ECU软件性能分析及优化

2018-12-06黄晓玥

汽车电器 2018年11期

顾嫣，孙竞，黄晓玥

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201）

随着汽车电子技术的不断发展，车载电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）的软件架构和逻辑复杂度日渐提高。同时，引入了第三方软件和开源库，使代码规模更加庞大，导致ECU在开发中后期极易出现问题井喷现象。为了尽早发现代码问题，帮助软件品质快速收敛，应在ECU开发的每个阶段着重于软件性能的分析及优化。

1 软件性能分析方法

AUTOSAR是汽车开放式系统架构（Automotive Open System Architecture）的简称，旨在引入模块化概念，简化软件开发流程，并提升软件兼容性，目前已广泛应用于汽车ECU的软件开发。AUTOSAR架构如图1所示，可分为应用层、运行时环境（runtime environment， RTE）、基础软件层（basic software， BSW）和微控制器层［1］。应用层中的应用软件以软件组件形式进行封装，具有标准化的应用程序接口，通过RTE进行通信。RTE提供虚拟功能总线，使应用层和BSW独立，提供ECU内部以及ECU之间的通信。BSW包括系统服务层、ECU抽象层、微控制器抽象层和复杂驱动模块。

ECU实现的具体功能在软件架构中属于应用层，由于功能不同，所以ECU的上层软件架构也会不同。对于应用层而言，更关注逻辑正确性和算法优化，软件的稳定性还是以BSW为基础。为了总结出适用于不同ECU软件性能分析的方法，从BSW层抽象出与软件性能相关的要素，并增加了ECU的基础功能，以确认BSW层的正确性和稳定性（表1）。

表1 软件性能分析表

2 软件性能优化矩阵表

图1 AUTOSAR架构

软件性能划分为4部分，分别是系统、资源、I／O和基础功能。前两项与应用层相关，属于所有ECU需要关注的重要性能，着重于稳定性。如出现偶发的系统异常或资源紧张，应及时更新上层处理策略，并调整资源分配。I／O和基础功能是ECU的基本特性，也是正确实现上层功能的前提，所以更关注其正确性。

根据不同的关注点，将这4部分归总成两大类软件性能分析：系统和资源对应最坏情况分析，验证其稳定性和鲁棒性；I／O和基础功能进行常规情况分析，确保其正确性。根据不同的测试场景设计相应的测试用例，见表2和表3。

表2 软件性能最坏情况分析优化表

表3 软件性能常规情况分析优化表

3 软件压力测试

系统和资源进行最坏情况分析之后，根据分项结果可对软件架构、资源分配、处理机制及时进行优化，避免功能实现的正确性受软件稳定性的影响。对于I／O和基础功能，在常规情况测试中已确保其正确性，即保证了实现上层功能的正确前提。基于软件性能分析优化的基础上，选择ECU的关键状态，并加载典型的电压波形，实现完整周期的软件压力测试，以进一步确认软件的鲁棒性。

ECU的关键状态分别是启动（ECU_Startup）、唤醒（ECU_Wakeup）、功能正常（ECU_Normal）和即将休眠（E－CU_Shutdown）状态。其中，ECU_Normal以外的状态均属于瞬态，一旦在瞬态之后如果出现状态切换异常，就会影响ECU的功能实现，甚至影响后续的休眠。

ECU的功能实现受工作电压的影响，所以加载的电压波形以Umax（ECU的最大工作电压）和Umin（最小工作电压）为上下限的参照值，具体波形包括LVM1（Low Voltage Mode#1）和LVM2（Low Voltage Mode#2）（图2）。这两组电压波形分别在ECU进入ECU_Startup，ECU_Wakeup，ECU_Normal，ECU_Shutdown后的T1＜5 ms，T1=20 ms， T1=50 ms，T1=100 ms，T1=250 ms，T1=1Sec时注入，然后观察ECU的功能是否正常，具体的评判标准见表4。