基于AutoSAR规范的驱动代码生成工具箱设计与实现

摘 要： 针对汽车控制器中驱动代码生成存在对硬件依赖性强、代码格式不规范、可重用性不强等问题，提出利用仿真建模工具Simulink/RTW、结合AutoSAR规范、基于代码生成技术的汽车控制器驱动工具箱的设计方法。通过对驱动配置模块的不同芯片配置及对相关参数的设置满足多处理器需求，依据AutoSAR规范对驱动函数接口的封装实现代码的可重用性。最后将设计的驱动工具箱结合代码生成模板应用于BCM车窗控制系统，实验证明了该方法的高效性和可行性。
关键词： 代码生成；驱动工具箱；AutoOSAR规范；Simulink/RTW

随着汽车电子的飞速发展和代码自动生成技术的出现，汽车电子控制系统实现了从建模、仿真到代码自动生成的一体化开发, 极大提高了生成代码的效率、通用性及可移植性[1]。但是，汽车控制系统中驱动代码却依赖于特定的硬件与运行环境，主要还是以手工编写代码为主[2]。这种手工编写代码的方法存在大量的重复劳动，且代码无法规范统一，可重用性不强、可读性差。
所以，设计一款可以兼容多款处理器的驱动代码工具，生成统一性、规范性和开发性代码成为行业发展的趋势。当前在汽车行业应用最广的是德国dSPACE公司的Targetlink代码生成工具和Mathworks公司的RTW代码生成工具[3]。本文采用Matlab/Simulnik/RTW工具设计并实现了基于代码生成技术的驱动工具箱，实现了汽车电控系统中驱动代码生成的可靠性、安全性、高效性及可移植性。
1 AutoSAR规范驱动接口
汽车开放式系统架构标准AutoSAR(AuTomotive Open System ARchitecture)，主要可分为三层：应用层、运行时环境和基础软件。其中基础软件又包括系统服务、ECU抽象层和uC抽象层，所有驱动程序都包含在uC抽象层和ECU抽象层中。
本文依据AutoSAR规范中ECU抽象层和uC抽象层中硬件接口标准编写驱动程序，组成驱动资源库[4]。驱动程序按照硬件功能特点可分为四类：通用I/O硬件驱动、通信硬件驱动、存储硬件驱动和微控制器驱动。其内容与结构如图1所示。

AutoSAR规范定义了汽车电控单元硬件驱动程序的接口规范，把驱动函数进行了标准化和模块化，为驱动工具箱开发应用奠定了良好的基础。
2 驱动代码生成工具箱的设计与实现
2.1 设计方法
在Simulink/RTW平台上设计基于AutoSAR规范的驱动代码生成工具箱是通过建立S函数模块配置参数并设计封装入库[5]来实现的。驱动工具箱的设计流程如图2所示，具体内容如下：

(1)分析AutoSAR规范中驱动函数接口标准的内容，确定驱动应用代码的内容。
(2)分析汽车电控系统中驱动代码的需求，确定驱动应用代码的格式。
(3)根据规范和需求确定驱动工具箱的设计方案，设计驱动工具箱为驱动配置功能模块和驱动API功能模块两大类。
(4)编写S函数，实现驱动配置功能模块和驱动API功能模块的参数变量。
(5)在Simulink平台上建立S函数模块并添加各功能模块的参数变量。
(6)设计和封装S函数模块内容及格式，实现驱动功能模块的功能和创建驱动工具箱并添加到Simulink库中。
(7)依据驱动工具箱的功能编写代码生成模板，实现驱动应用代码自动生成。
2.2 实现
下面以驱动ADC模块的实现为例详细介绍驱动工具箱模块的实现方法。
依据驱动工具箱的设计方案可知，驱动ADC功能模块分为配置模块和API模块。ADC配置模块实现不同处理器初始化配置；API模块(即ADC驱动函数模块)实现驱动函数接口的配置及函数的调用。ADC功能模块实现的主要步骤及内容如表1所示。

ADC驱动模块库中配置模块通过初始化相关参数的配置，实现不同处理器下驱动ADC使用时其相关的头文件包含、配置文件生成、初始化结构体参数配置及ADC的API开关定义。ADC驱动API模块由API函数接口变量的配置实现驱动函数与控制算法的无缝连接，并配置函数体参数实现API函数的正确调用。
各驱动模块设计封装好后添加到Simulink库中就完成了驱动工具箱的设计。图3是驱动代码生成工具箱各功能模块的结构图。

3 驱动工具箱代码生成模板的设计与实现
代码生成模板基于模块TLC设计，其主要功能是驱动函数初始化代码的实现和API函数调用代码的实现[5]。
3.1 设计
基于RTW的代码生成工具设计驱动工具箱代码生成模板，主要包含系统目标TLC和驱动模块TLC。系统目标TLC在Matlab7.1版系统目标osekworks.tlc基础上修改，修改TLC组件的包含及相关文件名即可[6]。驱动工具箱代码生成模板结构图如图4所示。