基于AutoSAR規(guī)范的驅(qū)動代碼生成工具箱設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要： 針對汽車控制器中驅(qū)動代碼生成存在對硬件依賴性強、代碼格式不規(guī)范、可重用性不強等問題，提出利用仿真建模工具Simulink/RTW、結(jié)合AutoSAR規(guī)范、基于代碼生成技術(shù)的汽車控制器驅(qū)動工具箱的設(shè)計方法。通過對驅(qū)動配置模塊的不同芯片配置及對相關(guān)參數(shù)的設(shè)置滿足多處理器需求，依據(jù)AutoSAR規(guī)范對驅(qū)動函數(shù)接口的封裝實現(xiàn)代碼的可重用性。最后將設(shè)計的驅(qū)動工具箱結(jié)合代碼生成模板應(yīng)用于BCM車窗控制系統(tǒng)，實驗證明了該方法的高效性和可行性。
關(guān)鍵詞： 代碼生成；驅(qū)動工具箱；AutoOSAR規(guī)范；Simulink/RTW

隨著汽車電子的飛速發(fā)展和代碼自動生成技術(shù)的出現(xiàn)，汽車電子控制系統(tǒng)實現(xiàn)了從建模、仿真到代碼自動生成的一體化開發(fā), 極大提高了生成代碼的效率、通用性及可移植性[1]。但是，汽車控制系統(tǒng)中驅(qū)動代碼卻依賴于特定的硬件與運行環(huán)境，主要還是以手工編寫代碼為主[2]。這種手工編寫代碼的方法存在大量的重復(fù)勞動，且代碼無法規(guī)范統(tǒng)一，可重用性不強、可讀性差。
所以，設(shè)計一款可以兼容多款處理器的驅(qū)動代碼工具，生成統(tǒng)一性、規(guī)范性和開發(fā)性代碼成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。當前在汽車行業(yè)應(yīng)用最廣的是德國dSPACE公司的Targetlink代碼生成工具和Mathworks公司的RTW代碼生成工具[3]。本文采用Matlab/Simulnik/RTW工具設(shè)計并實現(xiàn)了基于代碼生成技術(shù)的驅(qū)動工具箱，實現(xiàn)了汽車電控系統(tǒng)中驅(qū)動代碼生成的可靠性、安全性、高效性及可移植性。
1 AutoSAR規(guī)范驅(qū)動接口
汽車開放式系統(tǒng)架構(gòu)標準AutoSAR(AuTomotive Open System ARchitecture)，主要可分為三層：應(yīng)用層、運行時環(huán)境和基礎(chǔ)軟件。其中基礎(chǔ)軟件又包括系統(tǒng)服務(wù)、ECU抽象層和uC抽象層，所有驅(qū)動程序都包含在uC抽象層和ECU抽象層中。
本文依據(jù)AutoSAR規(guī)范中ECU抽象層和uC抽象層中硬件接口標準編寫驅(qū)動程序，組成驅(qū)動資源庫[4]。驅(qū)動程序按照硬件功能特點可分為四類：通用I/O硬件驅(qū)動、通信硬件驅(qū)動、存儲硬件驅(qū)動和微控制器驅(qū)動。其內(nèi)容與結(jié)構(gòu)如圖1所示。

AutoSAR規(guī)范定義了汽車電控單元硬件驅(qū)動程序的接口規(guī)范，把驅(qū)動函數(shù)進行了標準化和模塊化，為驅(qū)動工具箱開發(fā)應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
2 驅(qū)動代碼生成工具箱的設(shè)計與實現(xiàn)
2.1 設(shè)計方法
在Simulink/RTW平臺上設(shè)計基于AutoSAR規(guī)范的驅(qū)動代碼生成工具箱是通過建立S函數(shù)模塊配置參數(shù)并設(shè)計封裝入庫[5]來實現(xiàn)的。驅(qū)動工具箱的設(shè)計流程如圖2所示，具體內(nèi)容如下：

(1)分析AutoSAR規(guī)范中驅(qū)動函數(shù)接口標準的內(nèi)容，確定驅(qū)動應(yīng)用代碼的內(nèi)容。
(2)分析汽車電控系統(tǒng)中驅(qū)動代碼的需求，確定驅(qū)動應(yīng)用代碼的格式。
(3)根據(jù)規(guī)范和需求確定驅(qū)動工具箱的設(shè)計方案，設(shè)計驅(qū)動工具箱為驅(qū)動配置功能模塊和驅(qū)動API功能模塊兩大類。
(4)編寫S函數(shù)，實現(xiàn)驅(qū)動配置功能模塊和驅(qū)動API功能模塊的參數(shù)變量。
(5)在Simulink平臺上建立S函數(shù)模塊并添加各功能模塊的參數(shù)變量。
(6)設(shè)計和封裝S函數(shù)模塊內(nèi)容及格式，實現(xiàn)驅(qū)動功能模塊的功能和創(chuàng)建驅(qū)動工具箱并添加到Simulink庫中。
(7)依據(jù)驅(qū)動工具箱的功能編寫代碼生成模板，實現(xiàn)驅(qū)動應(yīng)用代碼自動生成。
2.2 實現(xiàn)
下面以驅(qū)動ADC模塊的實現(xiàn)為例詳細介紹驅(qū)動工具箱模塊的實現(xiàn)方法。
依據(jù)驅(qū)動工具箱的設(shè)計方案可知，驅(qū)動ADC功能模塊分為配置模塊和API模塊。ADC配置模塊實現(xiàn)不同處理器初始化配置；API模塊(即ADC驅(qū)動函數(shù)模塊)實現(xiàn)驅(qū)動函數(shù)接口的配置及函數(shù)的調(diào)用。ADC功能模塊實現(xiàn)的主要步驟及內(nèi)容如表1所示。

ADC驅(qū)動模塊庫中配置模塊通過初始化相關(guān)參數(shù)的配置，實現(xiàn)不同處理器下驅(qū)動ADC使用時其相關(guān)的頭文件包含、配置文件生成、初始化結(jié)構(gòu)體參數(shù)配置及ADC的API開關(guān)定義。ADC驅(qū)動API模塊由API函數(shù)接口變量的配置實現(xiàn)驅(qū)動函數(shù)與控制算法的無縫連接，并配置函數(shù)體參數(shù)實現(xiàn)API函數(shù)的正確調(diào)用。
各驅(qū)動模塊設(shè)計封裝好后添加到Simulink庫中就完成了驅(qū)動工具箱的設(shè)計。圖3是驅(qū)動代碼生成工具箱各功能模塊的結(jié)構(gòu)圖。

3 驅(qū)動工具箱代碼生成模板的設(shè)計與實現(xiàn)
代碼生成模板基于模塊TLC設(shè)計，其主要功能是驅(qū)動函數(shù)初始化代碼的實現(xiàn)和API函數(shù)調(diào)用代碼的實現(xiàn)[5]。
3.1 設(shè)計
基于RTW的代碼生成工具設(shè)計驅(qū)動工具箱代碼生成模板，主要包含系統(tǒng)目標TLC和驅(qū)動模塊TLC。系統(tǒng)目標TLC在Matlab7.1版系統(tǒng)目標osekworks.tlc基礎(chǔ)上修改，修改TLC組件的包含及相關(guān)文件名即可[6]。驅(qū)動工具箱代碼生成模板結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。