基于AUTOSAR的汽车电子控制系统嵌入式软件开发分析

熊辉文 龚春辉 陈维涛

摘 要：在汽车的电子控制系统当中，由于其具有的复杂化和硬件配置的多样性特征，在研发过程中需要保证嵌入式软件的兼容性以及可靠性，同时满足日益缩短的开发周期。鉴于此国内外汽车行业都在引进AUTOSAR架构，本文分析基于AUTOSAR的汽车电子控制系统嵌入式软件开发。

关键词：AUTOSAR;汽车电子控制系统;嵌入式软件

0 前言

当今电子设备在汽车研发中所占比重攀升，项目开发周期一再压缩，对嵌入式软件提出的考核指标也日趋提升，从业人员开发能力面临了更高的挑战。汽车的电子系统具有多样性的特征，在ECU软件开发过程中会受到硬件影响，为将这种硬件差异带来的影响降到最低，引入AUTOSAR软件架构，致力于实现汽车电子产品软件开发过程通用性，提高汽车电子嵌入式软件开发效率及可靠性。

1 AUTOSAR以及嵌入式软件开发的作用

（1）AUTOSAR概念。AUTOSAR是现阶段全球汽车研发主流使用的统一开发性系统框架标准。在该体系当中，规范了ECU开放式嵌入软件的结构，定义了软件模块标准接口，同时AUTOSAR是一种分布式的系统控制软件开发类型，能够应用基于模型以及分布式的系统描述方法，实现代码自动生成。（2）作用性。AUTOSAR制定了相应软件模型规范及软件开发接口规范，明确了ECU的开发流程，于设计工程师而言上，由于规则明确，减少彼此偏差澄清，沟通成本。于汽车主机厂而言，使用AUTOSAR架构，可获得更大采购自由度，在供应商之间建立分布式开发，增加设计灵活性来创新功能，提升了经济收益。在进行AUTOSAR體系的研发中，通过设置冗余的方式提升系统的可靠性，并通过故障注入方法来进行系统可靠性验证，其可靠性主要表现在如下：首先是能够及时的控制错误事件的进一步蔓延，并且在发生故障时候，可以对其剩下系统进行隔离保护，并对一些关键性信息数据可靠保护。

2 AUTOSAR体系结构

（1）微控制器抽象层。在这一层软件是对ECU所使用的主控芯片抽象，其本质为IC驱动程序，和芯片的选型紧密相关，将对芯片寄存器操作都封装成一个AUTOSAR规定的标准接口，使上层软件运用不再受到硬件的限制。（2）ECU抽象层。提供了ECU应用相关服务，对于ECU抽象层而言，包含了ECU所有的输入输出，比如AD，ID，PWM，直接实现ECU的应用层功能，可以读取传感器状态，也可以控制执行器的输出，不同领域的ECU抽象层设计差异较大。（3）服务层。服务层是基础软件的顶层，提供ECU非应用相关服务，分为通信服务，内存服务，系统服务3大部分，对ECU应用层功能提供辅助支持，包含诸如操作系统OS，CAN，LIN网络管理，内存管理，诊断管理，ECU状态管理等模块。（4）运行环境RTE。作为AUTOSAR架构中最为重要的核心，提供了应用层中不同组件之间信息交互，应用层组件和基础软件之间的信息交互，汇总了所有需要和软件体外部交互的接口，从而将应用层和底层隔离;在RTE之上软件架构风格从“分层”转变为“组件风格”;从某种意义上来看，设计符合AUTOSAR架构的系统就是设计RTE。（5）复杂驱动层。对于执行器和传感器运行关联密切的模块，因涉及比较严格的时序问题，因而在AUTOSAR中暂未作标准化统一，这些特殊功能模块可直接映射到复杂驱动层，由开发人员根据实际需要进行开发。

3 基于AUTOSAR汽车电子控制系统嵌入式软件开发流程

AUTOSAR宗旨在于建立独立于硬件的分层软件架构，为实施应用提供方法论，制定车辆应用接口规范。作为应用软件整合标准以便软件架构在不同的汽车平台复用，有利于车辆电子系统软件的交换与更新，提供了高效管理愈来愈复杂的车辆电子、软件系统的基础。为保障软件研发过程中具有较高的通用性，研发团队之间信息交互使用重新定义的基于ARXML文件格式文件。

（1）输入描述。在软件开发前期分析拟开发车辆功能需求，E-E架构设计，OEM规范法规等要求，编写系统配置输入描述文件，包含如下3个部分：1）软件组件SWC描述：系统所涉及软件组件的接口信息，数据，操作，软件组件SWC所需要的资源，运行机制等;2）ECU资源描述：系统中每个ECU所拥有的硬件能力，主要包含处理器、传感器、执行器，存储器、通信外部设备、引脚分配等;3）系统约束描述：整车的公共信息描述，包含网络拓扑，通信矩阵，OEM规范要求，协议等。（2）系统配置。系统配置的功能主要是在资源和时序关系的前提下，将软件组件映射到各个ECU上，借助系统配置生成器生成系统配置描述文件，该描述文件包含总线映射之类的所有系统信息和软件组件与某个ECU的映射关系，将（1）中3种文件导入系统配置工具中，生成系统配置描述文件，该描述文件就是整车描述文件。（3）ECU配置。根据系统配置描述文件提取单个ECU相关信息，如ECU通信矩阵、拓扑结构，映射到该ECU上的所有软件组件等，提取出来的信息生成ECU提取文件。根据这个提取文件对ECU进行配置，例如操作系统任务调度，必要的BSW模块及其配置，运行实体到任务的分配等，从而生成ECU配置描述文件。该描述文件包含了特定ECU所有信息，可根据该文件设计和开发软件。（4）ECU软件生成。根据ECU配置描述文件中配置信息，生成RTE和基础软件配置代码，在编译器软件中完成基础软件和应用层软件组件的集成，最终生成ECU的可执行代码。在实际应用的过程中，一旦以上前三个阶段有文档信息变更，均需要重新生成ECU软件。

在最后的阶段，需要对其生成的ECU软件进行真实ECU测试，在测试的过程中出现嵌入软件不符合预期，或者相关的硬件信息发生了更新变化，这个时候就需要对其ECU软件进行相应的更新，同时需对其系统进行整体性的优化处理，使得能够将系统调整到最优状态。

4 总结

基于AUTOSAR的汽车电子控制系统嵌入式软件开发分析可知，AUTOSAR提供了一个渠道让原先相对落后的公司借助AUTOSAR标准或AUTOSAR软件服务商从而快速将自身软件成熟度及稳定性提升一个台阶，现阶段国内众多汽车企业都在研究这一领域，并进行系统标准下的模块研发工作，持续在该领域自主创新，是汽车企业未来发展的必经之路。

参考文献：

[1]王建磊.汽车电子控制系统中计算机控制技术的应用研究[J].时代汽车，2020（09）：4-7.

[2]刘岩.汽车电子专业“3+2”中高职课程体系衔接的探索[J].机械职业教育，2020（04）：26-29.