汽车电控底层及应用层软件开发介绍

一、底层软件开发介绍

1 底层软件主要内容

底层软件开发内容有：一方面是设备驱动的实现，基于主芯片有：底层驱动PORTS，ADC，PWM，SPI，CAN，SENT等，基于外围芯片的复杂驱动。

另一方面基础功能的开发，bootloader开发，操作系统RTOS，存储管理，故障诊断，通讯和网络安全等功能。

2 底层软件开发基础

对于上述的底层软件开发内容，若要深入的话，一是要能看懂芯片手册，熟悉所使用芯片提供的资源 ，包括多核定义，内存分配情况(包括RAM和ROM/FLASH/EEPROM)，ADC模块，GTM模块和通讯模块等等;二是要掌握常用的标准与协议，包括OSEK标准(操作系统相关)，14229协议和15765协议(诊断，刷写相关)，XCP协议(标定相关)和 11989协议(CAN通讯相关)等;三是要掌握C语言编程，ECU底层软件使用该语言进行开发。

3 底层软件开发工具

底层软件开发最常用的工具有劳特巴赫TRACE32和Vector三件套(Canlyzer, CANape，CANoe)。其中，劳特巴赫调试工具提供了嵌入式开发全生命周期的支持， 覆盖了Pre-Silicon，芯片Bring-Up， Bootloader、 Firmware的开发，OS和App的调试，以及后续的软件测试等过程。

举一个简单应用，比如开发者使用劳特巴赫实时跟踪代码的运行状态，观察一些调试资源，像寄存器、内存、C源码、变量等等，这样就可以识别开发的功能是否满足设计要求。

而Vector工具的话：对于CANlyzer，一方面可以模拟报文节点，发送或接收报文，以此来验证通讯或诊断功能，另一方面通过CAPL语言可设计一个模拟环境来测量或验证所开发的功能。对于CANape，一方面可以实时监测TCU的内外部变量，另一个方面还可以改变标定变量的数值。

熟悉了上述的两类工具，底层软件所涉及的测试和验证工作就基本没问题。

二、应用层软件开发介绍

1.应用层软件概述

相对于底层软件，应用层软件偏向于解决车辆的实际驾驶工况和应用场景问题，以及通过精妙的控制算法或策略实现零部件的精准控制。应用层软件一般从底层软件获取来自传感器或CAN通讯的输入数据，通过自身复杂而有效的策略和算法计算或决策出控制目标，输出给底层软件最终去驱动执行器。比如电机控制器，根据当前油门或制动，坡度，车速等数据，识别出车辆现在处于什么工况，再根据工况的特性，是加速还是减速，是急加速还是急减速等特性，计算出电机的目标转速和目标扭矩，然后基于电机特性Map，确定目标电流或电压，最终驱动电机，以此精准控制电机运转。通过这个例子，也不难发现，要做好应用层软件有几点要求：

1) 深入理解控制对象所应用的场景，车辆有不同的驾驶工况，比如加速超车，制动回馈，自动巡航，自动泊车等。在这些场景下，我们一方面要深入理解控制对象的应用状况，另一方面也要处理不同驾驶工况如何相互切换;

2)深入了解控制对象的实际特性，以电机为例，电机特性Map图(转速-扭矩-功率)，电机特性受温度等因素的影响情况;

3)深入掌握控制对象的基础知识，还以电机为例，电机的基本控制方法，电机驱动控制原理，车辆运动学理论等。

2 应用层软件的开发工具

当前应用层软件的开发工具，在国内最流行的应该是Mathworks公司的Matlab+Simulink+Stateflow, 以前在德企会用Matlab+targetlink+stateflow, 像博世还有自己的开发工具。像当下自动驾驶的应用层，有很多公司会采用代码开发，像C、C++等，不过这里提到的都是基于模型的应用层软件开发。

相对于底层软件，应用层软件偏向于解决车辆的实际驾驶工况和应用场景问题，以及通过精妙的控制算法或策略实现零部件的精准控制。应用层软件一般从底层软件获取来自传感器或CAN通讯的输入数据，通过自身复杂而有效的策略和算法计算或决策出控制目标，输出给底层软件最终去驱动执行器。比如电机控制器，根据当前油门或制动，坡度，车速等数据，识别出车辆现在处于什么工况，再根据工况的特性，是加速还是减速，是急加速还是急减速等特性，计算出电机的目标转速和目标扭矩，然后基于电机特性Map，确定目标电流或电压，最终驱动电机，以此精准控制电机运转。通过这个例子，也不难发现，要做好应用层软件有几点要求：

1) 深入理解控制对象所应用的场景，车辆有不同的驾驶工况，比如加速超车，制动回馈，自动巡航，自动泊车等。在这些场景下，我们一方面要深入理解控制对象的应用状况，另一方面也要处理不同驾驶工况如何相互切换;

2)深入了解控制对象的实际特性，以电机为例，电机特性Map图(转速-扭矩-功率)，电机特性受温度等因素的影响情况;

3)深入掌握控制对象的基础知识，还以电机为例，电机的基本控制方法，电机驱动控制原理，车辆运动学理论等。

3 应用层软件的开发工具

当前应用层软件的开发工具，在国内最流行的应该是Mathworks公司的Matlab+Simulink+Stateflow, 以前在德企会用Matlab+targetlink+ stateflow, 像博世还有自己的开发工具。像当下自动驾驶的应用层，有很多公司会采用代码开发，像C、C++等，不过这里提到的都是基于模型的应用层软件开发。

就是先根据详细设计方案搭建模型，再基于开发工具所提供自动生成代码配置，将所有模型自动生成C代码;生成的应用层软件代码和底层代码一起编译执行，生成可供ECU执行运行的文件，比如s19，Hex，Bin等格式;最终通过刷写工具将软件烧录到ECU相应的内存空间，启动ECU就可以实时运行软件，执行相应的功能。

审核编辑：汤梓红