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動工具箱，實現(xiàn)了汽車電控系統(tǒng)中驅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動程序，組成驅動資源庫[4]。驅動程序按照硬件功能特點可分為四類：通用I/O硬件驅動、通信硬件驅動、存儲硬件驅動和微控制器驅動。其內容與結構如圖1所示。
AutoSAR規(guī)范定義了汽車電控單元硬件驅動程序的接口規(guī)范，把驅動函數(shù)進行了標準化和模塊化，為驅動工具箱開發(fā)應用奠定了良好的基礎。
2 驅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。驅動工具箱的設計流程如圖2所示，具體內容如下：
(1)分析AutoSAR規(guī)范中驅動函數(shù)接口標準的內容，確定驅動應用代碼的內容。
(2)分析汽車電控系統(tǒng)中驅動代碼的需求，確定驅動應用代碼的格式。
(3)根據(jù)規(guī)范和需求確定驅動工具箱的設計方案，設計驅動工具箱為驅動配置功能模塊和驅動API功能模塊兩大類。
(4)編寫S函數(shù)，實現(xiàn)驅動配置功能模塊和驅動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)模塊內容及格式，實現(xiàn)驅動功能模塊的功能和創(chuàng)建驅動工具箱并添加到Simulink庫中。
(7)依據(jù)驅動工具箱的功能編寫代碼生成模板，實現(xiàn)驅動應用代碼自動生成。
2.2 實現(xiàn)
下面以驅動ADC模塊的實現(xiàn)為例詳細介紹驅動工具箱模塊的實現(xiàn)方法。
依據(jù)驅動工具箱的設計方案可知，驅動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驅動函數(shù)模塊)實現(xiàn)驅動函數(shù)接口的配置及函數(shù)的調用。ADC功能模塊實現(xiàn)的主要步驟及內容如表1所示。
ADC驅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驅動API模塊由API函數(shù)接口變量的配置實現(xiàn)驅動函數(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)的正確調用。
各驅動模塊設計封裝好后添加到Simulink庫中就完成了驅動工具箱的設計。圖3是驅動代碼生成工具箱各功能模塊的結構圖。
3 驅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，其主要功能是驅動函數(shù)初始化代碼的實現(xiàn)和API函數(shù)調用代碼的實現(xiàn)[5]。
3.1 設計
基于RTW的代碼生成工具設計驅動工具箱代碼生成模板，主要包含系統(tǒng)目標TLC和驅動模塊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]。驅動工具箱代碼生成模板結構圖如圖4所示。
驅動配置模塊TLC實現(xiàn)驅動初始化部分代碼的生成，驅動API模塊實現(xiàn)驅動函數(shù)調用代碼的生成。下面結合這兩類功能模塊TLC介紹驅動工具箱代碼生成模板的設計。
(1)驅動配置模塊TLC的設計
驅動配置模塊TLC結合配置模塊參數(shù)生成關聯(lián)芯片選擇的驅動初始化相關代碼，其主要內容可以分為三大部分，具體內容如下：
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動API開關代碼內容。
③用戶自定義函數(shù)與驅動初始化函數(shù)代碼。用戶自定義函數(shù)包含驅動初始化函數(shù)、實現(xiàn)用戶自定義驅動初始化函數(shù)功能。用戶自定義函數(shù)代碼包含main函數(shù)中的函數(shù)調用、頭文件中函數(shù)的聲明、源文件中函數(shù)體的定義等內容。驅動初始化結構體參數(shù)和初始化函數(shù)內嵌到自定義函數(shù)定義里。
(2)驅動API模塊TLC的設計
按照API模塊代碼生成模板功能，驅動API模塊TLC要實現(xiàn)的是API函數(shù)的調用代碼和函數(shù)返回值傳遞。API函數(shù)調用代碼包含函數(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為例分析驅動配置模塊TLC和驅動API模塊TLC介紹代碼生成模板的具體實現(xiàn)。
(1)ADC驅動配置模塊TLC的實現(xiàn)
ADC驅動模塊TLC內容分三部分，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
…….//各驅動API開關添加
%closefile buffer
③配置文件與驅動初始化配置：在生成的配置文件中添加驅動初始化代碼，實現(xiàn)代碼如下：
%openfile buffer
void %<SFcnParamSettings.APPFcnName>()
{const Adc_ConfigType
%<SFcnParamSettings.Adc_Config>={
ADC驅動初始化結構體參數(shù)代碼}；
Adc_Init(&%<SFcnParamSettings.Adc_Config>);}
%closefilebuffer
(2)ADC驅動API模塊TLC的實現(xiàn)
驅動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 驅動代碼生成工具箱的應用
驅動工具箱應用于BCM車窗控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)車窗控制系統(tǒng)中驅動代碼的自動生成。
車窗控制系統(tǒng)中需要驅動的有兩部分：車窗控制函數(shù)的輸入信號由ADC采樣獲??；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，完成對車窗的驅動。
使用Real-Time Workshop將Simulink模型轉化為代碼時，編譯器通過系統(tǒng)目標TLC并調用模塊對應的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，驅動應用部分代碼主要體現(xiàn)在包含驅動初始化代碼的配置文件和調用驅動API函數(shù)的車窗控制算法代碼文件中。下面是兩部分的驅動應用代碼生成的結果。
(1)Adc_App.c文件中ADC驅動初始化部分：
#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
[1] 齊振恒，孫中杰，李濤.RTW嵌入式代碼自動生成機制與代碼結構分析[J].計算機測量與控制，2010，18(3)：639-642.
[2] 鄢化彪．構建RTW下的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境．單片機與嵌入式系統(tǒng)應用[J]．2007(1)：72-73.
[3] Real-Time workshop for use with Simulink[M].The Mathworks Inc.1999：5-26.
[4] 王安軍，蔣建春，陳培然.符合AUTOSAR 規(guī)范的底層驅動軟件開發(fā)[J].計算機工程，2011(9)：62-64、67.
[5] 陳永春.從Matlab/Simulink模型到代碼實現(xiàn)[M].北京：清華大學出版社，2002：180-200.
[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.