基于模型設(shè)計(jì)嵌入式ECU的自動代碼生成研究

應(yīng)世明，張宏雙Ying Shiming，Zhang Hongshuang

基于模型設(shè)計(jì)嵌入式ECU的自動代碼生成研究

應(yīng)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(shù)創(chuàng)新中心，河北 保定 071000）

基于ASAP（zur Standardisierung von Applikationssystemen，應(yīng)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作小組）標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)提到的數(shù)據(jù)庫管理方式，應(yīng)用Excel完成ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理。利用MATLAB軟件完成ASAP數(shù)據(jù)庫自動生成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、用于a2l文件生成模型創(chuàng)建、頭文件修改及地址替換。最終生成可執(zhí)行文件*.a2l，滿足對標(biāo)定系統(tǒng)中的變量進(jìn)行標(biāo)定或觀測的需求。

標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)；標(biāo)定系統(tǒng)；數(shù)據(jù)管理；自動生成

0 引 言

ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）標(biāo)定是指根據(jù)整車或者整車上ECU的性能要求（動力性、經(jīng)濟(jì)性等），對ECU內(nèi)部參數(shù)修改、校正、優(yōu)化的過程。在項(xiàng)目開發(fā)的不同階段對控制系統(tǒng)的功能需求不相同，因此會有不同的標(biāo)定需求。對于控制代碼的自動化生成，標(biāo)定系統(tǒng)的ASAP（zur Standardisierung von Applikation ssystemen，應(yīng)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作小組）數(shù)據(jù)庫自動更新標(biāo)定數(shù)據(jù)的信息，保證對控制系統(tǒng)中的重要變量進(jìn)行標(biāo)定及觀測[1-3]。

1 ASAP標(biāo)準(zhǔn)

ASAP工作組制定了目前廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)化接口和通信協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)化接口的通信協(xié)議有利于實(shí)現(xiàn)不同汽車ECU之間數(shù)據(jù)交互的一致性。ASAP標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)定義了ASAP1、ASAP2和ASAP3 3個標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系，如圖1所示。

ASAP1定義了ASAP控制設(shè)備與MCD（Measurement Calibration Diagnostic，觀測標(biāo)定診斷系統(tǒng)）之間物理和邏輯連接的接口標(biāo)準(zhǔn)。ASAP2提供了不同控制設(shè)備之間的接口、測量數(shù)據(jù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲格式、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的規(guī)范化定義。控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)信息使用基于XML(eXtensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語言)技術(shù)的A2L文件描述，描述控制設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)的存儲細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的分離，有利于提高M(jìn)CD系統(tǒng)的通用性。ASAP3作為MCD系統(tǒng)與用戶應(yīng)用層之間的接口，提供MCD系統(tǒng)的測量、標(biāo)定和診斷等功能的標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)的調(diào)用[4-5]。

圖1 ASAP標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)

2 集成編譯架構(gòu)

通常以V流程為指導(dǎo)方針的開發(fā)目標(biāo)采用模型與數(shù)據(jù)分開管理的方法，即采用MATLAB/ Simulink作為控制算法的開發(fā)工具，依照MAAB（Mathworks Automotive Advisory Board，控制算法建模規(guī)范），完成整車ECU系統(tǒng)應(yīng)用軟件的控制策略的模型架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能開發(fā)、模型數(shù)據(jù)定標(biāo)，最終下載到客戶硬件控制器中。ECU由模型轉(zhuǎn)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(yīng)用軟件）；RTE（Runtime Environment，運(yùn)行環(huán)境）；BSW（Basic Software Layer，基礎(chǔ)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(zhí)行的目標(biāo)文件(.o文件)，編譯規(guī)則應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)C語言的編譯規(guī)則。根據(jù)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(biāo)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(jīng)過編譯器、鏈接器處理后得到的文件。

elf文件是帶調(diào)試信息的可燒錄文件，可以使用該文件進(jìn)行調(diào)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(diào)試器進(jìn)行文件調(diào)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(diào)試信息，只有程序數(shù)據(jù)信息，只能用于燒錄不能用于調(diào)試。A2L文件用于INCA軟件，INCA軟件可以根據(jù)A2L文件對ECU進(jìn)行標(biāo)定和測量，A2L文件中包含了標(biāo)定量、測量量及CCP(CAN Calibration Protocol，CAN總線標(biāo)定協(xié)議)通信的相關(guān)信息。

3 數(shù)據(jù)字典管理

為了更好地對基礎(chǔ)軟件代碼進(jìn)行維護(hù)，縮短產(chǎn)品平臺化開發(fā)周期，對ECU進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理很重要。進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定前，需將搭建的模型及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成最終的可執(zhí)行文件*.a2l。試驗(yàn)過程中通過標(biāo)定工具獲取數(shù)據(jù)、觀察和改變數(shù)據(jù)。這種將模型與數(shù)據(jù)分離的方式，簡化了開發(fā)人員的工作流程，使模型與數(shù)據(jù)維護(hù)更方便。

應(yīng)用數(shù)據(jù)管理軟件如Excel、數(shù)據(jù)字典完成與模型對應(yīng)的參數(shù)管理，將ECU系統(tǒng)程序中用到的標(biāo)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(biāo)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(shù)變量名、數(shù)值、數(shù)據(jù)類型、單位、維度等基本信息。

圖3 標(biāo)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(tǒng)架構(gòu)）中定義的一層結(jié)構(gòu)，作用是將ASW和BSW隔離，為ASW和BSW提供實(shí)時訪問接口變量的方式。參考AUTOSAR架構(gòu)中定義的RTE層，但是將RTE層訪問與操作系統(tǒng)分離，使用Read和Write方式進(jìn)行ASW和BSW對RTE層的訪問，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 RTE層結(jié)構(gòu)

4.2 RTE層管理

為了方便RTE層維護(hù)，設(shè)計(jì)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(jù)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(jù)該表格自動生成，將對RTE層代碼和模型的維護(hù)轉(zhuǎn)化為對RTE層表格的維護(hù)。

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(diào)用RTE函數(shù)，這需要根據(jù)RTE層的變量創(chuàng)建訪問RTE層函數(shù)的模塊。創(chuàng)建調(diào)用外部函數(shù)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(zhí)行，在線生成調(diào)用RTE層函數(shù)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(shí)現(xiàn)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(diào)用RTE層定義的Read和Write函數(shù)進(jìn)行。為了方便BSW層轉(zhuǎn)化定標(biāo)方式，設(shè)計(jì)了RteBsw源文件，文件中定義2個函數(shù)，為BSW和RTE層變量定標(biāo)方式的相互轉(zhuǎn)化函數(shù)；BSW通過調(diào)用這2個函數(shù)實(shí)現(xiàn)對RTE層定標(biāo)方式的適配，從而將對源代碼的維護(hù)變成對RTE層表格的維護(hù)，能夠提高工作效率，降低勞動強(qiáng)度。

5 ASAP數(shù)據(jù)庫自動生成

5.1 導(dǎo)入數(shù)據(jù)

首先將管理數(shù)據(jù)Excel文件及MATLAB讀取Excel文件的封裝包放到MATLAB路徑下，使用創(chuàng)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(shí)現(xiàn)了Excel表中信息導(dǎo)入到 MATLAB的Workspace。

5.2 自動創(chuàng)建用于生成A2L文件的模型

在生成 A2L文件時需將導(dǎo)入MATLAB工作空間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(yīng)的標(biāo)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(nèi)的信息后自動創(chuàng)建模型。

5.3 A2L文件頭的修改

將創(chuàng)建的模型生成的A2L文件導(dǎo)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(jìn)行修改。A2L文件頭定義了整個項(xiàng)目的通用信息，包括與硬件設(shè)備通信信息、標(biāo)定量和觀測量的存儲區(qū)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(fā)，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(dǎo)入INCA，與ECU建立通信。

5.4 A2L文件生成及地址替換

在自動創(chuàng)建的模型上打開模型配置參數(shù)的配置界面，配置相關(guān)參數(shù)生成A2L文件，替換地址后可導(dǎo)入INCA使用。通過運(yùn)行M腳本函數(shù)實(shí)現(xiàn)打開配置界面、配置相關(guān)參數(shù)、生成A2L等操作。

6 總 結(jié)

給出了一種ASAP數(shù)據(jù)庫管理方式，用2張Excel表管理所用到的標(biāo)定量及觀測量。利用MATLAB工具生成可以導(dǎo)入INCA的A2L文件，將Excel表數(shù)據(jù)導(dǎo)入Workspace、提取Excel表信息創(chuàng)建模型、生成A2L文件并將替換地址的各M函數(shù)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(biāo)定量和觀測量的ASAP數(shù)據(jù)庫實(shí)時更新任務(wù)。

[1]宋維群,楊世春,李明,等.基于ASAM標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫邏輯分析與編程實(shí)現(xiàn)[J].汽車技術(shù),2012（1）：10-13.

[2]張彧,馮輝宗.基于CCP協(xié)議的汽車ECU標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2007（29）：216-217.

[3]韋文波.基于CCP協(xié)議的電控發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)[D]．長沙：湖南大學(xué),2011.

[4]莊繼暉,謝輝,李蘇蘇,等.基于ASAP架構(gòu)的發(fā)動機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)[J].中國機(jī)械工程,2012 ，23(2):199-203.

[5]陳鵬.基于CCP協(xié)議發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)應(yīng)用研究[D]．武漢：武漢理工大學(xué),2014.

2021-03-15

U463.6.02

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.04.010

1002-4581（2021）04-0041-04