汽车嵌入式系统开发方法、体系架构和流程

郑 振，张仲颖

（湖北工业职业技术学院，湖北 十堰 442000）

1 研究嵌入式系统和汽车电子系统内涵

汽车电子产品可以对汽车行驶性能产生作用，如果依照其作用对它进行分类，大致分成两类：①汽车电子控制装置，有时还称为“机电结合”的汽车电子装置，它的作用主要体现在控制上，简单来说它就是包括电子燃油喷射、防抱死、牵引力控制等控制系统；②车载汽车电子装置，主要是指基于汽车环境的电子装置，它的作用主要体现在信息的处理上，具体的有汽车信息系统、导航系统、车载通讯系统、电视娱乐系统等。作为汽车电子设备核心的汽车的嵌入式系统，主要是由软件和硬件组成的，其中软件主要是由操作系统、应用程序、引导程序，驱动程序等组成，硬件主要包括嵌入式微处理器、外围接口电路、储存器等。嵌入式系统中最为常见的形式就是往控制对象的内部嵌入系统，实现多个网络之间的联系，通过这种网络化实现对内部外部信息的及时响应，最终构成一个复杂的反应式控制系统。

2 基本模型的开发方法

与汽车嵌入式系统正在朝着复杂化发展的同时，系统开发在时空跨度上也正在逐步变大，在此期间，基于模型的开发方法产生了，而且应用的十分广泛。这一开发方法就是一种软件设计方法，而且它也是基于模型，它的只有流程如下。第一步：在某种特定建模语言的支持下按照嵌入式系统的预期功能要求建立模型；第二步：针对软件系统中那些比较关键的问题实行抽象化处理，在此期间描述系统解决方案；第三步：将系统模型在形式化的工具条件下进行验证，让嵌入式系统设计的准确性得到保障。概念设计和交流、设计信息文档化和管理、系统分析与系统综合是实现方法过程中的四个大方面，在此本文将对这四个方面进行简要阐述：①概念设计和交流：为了实现概念的交流，将系统由一个或者多个可以共享的模型来表示是设计汽车嵌入式系统的核心内容，如果所建立的模型可以完整的描述系统的行为，那么验证系统设计可以借助建立模型来实现。②设计信息文档化和管理：在产品设计阶段、生产阶段、维护阶段和回收阶段中文档都起到了举足轻重的作用，但是目前文本的文档管理的滞后性已经在实际中明显的表现出来了，为此现在要想描述清楚信息与信息间关系就必须基于模型对信息进行管理。③系统分析：系统分析作为系统设计的验证和推测手段，其方法就是通过分析结果进而判定目前所设计系统的行为能否达到预期要求，在汽车嵌入式系统开发过程中这一手段的作用特别明显，也就是运行环境对系统有重要影响所以在汽车嵌入式系统设计过程中要随时考虑其对系统的影响，为此在系统分析中这一技术手段比传统验证技术更加具有优势。④系统综合：利用专用工具直接生成或辅助生成系统运行过程中的相关文档。现在，多种自动综合的应用在汽车嵌入式系统开发中已经得到了成功应用，其中基于模型的自动生成产品代码最为常见，这个应用及时依靠图形化工具或建模语言描述系统的特性与行为。

3 AUTOSAR的体系架构

（1）复杂驱动模块主要就是操作复杂的执行器和传感器。一般情况下时序问题经常影响复杂驱动模块，就是说在AUTOSAR没有经过标准化处理的情况下，在复杂驱动层将会有这类模块的映射。

（2）运行环境层主要为应用层提供所需要的通讯服务，另外ECU具体应用直接影响着PTE层的实现，就是必须分别实现每个ECU。

（3）抽象化处理ECU结构是ECU抽象层的主要功能，简单的说就是有外设ECU的联接方式等；各硬件接口的统一化一般是有微控制器的抽象层（MCAL）来实现，就是对硬件进行相应处理，由此避开微控制器中的寄存器直接连接到高层软件。

（4）服务、操作、通讯等系统模块组成了服务层，基础软件和应用模块的操作系统服务、ECU状态管理和诊断服务、汽车网络通讯与管理服务、存储服务等都由服务层提供。

（5）执行器软件组件、传感器、应用软件等是应用层组件，其中借助PTE实现ECU资源访问和内部通讯的是软件组件。

4 基于V模式的开发流程

开发环境、编程环境、测试环境在V模式开发流程中系统是允许相同的，此外还可以针对开发过程中所涉及步骤进行准确验证。在简化和加速开发流程方面基于V模式的开发方法起到了十分重要的作用。下面的图4-1清晰地表达了基于V模式的开发流程。由图可知，有五个重要步骤决定了基于V模式的开发流程，它们具体是指：①需求定义与功能设计；②快速控制原型（RCP）；③测试与标定；④硬件环境（HIL）；⑤目标代码生成。下面将对这五个步骤进行简要介绍。

图4 -1基于V模式的开发流程

（1）需求定义与功能设计。根据MATLAB/Simulink环境和系统的预期功能要求，开展图形化建立模型，以此为基础建立所控制对象模型和控制器模型，在此期间对两者进行离线仿真和实地分析。

（2）快速控制原型构。随时构建仿真模型，并且在原型系统中直接载入所建模型，使其连接实际所要控制的对象，进而方案的可行性利用测试来验证。

（3）测试与标定。测试与标定ECU抽象层就是该环节的主要任务，并对ECU参数进行灵活调整

（4）硬件环境。让整个系统在真实的控制器中进行测试，为此系统运行环境和被控对象灵活采用实时物体和仿真模型。

（5）目标代码生成。利用Targetlik或EmbeddedCode等软件转化模型，进而实现产品自动生成代码的目的。

5 结语

综上所述，系统的开发方法、体系架构、开发流程直接影响着汽车嵌入式系统开发的高效性和可靠性。本文笔者简要阐述了企业的嵌入式系统的开发方法、体系架构与开发流程。通过研究可以发现，基于模型的开发方法、AUTOSAR的体系架构、基于V模式的开发流程很大程度上可以使汽车嵌入式系统开发体系的可靠性和完整性得到保证。