基于標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)及SimulinkStateflow的車身控制器軟件開(kāi)發(fā)

基于標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)及Simulink/Stateflow的車身控制器軟件開(kāi)發(fā)楊國(guó)勝1賈天陽(yáng)1王賀飛2〔1.河南天海科技河南鄭州450001；2.河南天海電器河南鶴壁458030〕【摘要】本文介紹了一種車身控制器〔BCM〕嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)及開(kāi)發(fā)方式。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用軟件標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)平臺(tái)，遵循模塊化設(shè)計(jì)原那么，對(duì)車身控制器的功能進(jìn)行詳細(xì)劃分，并用Simulink/Stateflow對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行建模、仿真及代碼生成，實(shí)現(xiàn)協(xié)同開(kāi)發(fā)，既保證了軟件開(kāi)發(fā)質(zhì)量，又縮短了軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。在對(duì)汽車電子產(chǎn)品本錢嚴(yán)格要求控制的今天，這種開(kāi)發(fā)方式能大大節(jié)省軟件開(kāi)發(fā)的人力、物力及時(shí)間本錢，必然會(huì)取代傳統(tǒng)汽車電子嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方式，成為今后軟件開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。【關(guān)鍵詞】軟件架構(gòu)車身控制器SimulinkStateflow建模仿真代碼生成VehicleBodyControlModuleSoftwaredevelopmentbasedonstandardarchitectureandSimulink/StateflowYangGuosheng1，JiaTianyang1，WangHefei2〔HenanTHBTechnologiesCO.,LTD，Zhengzhou450001，China；,Hebi458030,China〕【Abstract】Thisarticledescribesabodycontroller(BCM)embeddedsoftwaredevelopmentplatformanddevelopmentapproach.Duringdevelopment,weusethestandardarchitectureplatformandfollowthemodularizationdesignruletopartitiontheBCMsub-functionmoduleindetail.AndtheSumulink/Stateflowtoolisusedtocreatestatemachine,dosimulationandautocodegeneration,whichwillensurethesoftwaredevelopmentquality,alsothedevelopingtimeisshorted.Todayunderthehighpressureofautomotiveelectronicproductcostcontrol,thisdevelopmethodcangreatlyreducethehumanresource,materialresourceandtimecost,whichwillbeboundtoreplacethetraditionalautomotiveelectronicsembeddedsoftwaredevelopment,tobecomethefuturetrendofsoftwaredevelopment.【Keywords】softwarearchitecture,BCM,Simulink/Stateflow,Statemachine,codegeneration1引言當(dāng)前汽車電子產(chǎn)品的功能日趨復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格，而開(kāi)發(fā)本錢那么越來(lái)越低，如何提供高質(zhì)量、低本錢的汽車電子產(chǎn)品成為汽車電子企業(yè)在本行業(yè)中立于不敗之地的關(guān)鍵。軟件開(kāi)發(fā)那么是整個(gè)汽車電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的核心，軟件質(zhì)量的好壞直接決定了該產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的軟件是整個(gè)汽車電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重中之重。車身控制器是車輛的重要模塊之一，控制著門鎖、車燈、雨刷、車窗、除霜、防盜報(bào)警及倒車?yán)走_(dá)等功能，其功能開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及到了大量的邏輯處理，而Simulink/Stateflow那么為邏輯處理提供了完美的解決方案，通過(guò)建模仿真可以仿真各種功能邏輯，實(shí)現(xiàn)軟件在環(huán)〔SIL，SoftwareInLoop〕測(cè)試，并可通過(guò)代碼生成工具生成目標(biāo)代碼，實(shí)現(xiàn)硬件在環(huán)〔HIL，HardwareInLoop〕測(cè)試，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)車身控制器功能。2軟件開(kāi)發(fā)架構(gòu)2.1軟件框架本軟件開(kāi)發(fā)采用標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)平臺(tái)，總體上分了5層：應(yīng)用層〔APP〕、信號(hào)抽象層〔SAL〕、效勞層〔SRV〕、硬件抽象層〔HAL〕及驅(qū)動(dòng)層〔DRV〕，具體如圖1所示。圖1軟件架構(gòu)平臺(tái)架構(gòu)描述應(yīng)用層(APP):客戶功能需求、診斷等；效勞層(SRV):用于輸入信號(hào)調(diào)理、輸出信號(hào)管理、電源管理及網(wǎng)絡(luò)管理等；驅(qū)動(dòng)層(DRV):MCU底層驅(qū)動(dòng)；信號(hào)抽象層(SAL):應(yīng)用層和效勞層之間的一個(gè)RAM接口，用于應(yīng)用層和服務(wù)層之間的數(shù)據(jù)交換；兩層開(kāi)發(fā)可以相互獨(dú)立；硬件抽象層(HAL):效勞層和底層之間的一個(gè)RAM接口，用于效勞層和底之間的數(shù)據(jù)交換；兩層開(kāi)發(fā)可以相互獨(dú)立；任務(wù)調(diào)度管理(OMM):基于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度，有1ms、5ms、10ms、20ms及50ms等不同任務(wù)。架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)采用該軟件架構(gòu)平臺(tái)有如下優(yōu)點(diǎn)：〔1〕可以適用于不同的客戶，盡量不做更改或輕微改動(dòng)；〔2〕模塊化設(shè)計(jì)，軟件開(kāi)發(fā)更加靈活；〔3〕軟件資源可以重復(fù)使用，減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和本錢；〔4〕便于測(cè)試，提供可測(cè)試的設(shè)計(jì)環(huán)境；〔5〕便于維護(hù)，具有良好的可維護(hù)追蹤性能；〔6〕支持所有診斷需求。3車身控制器軟件開(kāi)發(fā)本局部將以國(guó)內(nèi)某車型的車身控制器為實(shí)例，詳細(xì)介紹利用標(biāo)準(zhǔn)軟件架構(gòu)平臺(tái)及Simulink/Stateflow來(lái)開(kāi)發(fā)車身控制器的具體過(guò)程。其中，應(yīng)用層采用Simulink/Stateflow來(lái)進(jìn)行建模、仿真及代碼自動(dòng)生成。根據(jù)系統(tǒng)功能確定開(kāi)發(fā)工程師由于汽車電子功能的日趨復(fù)雜，協(xié)同開(kāi)發(fā)就顯得越來(lái)越重要，每一位參與開(kāi)發(fā)的工程師都各負(fù)其責(zé)，分工明確，各自的開(kāi)發(fā)任務(wù)完成后，按照事先制定的接口進(jìn)行集成，可以大大提高工作效率，減少開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的潛在錯(cuò)誤，保證軟件的開(kāi)發(fā)質(zhì)量。該車身控制器包含遙控/中控門鎖、燈光〔轉(zhuǎn)向燈、內(nèi)飾燈及霧燈〕控制、后除霜、電動(dòng)窗及遙控鑰匙匹配學(xué)習(xí)等功能；根據(jù)此系統(tǒng)功能確定軟件開(kāi)發(fā)人員，如圖2所示：圖2車身控制器軟件開(kāi)發(fā)人員組織結(jié)構(gòu)3.2軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)即上層設(shè)計(jì)，由系統(tǒng)集成工程師來(lái)完成；系統(tǒng)集成工程師是整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者，負(fù)責(zé)整個(gè)軟件的架構(gòu)設(shè)計(jì)、接口定義及開(kāi)發(fā)流程控制等。根據(jù)上述車身控制器功能及模塊化設(shè)計(jì)原那么，該車身控制器軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示：圖3車身控制器軟件架構(gòu)圖其中：應(yīng)用層〔APP〕包括以下模塊：clk–中央門鎖控制模塊；dim–轉(zhuǎn)向燈控制模塊；idl–室內(nèi)燈模塊；rdf–后除霜控制模塊；rfl–后霧燈控制模塊；lrn–鑰匙學(xué)習(xí)模塊；wnd–電動(dòng)窗控制模塊；效勞層〔SRV〕包含以下模塊：isv–輸入信號(hào)調(diào)理，如濾波等；osv–輸出信號(hào)處理，主要是接收應(yīng)用層輸出信號(hào)，分解后輸出到驅(qū)動(dòng)層；slp–休眠喚醒管理，負(fù)責(zé)整個(gè)BCM的休眠喚醒條件處理；驅(qū)動(dòng)層〔DRV〕包含以下模塊：adm–ad轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)；dio–io讀取輸入/驅(qū)動(dòng)輸出；pwm–輸入捕捉讀取車速信號(hào)；rke–rke信號(hào)處理,輸出Lock/Unlock信號(hào)供給用層使用；spm–spi驅(qū)動(dòng)管理。3.3模塊信號(hào)流設(shè)計(jì)模塊信號(hào)流設(shè)計(jì)是指根據(jù)各個(gè)模塊的功能需求描述，來(lái)確定其輸入輸出，以及各個(gè)輸入輸出信號(hào)的來(lái)龍去脈。輸入信號(hào)可能從底層直接輸入到應(yīng)用層，也有可能經(jīng)過(guò)效勞層處理后再輸入到應(yīng)用層；同理，輸出信號(hào)可能直接輸出到底層，也可能經(jīng)過(guò)效勞層處理后再輸出到底層。以轉(zhuǎn)向燈模塊為例，其輸入輸出信號(hào)流如下列圖：圖4轉(zhuǎn)向燈模塊應(yīng)用層輸入輸出信號(hào)圖3.4應(yīng)用層Simulink/Stateflow設(shè)計(jì)Stateflow是一個(gè)交互式的圖形設(shè)計(jì)工具，它基于有限狀態(tài)機(jī)〔FiniteStateMachine〕的理論，可以用來(lái)解決復(fù)雜的邏輯問(wèn)題，用戶可以通過(guò)圖形化工具實(shí)現(xiàn)在不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。Stateflow與Simulink和Matlab緊密集成，可以直接將Stateflow創(chuàng)立的復(fù)雜控制邏輯直接嵌入到Simulink仿真模型中，利用Simulink的Signalbuilder功能模塊來(lái)創(chuàng)立各種測(cè)試用例，模擬各個(gè)輸入信號(hào)的變化情況，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)在各種測(cè)試用例下，Stateflow的輸出是否符合設(shè)計(jì)要求，從而到達(dá)仿真的目的。以轉(zhuǎn)向燈為例，其Stateflow圖如下所示：圖5轉(zhuǎn)向燈模塊Stateflow圖利用Signalbuilder創(chuàng)立測(cè)試用例，模擬仿真如下列圖所示：圖6利用Signalbuilder仿真轉(zhuǎn)向燈模塊功能圖3.5應(yīng)用層自動(dòng)代碼生成當(dāng)仿真完成后，可利用代碼生成工具自動(dòng)生成C代碼，把生成的文件集成到軟件架構(gòu)中，即可下載到目標(biāo)板上進(jìn)行硬件在環(huán)測(cè)試。如果測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)計(jì)Stateflow時(shí)未曾考慮的情況，那么針對(duì)該具體情況修改Stateflow圖，仿真，代碼生成，直至所有的功能都能順利實(shí)現(xiàn)。4總結(jié)軟件標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)為汽車電子嵌入式軟件開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，開(kāi)發(fā)者可以很方便地利用該平