基于Targetlink的自动代码生成及其在电池管理系统开发中的应用

涂成姣

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州510641）

基于Targetlink的自动代码生成及其在电池管理系统开发中的应用

涂成姣

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州510641）

采用V模式的开发流程对混合动力车用高压动力电池的电池管理系统BMS进行了开发。对动力电池BMS的功能需求进行分析，开发相关控制策略，并在MATLAB／Simulink平台上进行建模仿真。然后应用Targetlink工具进行自动代码生成，并通过硬件在环HIL仿真平台对自动生成的代码进行了验证。

V模式；电池管理系统；自动代码生成；HIL

0 引言

随着汽车市场竞争越来越激烈，如何安全、可靠、快速地开发汽车电子系统成为整车厂和供应商所关心的重要问题。在传统的汽车电子控制器的设计开发中，软件采用手工编码的方式，不仅费时费力、容易出错而且过程难以回溯，即错误的排除也比较困难，不利于代码优化。在新型电子控制系统的发展中，出现了一套成熟的汽车电控系统开发模式——V模式开发。其中，自动代码生成技术可以自动直接从图形模型生成目标处理器上的代码，不仅保证了代码与模型的高度一致性，也使得控制器开发更加高效有序。

1 V模式开发流程及Targetlink自动代码生成

V模式开发模式不仅成功应用了自动控制理论的诸多控制算法，而且还结合系统工程的概念。如图1所示，V模式开发流程包括了功能模型设计和仿真技术、快速原型和代码生成技术、HIL仿真和标定技术等。该模式的特点是无论进行开发、编程或测试，总是在同一环境下工作，开发过程的每一步都可以得到验证［1］。软件和硬件可以同步并行开发，测试和验证贯穿整个开发过程，从而大大加速和简化了开发流程，同时也可以尽早消除系统设计的错误。

V模式依托强大的计算仿真工具，实现了将控制器模型直接移植到目标ECU的无缝连接。自动代码生成部分是开发过程中的关键，是设计阶段与验证阶段之间的桥梁，加速了开发效率。Targetlink是一个从MATLAB／Simulink图形化开发环境中直接生成产品级C代码的工具［2］。基于Targetlink的自动代码生成流程如图2所示［3］。首先根据功能需求在MATLAB／Simulink环境下搭建功能模型，并进行仿真分析［4］。然后将Simulink模型转化为Targetlink模型，并根据实际需要进行变量定标、算法优化、设置代码生成选项等工作，并针对Targetlink模型进行仿真分析。一旦模型验证通过，就可以通过Targetlink工具自动生成高效的C代码。然后进行Tasking集成编译链接，将生成的.s19文件下载至硬件平台。从流程可以看出，开发者只需在MATLAB／Simulink中搭建功能模型及进行仿真验证即可。

2 自动代码生成在电池管理系统开发中的应用

2.1 电池管理系统

混合动力车用电池管理系统BMS（Battery Management System）是一个嵌入式实时监控系统，具备以下功能：电池状态监控，包括总电压、电流、温度的检测；电池SOC（State of Charge）／SOH（State of Health）估算；最大充放电功率计算；上下电及预充电控制；绝缘检测和故障诊断；电池均衡和热管理以及与整车控制器、子板的通信功能。BMS的系统框图如图3所示。

2.2 建立Simulink／Targetlink模型

根据系统需求，BMS功能模型主要分为三大部分：输入模块、功能模块和输出模块。

输入模块对所有输入的模拟量、数字量及CAN信号进行处理。为保证信号的可靠性和有效性，对所有输入信号进行范围检查和防抖处理。其基本原理在于：当信号开始超出允许范围时，使用上一时刻的正常值，而当信号超出允许范围且持续一段时间时，将采用默认值替代，同时上报信号错误信息；随后如果信号开始恢复正常，该信号仍保持默认值一段时间，直到达到一定时间后，信号恢复为当前的输入值，同时清除信号错误信息。另外，对于模拟信号，必须首先经过低通滤波处理后再进行范围和有效性检查。

输出模块。为了方便测试验证，所有输出信号，包括模拟量、数字量及CAN信号均用标定量进行手动覆盖。

功能模块。将上述系统功能细分为7个子系统，包括上下电模块、故障诊断模块、SOC模块、SOH模块、功率估算模块、热管理模块和均衡模块。

如图4所示，经过处理后的输入信号作为所有功能模块的输入，功能模块进行控制策略实现后，将相关控制信号和状态信息输送给输出模块。在信号最终输出给外部执行器之前，会进行错误检测和诊断，从而保证输出信号的准确性。

2.3 Targetlink变量定标

在MATLAB／Simulink平台上进行仿真验证后，此时数据都是浮点数。然而大部分处理器都是定点计算，数据必须定点存储和计算，因为必须对控制模型中所有变量进行大小和精度范围的设置，即 “定标”。为了获得足够的计算精度，保证计算过程中没有溢出，每个变量都必须根据其可能的大小来分配取值范围和数据长度。

变量x和它的整数表达式x′之间的关系为：

x＝LSB x′＋aOffset

其中：LSB指对应x′的最低有效位（Least Significant Bit），aOffset是给定的偏移量。

TargetLink软件都能够提供以下几种定标方式：2底数幂定标 （LSB值是2的幂数）；非2底数幂定标 （任意定标）：含有0偏移限制或不含0偏移限制。

一般而言，如图5所示，2底数幂的定点运算要比任意定标运算简单且快速，而任意定标运算却有更高的计算准确度，同时也增加了代码长度，造成运算速度的下降。

如图6所示，定标后的所有数据均在数据字典DD（Data Direction）中统一管理，并与模型变量数据进行关联。

2.4 自动代码生成及集成编译

混合动力车用的BMS软件由三部分组成：底层驱动软件、链接层软件以及应用层软件 （控制算法）。其中，应用层软件全部采用Simulink建模方式实现，并在MATLAB／Simulink平台上进行仿真验证无误后，就直接从模型生成C代码；底层软件是对硬件的包装，包括所有硬件相关代码，在开发过程中将底层软件封装为硬件抽象层HAL，所有对底层硬件的具体配置均在HAL层完成；链接层软件是底层软件与应用层软件的连接软件，主要用于在上电时初始化底层软件，实现由底层软件到应用层软件的输入数据传输和由应用层软件到底层软件的输出数据传输，并在下电前关闭底层软件。

如图7所示，要将自动生成的应用层代码和手动编写的底层、链接层代码集成编译和链接，生成可执行文件，才能下载到目标硬件中。

2.5 HIL仿真验证

电池管理系统HIL测试，是通过采用真实的BMS硬件，而电池包和系统运行环境则通过HIL实时模型进行仿真。建立BMS硬件与仿真器（HIL实时模型）的闭环回路，进行整个系统的仿真测试。其基本结构框图如图8所示。

HIL仿真平台可用于控制器硬件I／O测试、CAN接口测试、软件功能算法测试 （如上下电流程，故障诊断，SOC估算等）等。测试结果如表1和图9所示。其中，绿色表示测试结果通过。

表1 HIL测试项目及结果

从图9可看出：给定的温度输入与BMS采集温度值基本一致，HIL模型收到的CAN报文也与BMS发出的报文一致，证实了自动代码生成的准确性。

3 结论

在MATLAB／Simulink平台上用Targetlink工具实现控制器的自动代码生成，极大地加快了电动汽车电池管理系统的开发进程，缩短了开发周期。通过HIL测试结果，表明自动生成的代码效率高且可靠，从而保证了控制器对动力电池系统控制的准确性和可靠性。

【1】戴海峰，魏学哲，孙泽昌.V－模式及其在现代汽车电子系统开发中的应用［J］.机电一体化，2006，（6）：20－24.

【2】dsPACE catalog 2007.

【3】dsPACEGmbH.TargetLinkBasic（VS.3.0）-Production Code Generation Guide.Germany：dsPACE GmbH，2009.

【4】The MathWorks，Nattick.Simulink User's Guide［M］.The Math-Works，Nattick，1998.

Automatic Code Generation Based on Targetlink and Its Application in Battery Management System

TU Chengjiao
（Automotive Engineering Institute，Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510641，China）

Based on the V-model development process，batterymanagement system（BMS）for high-voltage battery used on hybrid electric vehicleswas developed.Firstly，the functional requirements of BMSwere analyzed，and then the control strategies were designed.According to the algorithm，the Simulink model was built and themodel simulation was completed.Once themodel was validated，automatic code generation based on Targetlink was performed.Finally，the code was validated on the hardware in the loop（HIL）platform.

V-model；Batterymanagement system；Automatic code generation；Hardware in the loop（HIL）

2014－02－21

涂成姣（1987—），硕士，研究方向为新能源车动力电池系统。E-mail：tuchengjiao＠gaei.cn。