虛擬平臺的汽車(chē)驅動(dòng)模擬

2004年6月A版

　　汽車(chē)的復雜電子系統安裝大量通過(guò)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )的多功能ECU(電子控制單元)作內部通信的控制軟件，許多汽車(chē)控制系統用ECU實(shí)現通過(guò)網(wǎng)絡(luò )層通信的單項功能。時(shí)尚的高級轎車(chē)有多達90個(gè)ECU，全部連網(wǎng)需要的電線(xiàn)束重量會(huì )超過(guò)50公斤，為了減少電線(xiàn)重量，ECU應該置放在靠近它的控制地點(diǎn)。

　　新特性需要更多靈活的帶有大型嵌入式軟部件的ECU。遙測和車(chē)內娛樂(lè )需要無(wú)線(xiàn)連接、全球定位、數字無(wú)線(xiàn)電的互聯(lián)網(wǎng)接入的綜合，隨時(shí)可以進(jìn)行免提的語(yǔ)音控制。

定量評估

　　在定義軟硬件系統和準備深入開(kāi)發(fā)前，需要對網(wǎng)絡(luò )和ECU內部的可能結構進(jìn)行定量分析和評估。

　　傳統的開(kāi)發(fā)汽車(chē)嵌入式軟件方法是構建重現全部或部分ECU以及它的外部電路的硬件板，通常稱(chēng)為工廠(chǎng)模型。往往不太可能由一種設置執行所有測量，故需要很多工作臺設置。

　　對功能最強的ECU的性能要求是不必再使用昂貴的試驗板進(jìn)行測量，對ECU內部作有限的測試即可避免硬件排錯。因為硬件不會(huì )產(chǎn)生錯誤消息，簡(jiǎn)單的錯誤，例如沒(méi)有起始化的寄存器都要在花很長(cháng)時(shí)間后才能被發(fā)現。在一個(gè)硬件原型機上對軟件排錯，即使有在線(xiàn)仿真器也是困難和很費時(shí)的。
　　
　　嵌入式系統必須足夠快速去運行大容量的軟件，包括實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧在內。

測量方法的綜合

　　工作臺測試還有其它方法，基于主機的方法是“寫(xiě)入一次/移動(dòng)兩次”，亦即軟件先在帶有模擬器的測試架構的主機PC內開(kāi)發(fā)，然后移到ECU。這種方法在汽車(chē)環(huán)境內可能失敗，因為出現硬實(shí)時(shí)性對軟件的限制，而不能從PC的執行去預測實(shí)際的性能。

　　ISS方法使用處理器的函數模型，模型通常由處理器供應商提供。問(wèn)題出在有時(shí)候模型與處理器的周期—周期特性不匹配。速度又是另一問(wèn)題，因為ISS太慢，典型值是100~500kIPS(0.1~0.5MIPS)，不能運行實(shí)際應用的大型軟件，而成為每日編輯—編譯—排錯循環(huán)的一部分。

　　新的方法使軟件開(kāi)發(fā)人員構建系統級的ECU模型，或者ECU的虛擬平臺(或者網(wǎng)絡(luò )化的ECU子系統)，在最后綜合階段之前全部軟件在模型上開(kāi)發(fā)，然后移植到真正的ECU硬件。

虛擬平臺

　　VaS Systems公司的VaST虛擬平臺技術(shù)可在市售PC上模擬200MIPS的嵌入式處理器。因為處理器模型的周期—周期是精確的，工程師能夠測量與硬件全部的交互動(dòng)作，并對軟件和軟硬件接口進(jìn)行詳細的性能測量。

　　虛擬平臺對ECU內部完全透明，比硬件基的排錯環(huán)境好得多。以下是客戶(hù)的設計實(shí)例：

　　一個(gè)ECU平臺構成汽車(chē)越野檢測器的核心，平臺采用旋轉加速度計的模擬信號作為輸入。如果車(chē)輛開(kāi)始滾動(dòng)，則對信號作數學(xué)運算求得車(chē)輛的角速度和位置。當車(chē)輛滾動(dòng)太快時(shí)，氣囊立即啟動(dòng)，而車(chē)輛滾動(dòng)較慢時(shí)，氣囊的啟動(dòng)就推遲。

外設的作用

　　平臺由于有許多外設而變得復雜，外設包括時(shí)鐘發(fā)生器、存儲器、定時(shí)器和中斷控制器，還有上述的加速度計和氣囊釋放器接口。

　　處理器由“計算機正確運行”看門(mén)狗定時(shí)器監視，如果定時(shí)器暫停工作，表示處理器進(jìn)入不希望的循環(huán)時(shí)，它會(huì )斷然啟動(dòng)復位線(xiàn)?！暗蛪航埂蓖庠O監視電源電壓，防止在電池損壞或引擎啟動(dòng)階段釋放氣囊。實(shí)時(shí)操作保證看門(mén)狗定時(shí)器永不停頓，使啟動(dòng)時(shí)動(dòng)作順序執行。

　　使用虛擬平臺方法，工程師將RTOS和全部外設驅動(dòng)器綜合起來(lái)，然后測試氣囊釋放算法，與過(guò)去使用的工廠(chǎng)模型法相比，估計可節省六個(gè)月時(shí)間。

虛擬系統模擬

　　系統結構同樣能夠實(shí)現許多高級模擬，采用MATLAB、UML、SystemsC、高級C或C++模型的語(yǔ)言的數學(xué)或格式來(lái)表示抽象規范。只要基本特性正確，分析軟件可將功能分配到多個(gè)ECU內，考察劃分到各ECU和互連網(wǎng)絡(luò )的性能需求。每個(gè)ECU可用處理器級、總線(xiàn)和外設來(lái)聯(lián)網(wǎng)，函數在硬件與軟件之間移動(dòng)。

　　定量分析允許系統結構進(jìn)行不同數目和種類(lèi)ECU之間的不同分區性能的考察，評估折衷和決定最佳的執行方案。

　　虛擬平臺具有硬件和軟件兩者的再用性，以便綜合已有的各種功能?！?李儀)