基于标准架构及SimulinkStateflow的车身控制器软件开发.pdf

1、基 于 标 准 架 构 及 Simulink/Stateflow 的 车 身 控 制 器 软 件 开 发杨 国 胜 1 贾 天 阳 1 王 贺 飞 2（ 1.河 南 天 海 科 技 有 限 公 司 河 南 郑 州 450001； 2.河 南 天 海 电 器 有 限 公 司 河 南 鹤 壁 458030）【 摘 要 】 本 文 介 绍 了 一 种 车 身 控 制 器 （ BCM） 嵌 入 式 软 件 的 开 发 平 台 及 开发 方 式 。 在 开 发 过 程 中 使 用 软 件 标 准 架 构 平 台 ， 遵 循 模 块 化 设 计 原 则 ， 对 车 身 控制 器 的 功 能 进 行 详 细

2、 划 分 ， 并 用 Simulink/Stateflow 对 各 个 模 块 进 行 建 模 、 仿 真及 代 码 生 成 ， 实 现 协 同 开 发 ， 既 保 证 了 软 件 开 发 质 量 ， 又 缩 短 了 软 件 开 发 时 间 。在 对 汽 车 电 子 产 品 成 本 严 格 要 求 控 制 的 今 天 ， 这 种 开 发 方 式 能 大 大 节 省 软 件 开 发的 人 力 、 物 力 及 时 间 成 本 ， 必 然 会 取 代 传 统 汽 车 电 子 嵌 入 式 软 件 开 发 方 式 ， 成 为今 后 软 件 开 发 的 趋 势 。【 关 键 词 】 软 件 架 构 车 身

3、 控 制 器 Simulink Stateflow 建 模 仿 真 代 码 生 成Vehicle Body Control Module Software development based onstandard architecture and Simulink/StateflowYang Guosheng1， Jia Tianyang1， Wang Hefei2（ Henan THB Technologies CO.,LTD， Zhengzhou 450001， China； Henan THB ElectricCo.Ltd,Hebi 458030,China）【 Abstract】 Th

4、is article describes a body controller (BCM) embedded softwaredevelopment platform and development approach. During development, we use thestandard architecture platform and follow the modularization design rule to partitionthe BCM sub-function module in detail. And the Sumulink/Stateflow tool is us

5、ed tocreate statemachine, do simulation and auto code generation, which will ensure thesoftware development quality, also the developing time is shorted. Today under thehigh pressure of automotive electronic product cost control, this develop method cangreatly reduce the human resource, material res

6、ource and time cost, which will bebound to replace the traditional automotive electronics embedded softwaredevelopment, to become the future trend of software development.【 Key words】 software architecture, BCM, Simulink/Stateflow, Statemachine,code generation1 引 言当 前 汽 车 电 子 产 品 的 功 能 日 趋 复 杂 ， 产 品

7、 质 量 要 求 越 来 越 严 格 ， 而 开 发 成本 则 越 来 越 低 ， 如 何 提 供 高 质 量 、 低 成 本 的 汽 车 电 子 产 品 成 为 汽 车 电 子 企 业 在 本行 业 中 立 于 不 败 之 地 的 关 键 。 软 件 开 发 则 是 整 个 汽 车 电 子 产 品 开 发 的 核 心 ， 软 件质 量 的 好 坏 直 接 决 定 了 该 产 品 的 质 量 ， 因 此 ， 开 发 出 稳 定 可 靠 的 软 件 是 整 个 汽 车电 子 产 品 开 发 的 重 中 之 重 。车 身 控 制 器 是 车 辆 的 重 要 模 块 之 一 ， 控 制 着 门 锁

8、、 车 灯 、 雨 刷 、 车 窗 、 除霜 、 防 盗 报 警 及 倒 车 雷 达 等 功 能 ， 其 功 能 开 发 过 程 中 涉 及 到 了 大 量 的 逻 辑 处 理 ，而 Simulink/Stateflow 则 为 逻 辑 处 理 提 供 了 完 美 的 解 决 方 案 ， 通 过 建 模 仿 真 可 以仿 真 各 种 功 能 逻 辑 ， 实 现 软 件 在 环 （ SIL， Software In Loop） 测 试 ， 并 可 通 过 代码 生 成 工 具 生 成 目 标 代 码 ， 实 现 硬 件 在 环 （ HIL， Hardware In Loop） 测 试 ， 从 而

9、实 现 整 个 车 身 控 制 器 功 能 。2 软 件 开 发 架 构2.1 软 件 框 架本 软 件 开 发 采 用 标 准 架 构 平 台 ， 总 体 上 分 了 5 层 ： 应 用 层 （ APP） 、 信 号 抽 象层 （ SAL） 、 服 务 层 （ SRV） 、 硬 件 抽 象 层 （ HAL） 及 驱 动 层 （ DRV） ， 具 体 如 图 1所 示 。图 1 软 件 架 构 平 台2.2 架 构 描 述应 用 层 (APP): 客 户 功 能 需 求 、 诊 断 等 ；服 务 层 (SRV): 用 于 输 入 信 号 调 理 、 输 出 信 号 管 理 、 电 源 管 理

10、及 网 络 管 理 等 ；驱 动 层 (DRV): MCU 底 层 驱 动 ；信 号 抽 象 层 (SAL): 应 用 层 和 服 务 层 之 间 的 一 个 RAM 接 口 ， 用 于 应 用 层 和 服务 层 之 间 的 数 据 交 换 ； 两 层 开 发 可 以 相 互 独 立 ；硬 件 抽 象 层 (HAL): 服 务 层 和 底 层 之 间 的 一 个 RAM 接 口 ， 用 于 服 务 层 和 底 之间 的 数 据 交 换 ； 两 层 开 发 可 以 相 互 独 立 ；任 务 调 度 管 理 (OMM): 基 于 时 间 片 轮 转 法 进 行 任 务 的 调 度 ， 有 1ms、

11、 5ms、10ms、 20ms 及 50ms 等 不 同 任 务 。2.3 架 构 优 点采 用 该 软 件 架 构 平 台 有 如 下 优 点 ：（ 1） 可 以 适 用 于 不 同 的 客 户 ， 尽 量 不 做 更 改 或 轻 微 改 动 ；（ 2） 模 块 化 设 计 ， 软 件 开 发 更 加 灵 活 ；（ 3） 软 件 资 源 可 以 重 复 使 用 ， 减 少 开 发 时 间 和 成 本 ；（ 4） 便 于 测 试 ， 提 供 可 测 试 的 设 计 环 境 ；（ 5） 便 于 维 护 ， 具 有 良 好 的 可 维 护 追 踪 性 能 ；（ 6） 支 持 所 有 诊 断 需 求

12、 。3 车 身 控 制 器 软 件 开 发本 部 分 将 以 国 内 某 车 型 的 车 身 控 制 器 为 实 例 ， 详 细 介 绍 利 用 标 准 软 件 架 构 平台 及 Simulink/Stateflow 来 开 发 车 身 控 制 器 的 具 体 过 程 。 其 中 ， 应 用 层 采 用Simulink/Stateflow 来 进 行 建 模 、 仿 真 及 代 码 自 动 生 成 。3.1 根 据 系 统 功 能 确 定 开 发 工 程 师由 于 汽 车 电 子 功 能 的 日 趋 复 杂 ， 协 同 开 发 就 显 得 越 来 越 重 要 ， 每 一 位 参 与 开发 的

13、工 程 师 都 各 负 其 责 ， 分 工 明 确 ， 各 自 的 开 发 任 务 完 成 后 ， 按 照 事 先 制 定 的 接口 进 行 集 成 ， 可 以 大 大 提 高 工 作 效 率 ， 减 少 开 发 过 程 中 出 现 的 潜 在 错 误 ， 保 证 软件 的 开 发 质 量 。该 车 身 控 制 器 包 含 遥 控 /中 控 门 锁 、 灯 光 （ 转 向 灯 、 内 饰 灯 及 雾 灯 ） 控 制 、后 除 霜 、 电 动 窗 及 遥 控 钥 匙 匹 配 学 习 等 功 能 ； 根 据 此 系 统 功 能 确 定 软 件 开 发 人 员 ，如 图 2 所 示 ： 图 2 车

14、身 控 制 器 软 件 开 发 人 员 组 织 结 构3.2 软 件 架 构 设 计软 件 架 构 设 计 即 上 层 设 计 ， 由 系 统 集 成 工 程 师 来 完 成 ； 系 统 集 成 工 程 师 是 整个 软 件 开 发 的 领 导 者 ， 负 责 整 个 软 件 的 架 构 设 计 、 接 口 定 义 及 开 发 流 程 控 制 等 。根 据 上 述 车 身 控 制 器 功 能 及 模 块 化 设 计 原 则 ， 该 车 身 控 制 器 软 件 架 构 设 计 如 图 3所 示 ：图 3 车 身 控 制 器 软 件 架 构 图其 中 ：应 用 层 （ APP） 包 括 以 下 模

15、 块 ：clk 中 央 门 锁 控 制 模 块 ；系 统 集 成 工 程 师应 用 层 Matlab开 发 工 程 师 软 件 测 试 工 程 师底 层 驱 动 开 发工 程 师RKE软 件 开 发工 程 师dim 转 向 灯 控 制 模 块 ；idl 室 内 灯 模 块 ；rdf 后 除 霜 控 制 模 块 ；rfl 后 雾 灯 控 制 模 块 ；lrn 钥 匙 学 习 模 块 ；wnd 电 动 窗 控 制 模 块 ；服 务 层 （ SRV） 包 含 以 下 模 块 ：isv 输 入 信 号 调 理 ， 如 滤 波 等 ；osv 输 出 信 号 处 理 ， 主 要 是 接 收 应 用 层 输

16、 出 信 号 ， 分 解 后 输 出 到 驱 动 层 ；slp 休 眠 唤 醒 管 理 ， 负 责 整 个 BCM 的 休 眠 唤 醒 条 件 处 理 ；驱 动 层 （ DRV） 包 含 以 下 模 块 ：adm ad 转 换 驱 动 ；dio io 读 取 输 入 /驱 动 输 出 ；pwm 输 入 捕 捉 读 取 车 速 信 号 ；rke rke 信 号 处 理 ,输 出 Lock/Unlock 信 号 供 应 用 层 使 用 ；spm spi 驱 动 管 理 。3.3 模 块 信 号 流 设 计模 块 信 号 流 设 计 是 指 根 据 各 个 模 块 的 功 能 需 求 描 述 ， 来

17、 确 定 其 输 入 输 出 ， 以及 各 个 输 入 输 出 信 号 的 来 龙 去 脉 。 输 入 信 号 可 能 从 底 层 直 接 输 入 到 应 用 层 ， 也 有可 能 经 过 服 务 层 处 理 后 再 输 入 到 应 用 层 ； 同 理 ， 输 出 信 号 可 能 直 接 输 出 到 底 层 ，也 可 能 经 过 服 务 层 处 理 后 再 输 出 到 底 层 。以 转 向 灯 模 块 为 例 ， 其 输 入 输 出 信 号 流 如 下 图 ：图 4 转 向 灯 模 块 应 用 层 输 入 输 出 信 号 图3.4 应 用 层 Simulink/Stateflow 设 计Sta

18、teflow 是 一 个 交 互 式 的 图 形 设 计 工 具 ， 它 基 于 有 限 状 态 机 （ Finite StateMachine） 的 理 论 ， 可 以 用 来 解 决 复 杂 的 逻 辑 问 题 ， 用 户 可 以 通 过 图 形 化 工 具 实现 在 不 同 状 态 之 间 的 转 换 。 Stateflow 与 Simulink 和 Matlab 紧 密 集 成 ， 可 以 直 接将 Stateflow创 建 的 复 杂 控 制 逻 辑 直 接 嵌 入 到 Simulink仿 真 模 型 中 ， 利 用 Simulink的 Signalbuilder 功 能 模 块 来

19、 创 建 各 种 测 试 用 例 ， 模 拟 各 个 输 入 信 号 的 变 化 情 况 ，同 时 可 以 监 测 在 各 种 测 试 用 例 下 ， Stateflow 的 输 出 是 否 符 合 设 计 要 求 ， 从 而 达 到仿 真 的 目 的 。以 转 向 灯 为 例 ， 其 Stateflow 图 如 下 所 示 ：图 5 转 向 灯 模 块 Stateflow 图利 用 Signalbuilder 创 建 测 试 用 例 ， 模 拟 仿 真 如 下 图 所 示 ：图 6 利 用 Signalbuilder 仿 真 转 向 灯 模 块 功 能 图3.5 应 用 层 自 动 代 码

20、生 成当 仿 真 完 成 后 ， 可 利 用 代 码 生 成 工 具 自 动 生 成 C 代 码 ， 把 生 成 的 文 件 集 成 到软 件 架 构 中 ， 即 可 下 载 到 目 标 板 上 进 行 硬 件 在 环 测 试 。 如 果 测 试 过 程 中 出 现 设 计Stateflow 时 未 曾 考 虑 的 情 况 ， 则 针 对 该 具 体 情 况 修 改 Stateflow 图 ， 仿 真 ， 代 码生 成 ， 直 至 所 有 的 功 能 都 能 顺 利 实 现 。4 总 结 软 件 标 准 架 构 为 汽 车 电 子 嵌 入 式 软 件 开 发 提 供 了 一 个 良 好 的 平

21、 台 ， 开 发 者可 以 很 方 便 地 利 用 该 平 台 进 行 软 件 的 设 计 、 集 成 及 测 试 。 多 个 层 次 的 划 分 实 现 了软 件 的 模 块 化 和 开 发 独 立 化 ， 符 合 高 内 聚 低 耦 合 的 软 件 开 发 原 则 ， 使 软 件 具 有 很好 的 可 移 植 性 。 同 时 ， Simulink/Stateflow 的 应 用 ， 可 以 大 大 提 高 开 发 效 率 ， 缩 短开 发 时 间 ， 仿 真 的 应 用 可 以 充 分 保 证 软 件 开 发 的 质 量 ， 符 合 汽 车 电 子 产 品 软 件 高可 靠 性 的 要 求 。 相 比 传 统 的 软 件 开 发 方 式 ， 标 准 架 构 及 Simulink/Stateflow 无 疑将 成 为 今 后 汽 车 电 子 嵌 入 式 软 件 开 发 的 趋 势 。