汽車微控制器虛擬控制器的分類與實踐

虛擬控制器（V-ECU）是指通過軟件在模擬環(huán)境中運行，模仿實際硬件控制器功能的系統(tǒng)組件。它可用于開發(fā)、測試和驗證嵌入式系統(tǒng)，而無需依賴實際的物理硬件。

當前汽車微控制器虛擬控制器主要分為兩類。一類是基于控制器主控芯片的二進制文件(如:HEX,S19)，將其跑在芯片對應的PC仿真器上來模擬仿真其行為。還有一類是將ECU控制器中源碼在源代碼端就進行軟硬件的解耦，再通過x86編譯器（如：Mingw或 MSVC編譯器）生成與X86 環(huán)境兼容的可執(zhí)行文件（如FMU文件）運行在仿真環(huán)境上，從而進行仿真測試。

根據(jù)功能需求，虛擬控制器V-ECU一般分為以下幾類：

Type-0/Level-0 V-ECU：應用層功能模型

該類型主要用于驗證控制功能邏輯與應用層功能算法，通常通過MATLAB/Simulink 或 ASCET 等模型生成。測試過程只針對模型本身進行測試，不生成用于集成的功能模塊代碼，常用的測試場景為模型在環(huán) (MiL) 測試，用于早期概念設計階段的功能驗證。

Type-1/Level-1 V-ECU：應用層功能虛擬控制器

Type-1/Level-1 類型的V-ECU 包含應用軟件 (ASW) 的產(chǎn)品級代碼。它可以測試ECU應用層的功能，或跨多個 ECU 分布的功能模塊。這種類型的 V-ECU 無需直接與硬件交互，適用于功能開發(fā)和軟件在環(huán) (SiL) 測試，能夠幫助加速原型設計和功能驗證。

Type-2/Level-2 V-ECU：基于仿真BSW層的虛擬控制器

此類型在應用層代碼基礎上，還包含用于仿真的基礎軟件 (BSW)，如簡化的通信協(xié)議棧 (Com Stacks)。它可以更全面地測試應用軟件，尤其是涉及通信總線的場景，支持更復雜的總線通信和集成測試。

Type-3/Level-3 V-ECU：產(chǎn)品級BSW的虛擬控制器

Type-3/Level3 V-ECU 除了應用軟件，還包括大部分基礎軟件 (BSW)。它能夠模擬更接近真實ECU的軟件架構，支持組件集成測試、功能鏈測試及網(wǎng)絡集成測試。這個層級適用于更高級別的系統(tǒng)測試，包括物理層的通信仿真。

Type-4/Level-4 V-ECU：目標二進制文件

Type-4/Level-4V-ECU涉及針對特定硬件目標編譯的完整二進制文件，它能夠模擬微控制器的指令集，運行在PC環(huán)境下的目標芯片仿真器上。該類型V-ECU雖然可以支持對軟件與目標芯片硬件交互的詳細研究，這對與開發(fā)MCAL驅(qū)動或復雜設備驅(qū)動（CDD）是有用的，用于高度真實的硬件行為模擬和軟件測試。Level-4級的虛擬控制器雖然有其獨特的優(yōu)勢，可以保留目標芯片軟件的編譯工具鏈和完整二進制文件，但受限于前期的投入與仿真時的運行效率的因素，在使用場景上受到一定的限制。

綜上，所有這幾種類型的V-ECU在ECU軟件開發(fā)過程中都可被并行使用。Type1-3 / Level 1-3級 V-ECU為基于x86 PC架構編譯生成的，相較于Type-4 / Level-4的V-ECU，能提供相對滿意的仿真性能、代碼調(diào)試能力、以及更快的仿真效率和更短的開發(fā)反饋周期。

ETAS如何幫助您快速生成虛擬控制器？

VECU-BUILDER可將現(xiàn)有的C語言源碼 或 經(jīng)過預編譯后的二進制庫文件(基于X86的PC靜態(tài)庫) 構建為FMU格式的虛擬控制器(V-ECU)，或基于一個已經(jīng)包含符號信息的動態(tài)庫文件(Dynamic Library文件）構建成FMU格式的虛擬 ECU (V-ECU)。

支持的vECU級別：

FMU集成：

這些FMU可以集成到任何兼容FMU格式導入的工具和仿真環(huán)境中，選擇仿真環(huán)境取決于實際需求，例如仿真精度、仿真速度、工具鏈集成要求。常用的建模工具諸如Matlab Simulink, ASCET以及被控對象模型建模工具CarSim、Amesim 、AVL Cruise M等都兼容FMU格式的導入和導出，詳細清單可參考以下路徑https://fmi-standard.org/tools/

VECU-BUILDER的重要性能

VECU-BUILDER 通過將源代碼或X86靜態(tài)庫文件打包生成通用FMI接口的虛擬控制器，支持多級V-ECU類型（從Type-1 到 Type-3）的輕便生成，覆蓋從功能開發(fā)到集成測試的不同需求。

其性能表現(xiàn)在：

構建輕量級虛擬ECU：在CI/CD管道中實現(xiàn)快速高效的工件部署。虛擬控制器的生成的文件小，仿真環(huán)境計算開銷的成本較低。

更便捷的虛擬控制器自動化生成：使用“一次配置，反復構建”的自動化解決方案來生成虛擬控制器，最具成本效益的解決生成過程耗費過多人力的問題。

更快的仿真速度：相比真實硬件，V-ECU的編譯和運行速度大幅提升，減少了開發(fā)和測試的時間成本。

便捷的調(diào)試能力：通過模擬環(huán)境中的仿真和測試，開發(fā)人員可以快速識別和修復代碼問題，提高軟件質(zhì)量。

靈活的應用場景：無論是模型級測試還是系統(tǒng)級集成，VECU-BUILDER都能夠適應不同階段的開發(fā)需求，確保軟件功能的全方位驗證（除硬件驅(qū)動模塊的驗證）。