虛擬平臺的汽車驅動模擬

2004年6月A版

　　汽車的復雜電子系統安裝大量通過時間敏感網絡的多功能ECU(電子控制單元)作內部通信的控制軟件，許多汽車控制系統用ECU實現通過網絡層通信的單項功能。時尚的高級轎車有多達90個ECU，全部連網需要的電線束重量會超過50公斤，為了減少電線重量，ECU應該置放在靠近它的控制地點。

　　新特性需要更多靈活的帶有大型嵌入式軟部件的ECU。遙測和車內娛樂需要無線連接、全球定位、數字無線電的互聯網接入的綜合，隨時可以進行免提的語音控制。

定量評估

　　在定義軟硬件系統和準備深入開發前，需要對網絡和ECU內部的可能結構進行定量分析和評估。

　　傳統的開發汽車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，通常稱為工廠模型。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。因為硬件不會產生錯誤消息，簡單的錯誤，例如沒有起始化的寄存器都要在花很長時間后才能被發現。在一個硬件原型機上對軟件排錯，即使有在線仿真器也是困難和很費時的。
　　
　　嵌入式系統必須足夠快速去運行大容量的軟件，包括實時操作系統(RTOS)和網絡協議棧在內。

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“寫入一次/移動兩次”，亦即軟件先在帶有模擬器的測試架構的主機PC內開發，然后移到ECU。這種方法在汽車環境內可能失敗，因為出現硬實時性對軟件的限制，而不能從PC的執行去預測實際的性能。

　　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。問題出在有時候模型與處理器的周期—周期特性不匹配。速度又是另一問題，因為ISS太慢，典型值是100~500kIPS(0.1~0.5MIPS)，不能運行實際應用的大型軟件，而成為每日編輯—編譯—排錯循環的一部分。

　　新的方法使軟件開發人員構建系統級的ECU模型，或者ECU的虛擬平臺(或者網絡化的ECU子系統)，在最后綜合階段之前全部軟件在模型上開發，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作，并對軟件和軟硬件接口進行詳細的性能測量。

　　虛擬平臺對ECU內部完全透明，比硬件基的排錯環境好得多。以下是客戶的設計實例：

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

外設的作用

　　平臺由于有許多外設而變得復雜，外設包括時鐘發生器、存儲器、定時器和中斷控制器，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”看門狗定時器監視，如果定時器暫停工作，表示處理器進入不希望的循環時，它會斷然啟動復位線。“低壓禁止”外設監視電源電壓，防止在電池損壞或引擎啟動階段釋放氣囊。實時操作保證看門狗定時器永不停頓，使啟動時動作順序執行。

　　使用虛擬平臺方法，工程師將RTOS和全部外設驅動器綜合起來，然后測試氣囊釋放算法，與過去使用的工廠模型法相比，估計可節省六個月時間。

虛擬系統模擬

　　系統結構同樣能夠實現許多高級模擬，采用MATLAB、UML、SystemsC、高級C或C++模型的語言的數學或格式來表示抽象規范。只要基本特性正確，分析軟件可將功能分配到多個ECU內，考察劃分到各ECU和互連網絡的性能需求。每個ECU可用處理器級、總線和外設來聯網，函數在硬件與軟件之間移動。

　　定量分析允許系統結構進行不同數目和種類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)