利用多目標建模技術(shù)降低ECU軟件成本

　　多目標建模是一種電子控制單元(ECU)開(kāi)發(fā)技術(shù)，它采用了基于模型的設計方法和自動(dòng)嵌入式代碼生成技術(shù)。利用多目標建模技術(shù)可以為各種嵌入式DSP、微處理器和微控制器建立算術(shù)模型，并實(shí)現代碼的自動(dòng)生成。軟件開(kāi)發(fā)人員也因此可以節省許多時(shí)間和精力，因為他們不再需要為每個(gè)嵌入式目標器件編寫(xiě)、測試和重編代碼。 

　　在這方面，Visteon公司正在使用多目標建模技術(shù)開(kāi)發(fā)動(dòng)力控制系統。他們的方法以數據字典的創(chuàng )建為基礎，而數據字典用來(lái)控制模型仿真和嵌入式代碼生成時(shí)使用的數據類(lèi)型。利用這種方法可以仿真設計思路，并根據各種嵌入式處理器選項試驗各種處理器的算法功能。仿真環(huán)境有助于設計師在軟件實(shí)現前就確定數據分辨率和量化對系統性能的影響。一旦選好了合適的嵌入式處理器，代碼就能自動(dòng)生成和創(chuàng )建，并被集成進(jìn)產(chǎn)品ECU。仿真和代碼生成環(huán)境由MathWorks公司的Simulink及Real-Time Workshop Embedded Coder提供。本文將介紹使用多目標建模方法開(kāi)發(fā)動(dòng)力ECU的技術(shù)、工具以及因此帶來(lái)的好處。 

　　人工的多目標實(shí)現方法 

　　支持各種硬件架構的傳統方法是人工開(kāi)發(fā)代碼。這些代碼接口方便，并且很容易從一種架構改成另一種架構。這種方法的挑戰是，工程師很難將他們的浮點(diǎn)算法轉換成定點(diǎn)設計。轉換過(guò)程要求提供各種變量和參數的換算系數和其它定點(diǎn)信息。另外，也很難創(chuàng )建和維持這樣一種軟件層，它能以一種易用的方式提供高層算法和定點(diǎn)軟件實(shí)現之間的足夠的抽象(abstraction）。

　　從浮點(diǎn)到定點(diǎn)架構的軟件設計和接口會(huì )給開(kāi)發(fā)過(guò)程帶來(lái)其它問(wèn)題，包括：

　　1. 建立換算信息要花很長(cháng)時(shí)間；

　　2. 測試定點(diǎn)上溢和下溢是一件很繁瑣的工作。每次數學(xué)運算都要求用最小和最大值進(jìn)行分析和測試，才能滿(mǎn)足上溢和下溢檢查的需求；

　　3. 人工設計和編碼技術(shù)很容易出錯。

　　基于模型的多目標實(shí)現方法

　　在20世紀90年代，Visteon公司開(kāi)始研究模型和自動(dòng)代碼生成在動(dòng)力傳動(dòng)系統中的應用。調查結果使Visteon公司決定從人工開(kāi)發(fā)方法轉向模型設計方法。這種方法的轉換在過(guò)去六年中一直在進(jìn)行，因為已有的手工編碼生產(chǎn)模塊需要根據要求逐步轉換成Simulink模型。在這段時(shí)間內也引入了Real-Time Workshop Embedded Coder的自動(dòng)代碼生成功能。該功能已在產(chǎn)品ECU實(shí)現中用來(lái)從模型中自動(dòng)產(chǎn)生代碼。

　　目前模型設計方法已在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中得到廣泛使用，使用建模、仿真和自動(dòng)代碼生成的好處也已眾所周知。Visteon公司建立了完整的建模環(huán)境，可以幫助設計師使用多目標、自動(dòng)代碼生成方法快速部署不同的硬件架構。該方法需要利用外部數據字典來(lái)約束從模型架構生成的代碼的格式和結構。

　　模型設計環(huán)境

　　多目標模型與數據類(lèi)型無(wú)關(guān)。最初模型使用的數據類(lèi)型是主機執行仿真時(shí)可用的最大字長(cháng)度(例如雙精度實(shí)數)。這樣就提供了被建議算法的理想行為。如果行為能令人滿(mǎn)意，就可以再增加特定的目標實(shí)現，使模型適合產(chǎn)品ECU的要求。

　　為了使模型符合特定目標要求，需要將數據字典和特定硬件信息裝載進(jìn)MATLAB工作區。同時(shí)提供數據字典和基準通用模型的鏈接機制。自動(dòng)化換算工具可以使轉換和驗證過(guò)程更加便利。自動(dòng)化代碼生成就是將定點(diǎn)設計翻譯成產(chǎn)品代碼的過(guò)程。接著(zhù)Visteon公司工程師將軟硬件組件集成進(jìn)最終的產(chǎn)品ECU中，以便今后進(jìn)一步的驗證和確認操作。

　　圖1給出了Visteon公司動(dòng)力系統使用的通用模型架構，并說(shuō)明了如何使用多個(gè)數據字典實(shí)現特定目標細節。

                                 圖1：Visteon公司動(dòng)力系統的多目標建模架構。

　　一旦行為令人滿(mǎn)意，通用模型就被納入Visteon公司的配置管理系統中，并作為動(dòng)力算法庫中的一個(gè)組件放置在知識架上。工程師可以隨時(shí)通過(guò)復用存儲在算法庫中的模型組件創(chuàng )建新的算法。

　　模型設計工具

　　Simulink公司通過(guò)使用信號和參數數據對象支持面向數據字典的數據規范?？梢岳眉虞d進(jìn)MATLAB工作區的外部數據字典確定數據對象。一旦開(kāi)始仿真或代碼生成，Simulink或Real-Time Workshop Embedded Coder就開(kāi)始檢查模型中已被命名的信號或參數在工作區中是否有對應的數據對象。如果工作區中存在對象，就可以在仿真和代碼生成過(guò)程中使用數據對象的屬性。