基于标准架构及SimulinkStateflow的车身控制器软件开发

基于标准架构及Simulink/Stateflow的车身控制器软件开发杨国胜1贾天阳1王贺飞2〔1.河南天海科技河南郑州450001；2.河南天海电器河南鹤壁458030〕【摘要】本文介绍了一种车身控制器〔BCM〕嵌入式软件的开发平台及开发方式。在开发过程中使用软件标准架构平台，遵循模块化设计原那么，对车身控制器的功能进行详细划分，并用Simulink/Stateflow对各个模块进行建模、仿真及代码生成，实现协同开发，既保证了软件开发质量，又缩短了软件开发时间。在对汽车电子产品本钱严格要求控制的今天，这种开发方式能大大节省软件开发的人力、物力及时间本钱，必然会取代传统汽车电子嵌入式软件开发方式，成为今后软件开发的趋势。【关键词】软件架构车身控制器SimulinkStateflow建模仿真代码生成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引言当前汽车电子产品的功能日趋复杂，产品质量要求越来越严格，而开发本钱那么越来越低，如何提供高质量、低本钱的汽车电子产品成为汽车电子企业在本行业中立于不败之地的关键。软件开发那么是整个汽车电子产品开发的核心，软件质量的好坏直接决定了该产品的质量，因此，开发出稳定可靠的软件是整个汽车电子产品开发的重中之重。车身控制器是车辆的重要模块之一，控制着门锁、车灯、雨刷、车窗、除霜、防盗报警及倒车雷达等功能，其功能开发过程中涉及到了大量的逻辑处理，而Simulink/Stateflow那么为逻辑处理提供了完美的解决方案，通过建模仿真可以仿真各种功能逻辑，实现软件在环〔SIL，SoftwareInLoop〕测试，并可通过代码生成工具生成目标代码，实现硬件在环〔HIL，HardwareInLoop〕测试，从而实现整个车身控制器功能。2软件开发架构2.1软件框架本软件开发采用标准架构平台，总体上分了5层：应用层〔APP〕、信号抽象层〔SAL〕、效劳层〔SRV〕、硬件抽象层〔HAL〕及驱动层〔DRV〕，具体如图1所示。图1软件架构平台架构描述应用层(APP):客户功能需求、诊断等；效劳层(SRV):用于输入信号调理、输出信号管理、电源管理及网络管理等；驱动层(DRV):MCU底层驱动；信号抽象层(SAL):应用层和效劳层之间的一个RAM接口，用于应用层和服务层之间的数据交换；两层开发可以相互独立；硬件抽象层(HAL):效劳层和底层之间的一个RAM接口，用于效劳层和底之间的数据交换；两层开发可以相互独立；任务调度管理(OMM):基于时间片轮转法进行任务的调度，有1ms、5ms、10ms、20ms及50ms等不同任务。架构优点采用该软件架构平台有如下优点：〔1〕可以适用于不同的客户，尽量不做更改或轻微改动；〔2〕模块化设计，软件开发更加灵活；〔3〕软件资源可以重复使用，减少开发时间和本钱；〔4〕便于测试，提供可测试的设计环境；〔5〕便于维护，具有良好的可维护追踪性能；〔6〕支持所有诊断需求。3车身控制器软件开发本局部将以国内某车型的车身控制器为实例，详细介绍利用标准软件架构平台及Simulink/Stateflow来开发车身控制器的具体过程。其中，应用层采用Simulink/Stateflow来进行建模、仿真及代码自动生成。根据系统功能确定开发工程师由于汽车电子功能的日趋复杂，协同开发就显得越来越重要，每一位参与开发的工程师都各负其责，分工明确，各自的开发任务完成后，按照事先制定的接口进行集成，可以大大提高工作效率，减少开发过程中出现的潜在错误，保证软件的开发质量。该车身控制器包含遥控/中控门锁、灯光〔转向灯、内饰灯及雾灯〕控制、后除霜、电动窗及遥控钥匙匹配学习等功能；根据此系统功能确定软件开发人员，如图2所示：图2车身控制器软件开发人员组织结构3.2软件架构设计软件架构设计即上层设计，由系统集成工程师来完成；系统集成工程师是整个软件开发的领导者，负责整个软件的架构设计、接口定义及开发流程控制等。根据上述车身控制器功能及模块化设计原那么，该车身控制器软件架构设计如图3所示：图3车身控制器软件架构图其中：应用层〔APP〕包括以下模块：clk–中央门锁控制模块；dim–转向灯控制模块；idl–室内灯模块；rdf–后除霜控制模块；rfl–后雾灯控制模块；lrn–钥匙学习模块；wnd–电动窗控制模块；效劳层〔SRV〕包含以下模块：isv–输入信号调理，如滤波等；osv–输出信号处理，主要是接收应用层输出信号，分解后输出到驱动层；slp–休眠唤醒管理，负责整个BCM的休眠唤醒条件处理；驱动层〔DRV〕包含以下模块：adm–ad转换驱动；dio–io读取输入/驱动输出；pwm–输入捕捉读取车速信号；rke–rke信号处理,输出Lock/Unlock信号供给用层使用；spm–spi驱动管理。3.3模块信号流设计模块信号流设计是指根据各个模块的功能需求描述，来确定其输入输出，以及各个输入输出信号的来龙去脉。输入信号可能从底层直接输入到应用层，也有可能经过效劳层处理后再输入到应用层；同理，输出信号可能直接输出到底层，也可能经过效劳层处理后再输出到底层。以转向灯模块为例，其输入输出信号流如下列图：图4转向灯模块应用层输入输出信号图3.4应用层Simulink/Stateflow设计Stateflow是一个交互式的图形设计工具，它基于有限状态机〔FiniteStateMachine〕的理论，可以用来解决复杂的逻辑问题，用户可以通过图形化工具实现在不同状态之间的转换。Stateflow与Simulink和Matlab紧密集成，可以直接将Stateflow创立的复杂控制逻辑直接嵌入到Simulink仿真模型中，利用Simulink的Signalbuilder功能模块来创立各种测试用例，模拟各个输入信号的变化情况，同时可以监测在各种测试用例下，Stateflow的输出是否符合设计要求，从而到达仿真的目的。以转向灯为例，其Stateflow图如下所示：图5转向灯模块Stateflow图利用Signalbuilder创立测试用例，模拟仿真如下列图所示：图6利用Signalbuilder仿真转向灯模块功能图3.5应用层自动代码生成当仿真完成后，可利用代码生成工具自动生成C代码，把生成的文件集成到软件架构中，即可下载到目标板上进行硬件在环测试。如果测试过程中出现设计Stateflow时未曾考虑的情况，那么针对该具体情况修改Stateflow图，仿真，代码生成，直至所有的功能都能顺利实现。4总结软件标准架构为汽车电子嵌入式软件开发提供了一个良好的平台，开发者可以很方便地利用该平