文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)07-0033-04
隨著汽車電子的飛速發(fā)展和代碼自動生成技術的出現(xiàn),，汽車電子控制系統(tǒng)實現(xiàn)了從建模、仿真到代碼自動生成的一體化開發(fā), 極大提高了生成代碼的效率,、通用性及可移植性[1]。但是,，汽車控制系統(tǒng)中驅(qū)動代碼卻依賴于特定的硬件與運行環(huán)境,，主要還是以手工編寫代碼為主[2]。這種手工編寫代碼的方法存在大量的重復勞動,，且代碼無法規(guī)范統(tǒng)一,，可重用性不強、可讀性差,。
所以,，設計一款可以兼容多款處理器的驅(qū)動代碼工具，生成統(tǒng)一性,、規(guī)范性和開發(fā)性代碼成為行業(yè)發(fā)展的趨勢,。當前在汽車行業(yè)應用最廣的是德國dSPACE公司的Targetlink代碼生成工具和Mathworks公司的RTW代碼生成工具[3]。本文采用Matlab/Simulnik/RTW工具設計并實現(xiàn)了基于代碼生成技術的驅(qū)動工具箱,，實現(xiàn)了汽車電控系統(tǒng)中驅(qū)動代碼生成的可靠性,、安全性、高效性及可移植性,。
1 AutoSAR規(guī)范驅(qū)動接口
汽車開放式系統(tǒng)架構標準AutoSAR(AuTomotive Open System ARchitecture),，主要可分為三層：應用層、運行時環(huán)境和基礎軟件,。其中基礎軟件又包括系統(tǒng)服務,、ECU抽象層和uC抽象層，所有驅(qū)動程序都包含在uC抽象層和ECU抽象層中,。
本文依據(jù)AutoSAR規(guī)范中ECU抽象層和uC抽象層中硬件接口標準編寫驅(qū)動程序,，組成驅(qū)動資源庫[4]。驅(qū)動程序按照硬件功能特點可分為四類：通用I/O硬件驅(qū)動,、通信硬件驅(qū)動,、存儲硬件驅(qū)動和微控制器驅(qū)動。其內(nèi)容與結構如圖1所示。
AutoSAR規(guī)范定義了汽車電控單元硬件驅(qū)動程序的接口規(guī)范,，把驅(qū)動函數(shù)進行了標準化和模塊化,，為驅(qū)動工具箱開發(fā)應用奠定了良好的基礎。
2 驅(qū)動代碼生成工具箱的設計與實現(xiàn)
2.1 設計方法
在Simulink/RTW平臺上設計基于AutoSAR規(guī)范的驅(qū)動代碼生成工具箱是通過建立S函數(shù)模塊配置參數(shù)并設計封裝入庫[5]來實現(xiàn)的,。驅(qū)動工具箱的設計流程如圖2所示,，具體內(nèi)容如下：
(1)分析AutoSAR規(guī)范中驅(qū)動函數(shù)接口標準的內(nèi)容，確定驅(qū)動應用代碼的內(nèi)容,。
(2)分析汽車電控系統(tǒng)中驅(qū)動代碼的需求,，確定驅(qū)動應用代碼的格式。
(3)根據(jù)規(guī)范和需求確定驅(qū)動工具箱的設計方案,，設計驅(qū)動工具箱為驅(qū)動配置功能模塊和驅(qū)動API功能模塊兩大類,。
(4)編寫S函數(shù)，實現(xiàn)驅(qū)動配置功能模塊和驅(qū)動API功能模塊的參數(shù)變量,。
(5)在Simulink平臺上建立S函數(shù)模塊并添加各功能模塊的參數(shù)變量,。
(6)設計和封裝S函數(shù)模塊內(nèi)容及格式，實現(xiàn)驅(qū)動功能模塊的功能和創(chuàng)建驅(qū)動工具箱并添加到Simulink庫中,。
(7)依據(jù)驅(qū)動工具箱的功能編寫代碼生成模板,，實現(xiàn)驅(qū)動應用代碼自動生成。
2.2 實現(xiàn)
下面以驅(qū)動ADC模塊的實現(xiàn)為例詳細介紹驅(qū)動工具箱模塊的實現(xiàn)方法,。
依據(jù)驅(qū)動工具箱的設計方案可知,，驅(qū)動ADC功能模塊分為配置模塊和API模塊。ADC配置模塊實現(xiàn)不同處理器初始化配置,；API模塊(即ADC驅(qū)動函數(shù)模塊)實現(xiàn)驅(qū)動函數(shù)接口的配置及函數(shù)的調(diào)用,。ADC功能模塊實現(xiàn)的主要步驟及內(nèi)容如表1所示。
ADC驅(qū)動模塊庫中配置模塊通過初始化相關參數(shù)的配置,，實現(xiàn)不同處理器下驅(qū)動ADC使用時其相關的頭文件包含,、配置文件生成、初始化結構體參數(shù)配置及ADC的API開關定義,。ADC驅(qū)動API模塊由API函數(shù)接口變量的配置實現(xiàn)驅(qū)動函數(shù)與控制算法的無縫連接,，并配置函數(shù)體參數(shù)實現(xiàn)API函數(shù)的正確調(diào)用。
各驅(qū)動模塊設計封裝好后添加到Simulink庫中就完成了驅(qū)動工具箱的設計,。圖3是驅(qū)動代碼生成工具箱各功能模塊的結構圖,。
3 驅(qū)動工具箱代碼生成模板的設計與實現(xiàn)
代碼生成模板基于模塊TLC設計，其主要功能是驅(qū)動函數(shù)初始化代碼的實現(xiàn)和API函數(shù)調(diào)用代碼的實現(xiàn)[5],。
3.1 設計
基于RTW的代碼生成工具設計驅(qū)動工具箱代碼生成模板,，主要包含系統(tǒng)目標TLC和驅(qū)動模塊TLC。系統(tǒng)目標TLC在Matlab7.1版系統(tǒng)目標osekworks.tlc基礎上修改,，修改TLC組件的包含及相關文件名即可[6],。驅(qū)動工具箱代碼生成模板結構圖如圖4所示,。
驅(qū)動配置模塊TLC實現(xiàn)驅(qū)動初始化部分代碼的生成，驅(qū)動API模塊實現(xiàn)驅(qū)動函數(shù)調(diào)用代碼的生成,。下面結合這兩類功能模塊TLC介紹驅(qū)動工具箱代碼生成模板的設計,。
(1)驅(qū)動配置模塊TLC的設計
驅(qū)動配置模塊TLC結合配置模塊參數(shù)生成關聯(lián)芯片選擇的驅(qū)動初始化相關代碼，其主要內(nèi)容可以分為三大部分,，具體內(nèi)容如下：
①頭文件包含代碼,。TLC文件中由條件判斷語句判斷文件包含命令，再由TLC中文件內(nèi)插入代碼語句實現(xiàn)頭文件包含代碼,。
②配置文件與API開關代碼,。TLC中首先判斷芯片選擇內(nèi)容，再由配置文件生成語句實現(xiàn)對應的配置文件生成,，最后在生成的配置文件中添加對應選擇芯片的驅(qū)動API開關代碼內(nèi)容,。
③用戶自定義函數(shù)與驅(qū)動初始化函數(shù)代碼。用戶自定義函數(shù)包含驅(qū)動初始化函數(shù),、實現(xiàn)用戶自定義驅(qū)動初始化函數(shù)功能,。用戶自定義函數(shù)代碼包含main函數(shù)中的函數(shù)調(diào)用、頭文件中函數(shù)的聲明,、源文件中函數(shù)體的定義等內(nèi)容。驅(qū)動初始化結構體參數(shù)和初始化函數(shù)內(nèi)嵌到自定義函數(shù)定義里,。
(2)驅(qū)動API模塊TLC的設計
按照API模塊代碼生成模板功能,，驅(qū)動API模塊TLC要實現(xiàn)的是API函數(shù)的調(diào)用代碼和函數(shù)返回值傳遞。API函數(shù)調(diào)用代碼包含函數(shù)及參數(shù)配置,，在TLC中由獲取模塊參數(shù)值實現(xiàn),。函數(shù)返回值的傳遞由全局變量實現(xiàn)，在配置文件中對全局變量進行定義聲明,。
3.2 實現(xiàn)
每個驅(qū)動模塊代碼生成模板實現(xiàn)方法都一致,。下面以ADC為例分析驅(qū)動配置模塊TLC和驅(qū)動API模塊TLC介紹代碼生成模板的具體實現(xiàn)。
(1)ADC驅(qū)動配置模塊TLC的實現(xiàn)
ADC驅(qū)動模塊TLC內(nèi)容分三部分,，各部分通過條件選擇和配置文件實現(xiàn)與芯片選擇關聯(lián),。
①頭文件包含部分實現(xiàn)主要代碼如下：
%assign
c/hFile=LibCreateSourceFile("Source/Header","Custom,
"%<SFcnParamSettings.ObjFName>")
%<LibSetSourceFileSection(c/hFile,"Functions",buffer)>
//頭文件或者源文件生成代碼實現(xiàn)
%openfile buffer
#include“adc_app.h”
%closefile buffer
②配置文件與API開關部分：在生成的配置文件中添加相關API開關，實現(xiàn)代碼如下：
%openfile buffer
%if SFcnParamSettings.Adc_GetVersionInfo_API==
"on"
#define ADC_GET_VERSION_INFO_API STD_ON
…….//各驅(qū)動API開關添加
%closefile buffer
③配置文件與驅(qū)動初始化配置：在生成的配置文件中添加驅(qū)動初始化代碼,，實現(xiàn)代碼如下：
%openfile buffer
void %<SFcnParamSettings.APPFcnName>()
{const Adc_ConfigType
%<SFcnParamSettings.Adc_Config>={
ADC驅(qū)動初始化結構體參數(shù)代碼},；
Adc_Init(&%<SFcnParamSettings.Adc_Config>);}
%closefilebuffer
(2)ADC驅(qū)動API模塊TLC的實現(xiàn)
驅(qū)動API模塊TLC中主要是函數(shù)參數(shù)配置與返回值傳遞，具體實現(xiàn)代碼如下：
%openfile buffer
Extern%<SFcnParamSettings.DataBufferType>
%closefile buffer
在生成源文件中插入以下代碼實現(xiàn)全局變量定義：
%openfile buffer
%<SFcnParamSettings.DataBufferName>={0};
%closefile buffer
4 驅(qū)動代碼生成工具箱的應用
驅(qū)動工具箱應用于BCM車窗控制系統(tǒng)中,，實現(xiàn)車窗控制系統(tǒng)中驅(qū)動代碼的自動生成,。
車窗控制系統(tǒng)中需要驅(qū)動的有兩部分：車窗控制函數(shù)的輸入信號由ADC采樣獲取,；車窗控制函數(shù)輸出信號由DIO或者PORT實現(xiàn)對目標ECU管腳的輸出,，完成對車窗的驅(qū)動,。
使用Real-Time Workshop將Simulink模型轉(zhuǎn)化為代碼時，編譯器通過系統(tǒng)目標TLC并調(diào)用模塊對應的TLC文件,，最終生成滿足目標ECU的C語言代碼,。下面是RTW中驅(qū)動應用于車窗控制模型代碼自動生成的三個步驟：
第一步：修改Matlab中系統(tǒng)目標TLC文件osekworks.tlc。
第二步：配置模型參數(shù)配置對話框中的標簽頁對其中幾個標簽頁進行設置,。
(1)Solver：設置Solver類型為離散（discrete）固定步長（Fixed-step）,；
(2)Real-Time Workshop：在該標簽頁中填寫系統(tǒng)目標osekworks.tlc，調(diào)用對應的模塊TLC文件來生成代碼,。
第三步：代碼自動生成,。 點擊Real-Time Workshop中的GenerateCode可以直接生成代碼。
從代碼生成報告中可看出,，驅(qū)動應用部分代碼主要體現(xiàn)在包含驅(qū)動初始化代碼的配置文件和調(diào)用驅(qū)動API函數(shù)的車窗控制算法代碼文件中,。下面是兩部分的驅(qū)動應用代碼生成的結果。
(1)Adc_App.c文件中ADC驅(qū)動初始化部分：
#include "Adc_App.h"
uint16 DataBufferPtr_FR[1]= { 0 };
void Adc_APP_Init_FR()
{const Adc_ConfigType Adc_Config= {
ADC_CHANNEL_3,
……};//結構體參數(shù)配置
Adc_Init(&Adc_Config);
(2)車窗控制scan_MR_window_SW中ADC驅(qū)動應用：
unsigned char scan_MR_window_SW(old_AD)
{unsigned int AD_value,status;
Adc_APP_Init_MR();
Adc_SetupResultBuffer(ADC_GROUP_2,DataBuffer Ptr_MR); 本文采用Matlab/Simulink/RTW工具,，結合AutoSAR驅(qū)動規(guī)范,，提出了一種基于代碼生成技術的汽車電子底層驅(qū)動工具箱的設計方法。該方法能屏蔽芯片硬件特性的差異性,，滿足不同硬件處理器要求,。通過BCM車窗控制模型對驅(qū)動的應用，實現(xiàn)了代碼的自動生成,?？焖偬鎿Q控制模型中的被控對象，極大地方便了汽車電子嵌入式控制系統(tǒng)底層驅(qū)動代碼的應用,，提高了汽車電子控制系統(tǒng)的開發(fā)效率,。
參考文獻
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[6] Hu Jinhui，Hu Dabin,，Xiao Jianbo.Study of real-time simulation system based on RTW and Its application in warship simulator[C].Conference on Electronic Measurement & Instruments,，2009：966-970.