基于OSEK/VDX規范的車(chē)控電子開(kāi)發(fā)

　　1 簡(jiǎn)介

　　汽車(chē)電子化是現代汽車(chē)發(fā)展的重要標志之一。目前世界每輛汽車(chē)采用電子裝置的情況已成為衡量這部汽車(chē)水平高低的主要標志。為了加強市場(chǎng)競爭能力，國外廣泛采用 16～32位微處理器，以及廣泛采用更先進(jìn)的傳感器，使汽車(chē)的功能從對汽車(chē)自身的控制管理擴大到“汽車(chē)-人-環(huán)境”這樣一個(gè)大系統的信息獲取、處理和控制。

　　2 汽車(chē)電子產(chǎn)品的分類(lèi)及嵌入式技術(shù)應用

　　按照對汽車(chē)行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車(chē)電子產(chǎn)品歸納為兩類(lèi)。一類(lèi)是車(chē)控電子——汽車(chē)電子控制裝置。汽車(chē)電子控制裝置要和車(chē)上機械系統進(jìn)行配合使用，即所謂“機電結合”的汽車(chē)電子裝置。它們包括發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)、車(chē)身電子控制，例如電子燃油噴射系統、制動(dòng)防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動(dòng)變速器、電子動(dòng)力轉向等。另一類(lèi)是車(chē)載電子——車(chē)載汽車(chē)電子裝置。車(chē)載汽車(chē)電子裝置是在汽車(chē)環(huán)境下能夠獨立使用的電子裝置，與汽車(chē)本身的性能并無(wú)直接關(guān)系。它們包括汽車(chē)信息系統(行車(chē)電腦)、導航系統、汽車(chē)音響及電視娛樂(lè )系統、車(chē)載通信系統、上網(wǎng)設備等。

　　汽車(chē)電子的技術(shù)基礎是嵌入式技術(shù)。在過(guò)去的幾十年里，嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速。隨著(zhù)后PC時(shí)代的來(lái)臨，計算廣泛的嵌入到應用中去，嵌入式系統將成為未來(lái)計算的主要存在方式。應用的牽引和計算環(huán)境的變遷推動(dòng)了嵌入式技術(shù)的發(fā)展。嵌入式技術(shù)與行業(yè)的結合又帶動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展。汽車(chē)的電子化、信息化是嵌入式技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的應用。

　　車(chē)控電子產(chǎn)品是一個(gè)個(gè)分布在汽車(chē)上的電子控制單元(ECU)、智能傳感器(Smart Sensor)等功能單元器件。這些器件通過(guò)總線(xiàn)連接在一起組成一個(gè)子系統。它們可以以適合自己的協(xié)議，如Lin、J1939等進(jìn)行通信。不同的子系統也通過(guò)總線(xiàn)組成更大的網(wǎng)絡(luò )。其中智能傳感器(Smart Sensor)是一個(gè)以工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)為基礎，以CPU為處理核心，以數字通信為變送方式的傳感器和變送器的統一體。與傳統的Sensor相比，Smart Sensor增加了數字通信功能，面向網(wǎng)絡(luò )，具有聯(lián)網(wǎng)功能。

　　3 車(chē)控電子產(chǎn)品系統平臺——OSEK/VDX

　　為了滿(mǎn)足日益龐大復雜的汽車(chē)電子控制軟件的開(kāi)發(fā)需要，實(shí)現應用軟件的可移植性和不同廠(chǎng)商的控制模塊間的可兼容性。1993年，德國汽車(chē)工業(yè)界聯(lián)合推出了汽車(chē)電子的開(kāi)放式系統及接口——OSEK/VDX(Open Systems and the Corresponding InteRFaces For AutomoTIve Electronics)規范，旨在為汽車(chē)上的分布控制單元提供一個(gè)開(kāi)放結構的工業(yè)標準。OSEK/VDX 規范從實(shí)時(shí)操作系統RTOS(RealTime Operating System)、軟件接口、通信和網(wǎng)絡(luò )管理等方面對汽車(chē)的電子控制軟件開(kāi)發(fā)平臺作了較為全面的定義與規定。

　　它所提出的一整套解決方案是未來(lái)汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)的發(fā)展方向。目前，一些公司推出了符合OSEK/VDX規范的操作系統并得到了OSEK /VDX委員會(huì )的認證，如 OSEK Works、OSEKOS、OSEKTurbo等。OSEK/VDX標準包括以下四部分：OSEK/VDX操作系統規范(OSEK Operating System，OSEK OS), OSEK/VDX通信規范(OSEK Communication，OSEK COM), OSEK/VDX網(wǎng)絡(luò )管理規范(OSEK Network Management，OSEK NM)以及OSEK/VDX實(shí)現語(yǔ)言(OSEK Implementation Language，OSEK OIL)。采用符合OSEK/VDX標準的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統可以提高產(chǎn)品代碼的復用率、降低開(kāi)發(fā)成本、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。使用兼容OSEK/VDX標準的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統的應用架構如圖1所示。

　　圖1 兼容OSEK/VDX規范的操作系統應用架構

　　下面分別對OSEK規范的操作系統部分(OS)、通信部分(COM)、網(wǎng)絡(luò )管理部分(NM)、實(shí)現語(yǔ)言部分(OIL)、運行調試接口部分(ORTI)等進(jìn)行介紹。

　　3.1 OSEK OS規范

　　OSEK OS規范定義操作系統內核的實(shí)現機制和應用編程接口(API)，包括任務(wù)管理機制、中斷處理機制、事件機制、資源管理機制、報警器管理機制等及相關(guān)標準的應用編程接口。OSEK OS規范的實(shí)現機制見(jiàn)本刊網(wǎng)站www.dpj.com.cn。

　　3.2 OSEK COM規范

　　OSEK COM規范(OSEK Communication Specification)為汽車(chē)ECU應用軟件提供了統一的通信環(huán)境。通過(guò)定義應用軟件通信接口以及ECU內部通信和ECU外部通信，OSEK COM規范提高了應用軟件模塊的可移植性。OSEK COM 提供了多種服務(wù)，以方便在任務(wù)與任務(wù)之間、中斷服務(wù)程序與中斷服務(wù)程序之間以及任務(wù)與中斷服務(wù)程序之間發(fā)送數據。

　　OSEK COM 規范的目的是支持應用軟件的移植性、重用性和相互合作性。應用程序接口隱藏了內部和外部通信的區別，同樣也隱藏了不同的通信協(xié)議、總線(xiàn)系統和網(wǎng)絡(luò )。

　　OSEK COM中的通信是基于消息的。消息包括了特定應用的數據。消息和消息屬性通過(guò)OSEK實(shí)現語(yǔ)言(OIL)靜態(tài)配置。消息的內容和使用方法與OSEK COM無(wú)關(guān)。OSEK COM允許0長(cháng)度的消息存在。在內部通信情況下，交互層IL(Interaction Layer)使消息數據立即發(fā)送到接收方。在外部通信情況下，IL將1個(gè)或多個(gè)消息壓縮成指定的交互層協(xié)議數據單元(IPDU)，并把它們傳遞到下層處理，如圖2所示。 內部通信的功能性是外部通信功能性的子集。交互層里的消息管理者是基于消息對象的。消息對象存在于發(fā)送端的是“發(fā)送消息對象”，存在于接收端的是“接收消息對象”。

　　圖2 OSEK COM中消息發(fā)送和接收的簡(jiǎn)單模型

　　交互層和下層通信的數據被組織稱(chēng)IPDUs，包括一個(gè)或多個(gè)消息。一個(gè)消息必須占據在IPDU中連續的位而且不能被分離，在IPDUs中交叉。在IPDUs中消息被位排列。消息的大小在位中說(shuō)明。交互層提供了應用程序接口(API)來(lái)處理消息，API包括初始化、數據傳送和通信管理的服務(wù)。在網(wǎng)絡(luò )上傳送消息的服務(wù)是非阻塞的，一個(gè)發(fā)送消息的服務(wù)可能不能返回一個(gè)最終的發(fā)送狀態(tài)，因為網(wǎng)絡(luò )中的傳送仍在進(jìn)行之中。OSEK COM為應用程序提供了通知機制來(lái)決定傳送或接收的狀態(tài)。