隨著汽車電子的飛速發(fā)展和代碼自動生成技術(shù)的出現(xiàn)，汽車電子控制系統(tǒng)實(shí)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(yùn)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(fù)勞動，且代碼無法規(guī)范統(tǒng)一，可重用性不強(qiáng)、可讀性差。

    所以，設(shè)計(jì)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(dāng)前在汽車行業(yè)應(yīng)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(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于代碼生成技術(shù)的驅(qū)動工具箱，實(shí)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(gòu)標(biāo)準(zhǔn)AutoSAR(AuTomotive Open System ARchitecture)，主要可分為三層：應(yīng)用層、運(yùn)行時(shí)環(huán)境和基礎(chǔ)軟件。其中基礎(chǔ)軟件又包括系統(tǒng)服務(wù)、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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(jié)構(gòu)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(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，為驅(qū)動工具箱開發(fā)應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
2 驅(qū)動代碼生成工具箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 設(shè)計(jì)方法
    在Simulink/RTW平臺上設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)封裝入庫[5]來實(shí)現(xiàn)的。驅(qū)動工具箱的設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，確定驅(qū)動應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)和封裝S函數(shù)模塊內(nèi)容及格式，實(shí)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(shí)現(xiàn)驅(qū)動應(yīng)用代碼自動生成。
2.2 實(shí)現(xiàn)
    下面以驅(qū)動ADC模塊的實(shí)現(xiàn)為例詳細(xì)介紹驅(qū)動工具箱模塊的實(shí)現(xiàn)方法。
    依據(jù)驅(qū)動工具箱的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(guān)參數(shù)的配置，實(shí)現(xiàn)不同處理器下驅(qū)動ADC使用時(shí)其相關(guān)的頭文件包含、配置文件生成、初始化結(jié)構(gòu)體參數(shù)配置及ADC的API開關(guān)定義。ADC驅(qū)動API模塊由API函數(shù)接口變量的配置實(shí)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(shí)現(xiàn)API函數(shù)的正確調(diào)用。
    各驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)封裝好后添加到Simulink庫中就完成了驅(qū)動工具箱的設(shè)計(jì)。圖3是驅(qū)動代碼生成工具箱各功能模塊的結(jié)構(gòu)圖。

3 驅(qū)動工具箱代碼生成模板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    代碼生成模板基于模塊TLC設(shè)計(jì)，其主要功能是驅(qū)動函數(shù)初始化代碼的實(shí)現(xiàn)和API函數(shù)調(diào)用代碼的實(shí)現(xiàn)[5]。
3.1 設(shè)計(jì)
    基于RTW的代碼生成工具設(shè)計(jì)驅(qū)動工具箱代碼生成模板，主要包含系統(tǒng)目標(biāo)TLC和驅(qū)動模塊TLC。系統(tǒng)目標(biāo)TLC在Matlab7.1版系統(tǒng)目標(biāo)osekworks.tlc基礎(chǔ)上修改，修改TLC組件的包含及相關(guān)文件名即可[6]。驅(qū)動工具箱代碼生成模板結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

    驅(qū)動配置模塊TLC實(shí)現(xiàn)驅(qū)動初始化部分代碼的生成，驅(qū)動API模塊實(shí)現(xiàn)驅(qū)動函數(shù)調(diào)用代碼的生成。下面結(jié)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(shè)計(jì)。
    (1)驅(qū)動配置模塊TLC的設(shè)計(jì)
    驅(qū)動配置模塊TLC結(jié)合配置模塊參數(shù)生成關(guān)聯(lián)芯片選擇的驅(qū)動初始化相關(guān)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(shí)現(xiàn)頭文件包含代碼。
    ②配置文件與API開關(guān)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(shí)現(xiàn)對應(yīng)的配置文件生成，最后在生成的配置文件中添加對應(yīng)選擇芯片的驅(qū)動API開關(guān)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(shí)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)
    按照API模塊代碼生成模板功能，驅(qū)動API模塊TLC要實(shí)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(shí)現(xiàn)。函數(shù)返回值的傳遞由全局變量實(shí)現(xiàn)，在配置文件中對全局變量進(jìn)行定義聲明。
3.2 實(shí)現(xiàn)
    每個(gè)驅(qū)動模塊代碼生成模板實(shí)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(shí)現(xiàn)。
    (1)ADC驅(qū)動配置模塊TLC的實(shí)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(shí)現(xiàn)與芯片選擇關(guān)聯(lián)。
    ①頭文件包含部分實(shí)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(shí)現(xiàn)
      %openfile buffer
      #include&ldquo;adc_app.h&rdquo;
      %closefile buffer
      ②配置文件與API開關(guān)部分：在生成的配置文件中添加相關(guān)API開關(guān)，實(shí)現(xiàn)代碼如下：
      %openfile buffer
      %if SFcnParamSettings.Adc_GetVersionInfo_API==
"on"
    #define ADC_GET_VERSION_INFO_API STD_ON
    &hellip;&hellip;.//各驅(qū)動API開關(guān)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(shí)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(jié)構(gòu)體參數(shù)代碼}；
    Adc_Init(&%<SFcnParamSettings.Adc_Config>);}
    %closefilebuffer
    (2)ADC驅(qū)動API模塊TLC的實(shí)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(shí)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(shí)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(yīng)用
    驅(qū)動工具箱應(yīng)用于BCM車窗控制系統(tǒng)中，實(shí)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?。卉嚧翱刂坪瘮?shù)輸出信號由DIO或者PORT實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)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(shí)，編譯器通過系統(tǒng)目標(biāo)TLC并調(diào)用模塊對應(yīng)的TLC文件，最終生成滿足目標(biāo)ECU的C語言代碼。下面是RTW中驅(qū)動應(yīng)用于車窗控制模型代碼自動生成的三個(gè)步驟：
    第一步：修改Matlab中系統(tǒng)目標(biāo)TLC文件osekworks.tlc。
    第二步：配置模型參數(shù)配置對話框中的標(biāo)簽頁對其中幾個(gè)標(biāo)簽頁進(jìn)行設(shè)置。
    (1)Solver：設(shè)置Solver類型為離散（discrete）固定步長（Fixed-step）；
    (2)Real-Time Workshop：在該標(biāo)簽頁中填寫系統(tǒng)目標(biāo)osekworks.tlc，調(diào)用對應(yīng)的模塊TLC文件來生成代碼。
    第三步：代碼自動生成。 點(diǎn)擊Real-Time Workshop中的GenerateCode可以直接生成代碼。
    從代碼生成報(bào)告中可看出，驅(qū)動應(yīng)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(yīng)用代碼生成的結(jié)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,
        &hellip;&hellip;};//結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)合AutoSAR驅(qū)動規(guī)范，提出了一種基于代碼生成技術(shù)的汽車電子底層驅(qū)動工具箱的設(shè)計(jì)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(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了代碼的自動生成。快速替換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(yīng)用，提高了汽車電子控制系統(tǒng)的開發(fā)效率。
參考文獻(xiàn)
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