1引言

近年來，越來越多的公司采用AUTOSAR工具鏈進行車載ECU軟件開發(fā)，這對采用傳統(tǒng)手寫代碼方式設計程序的工程師而言是個不小的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下3個方面。 （1）AUTOSAR規(guī)范涉及到很多全新的概念，像RTE、SWC、BswM這些概念，很多手寫代碼多年的老工程師也是不懂的。 （2）C語言編程和使用工具鏈配置的方式進行軟件設計，在思路上存在不小的差異，在開發(fā)方式切換的過程中可能感到諸多不適應。 （3）雖然AUTOSAR規(guī)范也是用C語言實現(xiàn)的且源程序可見，但由于模塊繁多且每個功能塊所含的代碼量過于龐大，短期內很難再用“把每行代碼搞清楚”的方式保證程序質量，而且在程序執(zhí)行異常時由于對代碼不熟悉，即使是有著多年C編程經驗的老工程師，也可能會有“問題查找無從下手”的感覺。 針對以上問題，我想從傳統(tǒng)的手工編程入手，逐一介紹AUTOSAR的基本概念和使用工具鏈開發(fā)的思路方法，希望對從手寫代碼切換至工具鏈開發(fā)的車載嵌入式軟件工程師有一點點幫助。 由于我學習使用AUTOSAR工具鏈的時間不長，很多概念和方法屬于“現(xiàn)學現(xiàn)賣”的階段，又在文中加入了不少自己的理解和感悟，其中的錯誤在所難免，懇請廣大同行們批評指正，共同進步。

2控制實例

在本文中，我們以應用在某重卡主駕座椅上的“ECAS控制器”為例，說明RTE的實現(xiàn)過程。該控制器的核心功能是“將座椅高度始終保持在設定位置上”，通過控制進氣閥和排氣閥的開閉調節(jié)空氣彈簧的充氣量，從而實現(xiàn)加載在座椅的重量發(fā)生變化時（不坐人或坐不同重量的人）其高度始終不變。表2-1為與之相關的主要部件及其功用。 表2-1:座椅ECAS控制器相關主要部件及其功用

3基本概念

為表述方便，首先對本文中出現(xiàn)的概念或術語進行說明，文中黑體字為“官方定義”，紅體字加入了本人的理解。 注：由于AUTOSAR規(guī)范本身非本文討論的范疇，其中的通用知識（如：分層架構、ARXML文件等）文中不再涉及，讀者可參照各類資料學習掌握。

3.1車載嵌入式軟件概念

（1）基礎軟件：包括微控制器驅動、外圍芯片驅動、嵌入式操作系統(tǒng)、軟件整體架構和集成等，部分公司稱其為“驅動和架構”。 （2）應用層軟件：主要涉及到特定ECU的控制邏輯和算法等，部分公司稱其為“算法和邏輯”。 大多數(shù)車載ECU軟件的核心由輸入、處理和輸出3部分組成，基礎軟件主要負責“輸入和輸出”部分，應用層軟件專注于“處理”部分。

3.2 AUTOSAR規(guī)范概念

（1）RTE：運行時環(huán)境。作為應用軟件層與基礎軟件層交互的橋梁，為軟硬件分離提供了可能。可以實現(xiàn)軟件組件間、基礎軟件間以及軟件組件與基礎軟件之間的通信。RTE封裝了基礎軟件層的通信和服務，為應用層組件提供了標準化的基礎軟件和通信接口，使得應用層可以通過RTE接口函數(shù)調用基礎軟件的服務。此外，RTE抽象了ECU之間的通信，即RTE通過使用標準化的接口將其統(tǒng)一為軟件組件之間的通信。 舉例來說，如果要設計“座椅ECAS控制器”的軟件，程序首先要獲取座椅的當前高度和目標高度，通過一系列算法處理（如PID算法），計算出當前時刻氣囊進氣口和出氣口的狀態(tài)，最后控制電磁閥進行座椅高度調節(jié)。這里面“采集座椅當前高度”由ADC模塊完成，“控制空氣彈簧進氣口和出氣口的電磁閥”由DO模塊完成，這兩者是基礎軟件的工作；“通過算法得到空氣彈簧進氣口和出氣口的狀態(tài)”由應用層軟件完成。而“將基礎軟件采集到的高度傳遞給應用層”和“將應用層的電磁閥控制指令傳遞給基礎軟件層”，就是RTE的任務了。 （2）SWC：軟件組件。封裝了部分或全部汽車電子功能的模塊，包括了其具體的功能實現(xiàn)以及對應的描述。 軟件組件可以理解為“一系列程序文件（函數(shù)）的集合”。 （3）Port：端口。根據輸入輸出方向可分為需型端口（Require Port，RPort，用于從其它軟件組件獲得所需數(shù)據或者所請求的操作）、供型端口（Provide Port，PPort，用于對外提供某種數(shù)據或者某類操作）與供需端口（Provide and Require Port，PRPort，兼有需型端口與供型端口的特性）。 AUTOSAR規(guī)范中的“端口”相當于C語言中的“變量”，它的“變量類型”就是下面要介紹的“端口接口”。 （4）Interface：端口接口。由于端口僅僅定義了方向，AUTOSAR中用端口接口（Port Interface）來表征端口的屬性，常用端口接口包括如下兩種類型： ①發(fā)送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface, S/R），用于數(shù)據的傳遞關系； ②客戶端-服務器接口（Client-Server Interface, C/S），用于操作（Operation,OP），即函數(shù)調用關系。

對于引用“發(fā)送者-接收者”接口的一組端口而言，需型端口為接收者，供型端口為發(fā)送者；對于引用“客戶端-服務器”接口的一組端口而言，需型端口為客戶端，供型端口為服務器。 AUTOSAR規(guī)范中的“端口接口”相當于C語言中的“結構數(shù)據類型”，每個接口由一個或多個“數(shù)據元素”組成，相當于結構體的成員。但和數(shù)據類型不同的是，除了其包含的每個數(shù)據元素分別有一個數(shù)據類型之外，每個接口還有一個自己的類型，“S/R”類型表示數(shù)據傳遞，相當于C語言中的“b = a”；“C/S”類型表示函數(shù)調用，相當于C語言中的“b = func(a)”。

3.3信號

（1）系統(tǒng)信號：車載CAN網絡信號，即某ECU從CAN網絡接收和向CAN網絡發(fā)送的信號。 （2）內部信號：不同SWC間交互的信號。

4手寫代碼實現(xiàn)方法

這里所說的“手寫代碼”是指車載ECU程序的基礎軟件部分，應用層軟件使用simulink等工具建模完成，下面以“座椅ECAS控制器”程序為例，介紹基礎軟件與應用層軟件的“RTE”部分如何用手工編程的方式實現(xiàn)。

4.1參數(shù)接口

首先需要明確基礎軟件與應用層軟件的參數(shù)接口，如表4-1所列。 表4-1:座椅ECAS控制器基礎軟件與應用層軟件的參數(shù)接口

4.2函數(shù)接口

表4-2列出了基礎軟件與應用層軟件之間的函數(shù)接口。 表4-2:座椅ECAS控制器基礎軟件與應用層軟件的函數(shù)接口

4.3代碼實現(xiàn)

這里使用2個源文件標識座椅ECAS控制器RTE手寫代碼實現(xiàn)方法，圖4-1和圖4-2分別為logic.c和main.c的代碼截圖。 圖4-1:?邏輯模塊RTE實現(xiàn)手寫代碼截圖 ? 圖4-2:?主模塊RTE實現(xiàn)手寫代碼截圖 ?

5 AUTOSAR工具鏈實現(xiàn)方法

AUTOSAR主流工具鏈大多由德國公司提供，包括Vector、ETAS、EB等，本文以ETAS公司的ISOLAR-AB工具為例講述RTE的開發(fā)步驟，主要涉及到其中的2個子工具。 ISOLAR-A：進行系統(tǒng)級架構設計。 RTA-RTE：進行接口設計。 AUTOSAR工具鏈中的“架構設計”即應用層軟件組件的設計，可分為自上而下和自下而上2種開發(fā)方式。“自上而下”是指在ISOLAR-A中創(chuàng)建應用層SWC及其所包含的端口，再在Simulink中導入該SWC的arxml文件，并在此基礎上進行邏輯和算法開發(fā)；“自下而上”是指在Simulink中創(chuàng)建端口、運行實體等SWC元素，再在ISOLAR-A中導入對應arxml文件生成SWC。本文采用“自上而下”的開發(fā)方式。 下面介紹如何使用AUTOSAR工具鏈方式實現(xiàn)座椅ECAS控制器的RTE部分。

5.1工程導入

打開“ISOLAR-AB 4.0.2”環(huán)境，選擇“File -> Import -> Existing Projects into Workspace”，點擊“Next”。 按照圖5-1所示的方法將所用工程導入。 圖5-1: ISOLAR-AB工程導入方法 ?

5.2軟件組件創(chuàng)建

座椅ECAS控制器需要創(chuàng)建3個軟件組件，如表5-1所列。 表5-1:座椅ECAS控制器軟件組件

下面以Controller_SWC為例，介紹軟件組件的創(chuàng)建步驟，其余2個軟件組件的創(chuàng)建與之類似。

5.2.1文件夾創(chuàng)建

在“...srcASW”路徑下創(chuàng)建“Controller_SWC”文件夾，再在其中創(chuàng)建“src”和“arxml”兩個子文件夾。

5.2.2為控制軟件組件創(chuàng)建arxml描述文件

在工程名上右鍵“New -> AUTOSAR File”，彈出圖5-3所示的對話框，這里新建一個名為“Controller_SWC.arxml”的描述文件，并同時創(chuàng)建一個名為“Controller_SWC”的AR Package。 圖5-2: arxml描述文件創(chuàng)建啟動 圖5-3:?控制軟件組件arxml描述文件創(chuàng)建界面 ?

5.2.3創(chuàng)建控制軟件組件

按照圖5-4和圖5-5所示的方法創(chuàng)建控制軟件組件。 圖5-4:?軟件組件創(chuàng)建啟動 圖5-5:?控制軟件組件創(chuàng)建操作示意圖 ?

5.2.4文件移動

在“...srcBSW”路徑下找到“Controller_SWC.arxml”，并將其剪切到“...srcASWController_SWCarxml”位置。

5.3接口創(chuàng)建

座椅ECAS控制器需要創(chuàng)建的接口如表5-2所列，下面以“hld_Mw_objectLevel”為例講述S/R接口的設計步驟，其余接口與之類似。 表5-2:座椅ECAS控制器需創(chuàng)建的接口

5.3.1接口創(chuàng)建

按照圖5-6和5-7所示創(chuàng)建接口。 圖5-6: S/R接口創(chuàng)建啟動 圖5-7:?接口創(chuàng)建過程 ?

5.3.2添加接口的數(shù)據元素

按照圖5-8和5-9所示添加接口的數(shù)據元素。 圖5-8:?添加接口數(shù)據元素 圖5-9:?選擇接口數(shù)據元素的數(shù)據類型 ?

5.4軟件組件行為設計

下面對表5-1所列3個軟件組件的行為進行設計，按照如下步驟進行。

5.4.1創(chuàng)建軟件組件內部行為

按照圖5-10所示依次創(chuàng)建Controller_SWC、AlgorithmInput_SWC和AlgorithmActuator_SWC的內部行為。 圖5-10:?軟件組件內部行為創(chuàng)建 ?

5.4.2添加軟件組件端口

控制軟件組件、算法輸入軟件組件和算法執(zhí)行軟件組件須添加的端口分別如表5-3、表5-4和表5-5所列。 表5-3:控制軟件組件端口表

表5-4:算法輸入軟件組件端口表

表5-5:算法輸出軟件組件端口表

圖5-11為添加軟件組件端口的方法。 圖5-11:?添加軟件組件端口 ?

5.4.3添加運行實體

運行實體即在SWC中執(zhí)行的函數(shù)。控制軟件組件、算法輸入軟件組件和算法執(zhí)行軟件組件須添加的運行實體分別如表5-6、表5-7和表5-8所列。 表5-6:控制軟件組件運行實體

表5-7:算法輸入軟件組件運行實體

表5-8:算法執(zhí)行軟件組件運行實體

圖5-12為添加運行實體的方法。 圖5-12:?添加軟件組件運行實體 ?

5.4.4添加運行實體與所屬軟件組件的端口訪問

本步的目的是添加與SWC中每個運行實體相關的端口，可以簡單的理解為添加某個函數(shù)（即運行實體）需要用到的變量（即端口）。這里將控制軟件組件、算法輸入軟件組件和算法執(zhí)行軟件組件中的全部端口分別添加到Controller_step、AlgorithmInput和AlgorithmOutput運行實體中。 圖5-13為添加運行實體與所屬軟件組件端口訪問的方法。 圖5-13:?添加運行實體與所屬軟件組件的端口訪問 ?

5.4.5添加運行實體的RTE事件

將Controller_step、AlgorithmInput和AlgorithmOutput運行實體均配置為“周期性事件”，周期0.02s。 圖5-14:?添加運行實體的RTE事件 ?

5.5軟件組件添加

前面創(chuàng)建了3個軟件組件及其內部行為，這里將這些SWC與座椅控制器相關聯(lián)。

5.5.1將軟件組件加入部件

如果把軟件組件比作程序的“積木”，“部件”就相當于“積木箱”，圖5-15和圖5-16為將SWC加入部件的步驟。 圖5-15:?軟件組件加入部件操作啟動? 圖5-16:?軟件組件加入部件操作 ?

5.5.2將軟件組件映射到座椅控制器

將前面創(chuàng)建的3個SWC映射到座椅ECAS控制器軟件中，如圖5-17所示。 圖5-17:?軟件組件向ECU映射 ?

5.6信號連接

由于座椅ECAS控制器僅涉及到3個SWC間信號的傳遞，故只需要連接“內部信號”即可，如圖5-18和圖5-19所示。 圖5-18:?內部信號連接啟動 圖5-19:?座椅ECAS系統(tǒng)連接的內部信號 ?

5.7運行實體調度

將AlgorithmInput、Controller_step和AlgorithmOutput添加到操作系統(tǒng)20ms周期性執(zhí)行的任務中，注意次序不要弄反。

5.8代碼生成

接下來就是生成代碼了，分為軟件組件抽取、RTE代碼生成和SWC代碼生成3個步驟。

5.8.1軟件組件抽取

“抽取”的含義就是將屬于座椅ECAS控制器軟件的3個SWC拿過來用，如圖5-20所示（上節(jié)的運行實體調度操作應在抽取之后完成）。 圖5-20:?軟件組件抽取操作 ?

5.8.2 RTE代碼生成

如圖5-21所示。

圖5-21: RTE代碼生成操作 ?

5.8.3 SWC代碼生成

座椅ECAS控制器軟件僅需按照圖5-22和圖5-23所示生成算法輸入軟件組件和算法執(zhí)行軟件組件的代碼，控制軟件組件在simulink環(huán)境下建模完成，只需提交Controller_SWC.arxml給應用層就可以了。 圖5-22: SWC代碼生成啟動 ? 圖5-23: SWC代碼生成操作 ?

5.9代碼添加

最后我們看看用AUTOSAR工具鏈自動生成的代碼是什么樣子的，圖5-24和圖5-25分別為算法輸入軟件組件和算法執(zhí)行軟件組件的代碼截圖。 圖5-24:?算法輸入軟件組件代碼截圖 圖5-25:?算法執(zhí)行軟件組件代碼截圖 ?

5.10事項說明

下面針對一些未明確事項進行說明。

5.10.1系統(tǒng)信號連接

座椅ECAS控制器軟件沒有涉及到系統(tǒng)信號，但對于大部分車載ECU來說，與車載CAN網絡的交互（從CAN網絡接收數(shù)據和向CAN網絡發(fā)送數(shù)據）是必不可少的，此時可參照圖5-26的方法進行系統(tǒng)信號連接。

圖5-26:?系統(tǒng)信號連接啟動 ?

5.10.2控制軟件組件初始化函數(shù)調用

細心的讀者可能會注意到，在工具鏈實現(xiàn)RTE的過程中，并沒有涉及算法模塊初始化函數(shù)Controller_initialize的調用。因為這涉及到AUTOSAR的一個重要的BSW模塊- EcuM的使用，我們留待下篇再講，可以期待一下。

6結論

綜上可以看出，單就RTE實現(xiàn)而言，AUTOSAR工具鏈方式要比傳統(tǒng)手工編程方式復雜，但也體現(xiàn)出了如下優(yōu)點：軟件組件獨立，功能劃分明確；使用標準化接口設計運行時環(huán)境，模塊獨立開發(fā)便于項目組成員協(xié)同工作。特別是在大型車載ECU軟件中，使用AUTOSAR工具鏈方式可以極大的保證軟件質量、縮短開發(fā)周期。