驗證，其可靠性主要表現(xiàn)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(fā)生故障時候，可以對其剩下系統(tǒng)進行隔離保護，并對一些關鍵性信息數(shù)據(jù)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(zhì)為IC驅(qū)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(guī)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(xiàn)ECU的應用層功能，可以讀取傳感器狀態(tài)，也可以控制執(zhí)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(nèi)存服務，系統(tǒng)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(tǒng)OS，CAN，LIN網(wǎng)絡管理，內(nèi)存管理，診斷管理，ECU狀態(tài)管理等模塊。（4）運行環(huán)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(zhuǎn)變?yōu)椤敖M件風格”;從某種意義上來看，設計符合AUTOSAR架構的系統(tǒng)就是設計RTE。（5）復雜驅(qū)動層。對于執(zhí)行器和傳感器運行關聯(lián)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(tǒng)一，這些特殊功能模塊可直接映射到復雜驅(qū)動層，由開發(fā)人員根據(jù)實際需要進行開發(fā)。

3 基于AUTOSAR汽車電子控制系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)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(guī)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(tǒng)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(tǒng)的基礎。為保障軟件研發(fā)過程中具有較高的通用性，研發(fā)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(fā)前期分析擬開發(fā)車輛功能需求，E-E架構設計，OEM規(guī)范法規(guī)等要求，編寫系統(tǒng)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(tǒng)所涉及軟件組件的接口信息，數(shù)據(jù)，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(tǒng)中每個ECU所擁有的硬件能力，主要包含處理器、傳感器、執(zhí)行器，存儲器、通信外部設備、引腳分配等;3）系統(tǒng)約束描述：整車的公共信息描述，包含網(wǎng)絡拓撲，通信矩陣，OEM規(guī)范要求，協(xié)議等。（2）系統(tǒng)配置。系統(tǒng)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(tǒng)配置生成器生成系統(tǒng)配置描述文件，該描述文件包含總線映射之類的所有系統(tǒng)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(tǒng)配置工具中，生成系統(tǒng)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(jù)系統(tǒng)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(jù)這個提取文件對ECU進行配置，例如操作系統(tǒng)任務調(diào)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(jù)該文件設計和開發(fā)軟件。（4）ECU軟件生成。根據(jù)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(zhí)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(xiàn)嵌入軟件不符合預期，或者相關的硬件信息發(fā)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(tǒng)進行整體性的優(yōu)化處理，使得能夠?qū)⑾到y(tǒng)調(diào)整到最優(yōu)狀態(tài)。

4 總結

基于AUTOSAR的汽車電子控制系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)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(wěn)定性提升一個臺階，現(xiàn)階段國內(nèi)眾多汽車企業(yè)都在研究這一領域，并進行系統(tǒng)標準下的模塊研發(fā)工作，持續(xù)在該領域自主創(chuàng)新，是汽車企業(yè)未來發(fā)展的必經(jīng)之路。

參考文獻：

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