汽車電控底層及應(yīng)用層軟件開發(fā)介紹

一、底層軟件開發(fā)介紹

1 底層軟件主要內(nèi)容

底層軟件開發(fā)內(nèi)容有：一方面是設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，基于主芯片有：底層驅(qū)動(dòng)PORTS，ADC，PWM，SPI，CAN，SENT等，基于外圍芯片的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)。

另一方面基礎(chǔ)功能的開發(fā)，bootloader開發(fā)，操作系統(tǒng)RTOS，存儲(chǔ)管理，故障診斷，通訊和網(wǎng)絡(luò)安全等功能。

2 底層軟件開發(fā)基礎(chǔ)

對(duì)于上述的底層軟件開發(fā)內(nèi)容，若要深入的話，一是要能看懂芯片手冊(cè)，熟悉所使用芯片提供的資源 ，包括多核定義，內(nèi)存分配情況(包括RAM和ROM/FLASH/EEPROM)，ADC模塊，GTM模塊和通訊模塊等等;二是要掌握常用的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議，包括OSEK標(biāo)準(zhǔn)(操作系統(tǒng)相關(guān))，14229協(xié)議和15765協(xié)議(診斷，刷寫相關(guān))，XCP協(xié)議(標(biāo)定相關(guān))和 11989協(xié)議(CAN通訊相關(guān))等;三是要掌握C語言編程，ECU底層軟件使用該語言進(jìn)行開發(fā)。

3 底層軟件開發(fā)工具

底層軟件開發(fā)最常用的工具有勞特巴赫TRACE32和Vector三件套(Canlyzer, CANape，CANoe)。其中，勞特巴赫調(diào)試工具提供了嵌入式開發(fā)全生命周期的支持， 覆蓋了Pre-Silicon，芯片Bring-Up， Bootloader、 Firmware的開發(fā)，OS和App的調(diào)試，以及后續(xù)的軟件測試等過程。

舉一個(gè)簡單應(yīng)用，比如開發(fā)者使用勞特巴赫實(shí)時(shí)跟蹤代碼的運(yùn)行狀態(tài)，觀察一些調(diào)試資源，像寄存器、內(nèi)存、C源碼、變量等等，這樣就可以識(shí)別開發(fā)的功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

而Vector工具的話：對(duì)于CANlyzer，一方面可以模擬報(bào)文節(jié)點(diǎn)，發(fā)送或接收?qǐng)?bào)文，以此來驗(yàn)證通訊或診斷功能，另一方面通過CAPL語言可設(shè)計(jì)一個(gè)模擬環(huán)境來測量或驗(yàn)證所開發(fā)的功能。對(duì)于CANape，一方面可以實(shí)時(shí)監(jiān)測TCU的內(nèi)外部變量，另一個(gè)方面還可以改變標(biāo)定變量的數(shù)值。

熟悉了上述的兩類工具，底層軟件所涉及的測試和驗(yàn)證工作就基本沒問題。

二、應(yīng)用層軟件開發(fā)介紹

1.應(yīng)用層軟件概述

相對(duì)于底層軟件，應(yīng)用層軟件偏向于解決車輛的實(shí)際駕駛工況和應(yīng)用場景問題，以及通過精妙的控制算法或策略實(shí)現(xiàn)零部件的精準(zhǔn)控制。應(yīng)用層軟件一般從底層軟件獲取來自傳感器或CAN通訊的輸入數(shù)據(jù)，通過自身復(fù)雜而有效的策略和算法計(jì)算或決策出控制目標(biāo)，輸出給底層軟件最終去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。比如電機(jī)控制器，根據(jù)當(dāng)前油門或制動(dòng)，坡度，車速等數(shù)據(jù)，識(shí)別出車輛現(xiàn)在處于什么工況，再根據(jù)工況的特性，是加速還是減速，是急加速還是急減速等特性，計(jì)算出電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和目標(biāo)扭矩，然后基于電機(jī)特性Map，確定目標(biāo)電流或電壓，最終驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以此精準(zhǔn)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過這個(gè)例子，也不難發(fā)現(xiàn)，要做好應(yīng)用層軟件有幾點(diǎn)要求：

1) 深入理解控制對(duì)象所應(yīng)用的場景，車輛有不同的駕駛工況，比如加速超車，制動(dòng)回饋，自動(dòng)巡航，自動(dòng)泊車等。在這些場景下，我們一方面要深入理解控制對(duì)象的應(yīng)用狀況，另一方面也要處理不同駕駛工況如何相互切換;

2)深入了解控制對(duì)象的實(shí)際特性，以電機(jī)為例，電機(jī)特性Map圖(轉(zhuǎn)速-扭矩-功率)，電機(jī)特性受溫度等因素的影響情況;

3)深入掌握控制對(duì)象的基礎(chǔ)知識(shí)，還以電機(jī)為例，電機(jī)的基本控制方法，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理，車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)理論等。

2 應(yīng)用層軟件的開發(fā)工具

當(dāng)前應(yīng)用層軟件的開發(fā)工具，在國內(nèi)最流行的應(yīng)該是Mathworks公司的Matlab+Simulink+Stateflow, 以前在德企會(huì)用Matlab+targetlink+stateflow, 像博世還有自己的開發(fā)工具。像當(dāng)下自動(dòng)駕駛的應(yīng)用層，有很多公司會(huì)采用代碼開發(fā)，像C、C++等，不過這里提到的都是基于模型的應(yīng)用層軟件開發(fā)。

相對(duì)于底層軟件，應(yīng)用層軟件偏向于解決車輛的實(shí)際駕駛工況和應(yīng)用場景問題，以及通過精妙的控制算法或策略實(shí)現(xiàn)零部件的精準(zhǔn)控制。應(yīng)用層軟件一般從底層軟件獲取來自傳感器或CAN通訊的輸入數(shù)據(jù)，通過自身復(fù)雜而有效的策略和算法計(jì)算或決策出控制目標(biāo)，輸出給底層軟件最終去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。比如電機(jī)控制器，根據(jù)當(dāng)前油門或制動(dòng)，坡度，車速等數(shù)據(jù)，識(shí)別出車輛現(xiàn)在處于什么工況，再根據(jù)工況的特性，是加速還是減速，是急加速還是急減速等特性，計(jì)算出電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和目標(biāo)扭矩，然后基于電機(jī)特性Map，確定目標(biāo)電流或電壓，最終驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以此精準(zhǔn)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過這個(gè)例子，也不難發(fā)現(xiàn)，要做好應(yīng)用層軟件有幾點(diǎn)要求：

1) 深入理解控制對(duì)象所應(yīng)用的場景，車輛有不同的駕駛工況，比如加速超車，制動(dòng)回饋，自動(dòng)巡航，自動(dòng)泊車等。在這些場景下，我們一方面要深入理解控制對(duì)象的應(yīng)用狀況，另一方面也要處理不同駕駛工況如何相互切換;

2)深入了解控制對(duì)象的實(shí)際特性，以電機(jī)為例，電機(jī)特性Map圖(轉(zhuǎn)速-扭矩-功率)，電機(jī)特性受溫度等因素的影響情況;

3)深入掌握控制對(duì)象的基礎(chǔ)知識(shí)，還以電機(jī)為例，電機(jī)的基本控制方法，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理，車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)理論等。

3 應(yīng)用層軟件的開發(fā)工具

當(dāng)前應(yīng)用層軟件的開發(fā)工具，在國內(nèi)最流行的應(yīng)該是Mathworks公司的Matlab+Simulink+Stateflow, 以前在德企會(huì)用Matlab+targetlink+ stateflow, 像博世還有自己的開發(fā)工具。像當(dāng)下自動(dòng)駕駛的應(yīng)用層，有很多公司會(huì)采用代碼開發(fā)，像C、C++等，不過這里提到的都是基于模型的應(yīng)用層軟件開發(fā)。

就是先根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案搭建模型，再基于開發(fā)工具所提供自動(dòng)生成代碼配置，將所有模型自動(dòng)生成C代碼;生成的應(yīng)用層軟件代碼和底層代碼一起編譯執(zhí)行，生成可供ECU執(zhí)行運(yùn)行的文件，比如s19，Hex，Bin等格式;最終通過刷寫工具將軟件燒錄到ECU相應(yīng)的內(nèi)存空間，啟動(dòng)ECU就可以實(shí)時(shí)運(yùn)行軟件，執(zhí)行相應(yīng)的功能。

審核編輯：湯梓紅