基于Simulink的OSEK嵌入式软件开发方法

摘要 近年来，V型开发模式在汽车电子开发领域得以广泛应用，同时Matlab／Simulink及OSEK实时操作系统规范已成为标准的开发平台，文章通过引入新的理念和方法将两者相结合。首先从分析软件的架构入手，介绍了Simulink模型中的任务识别、定时机制、基于μC／OS―II的OSEK顺应性开发，以及在Matlab环境下如何创建自定义的驱动库等，最后通过应用实例验证了该开发方法的可行性。
关键词 嵌入式软件开发代码自动生成 Matlab／Simulink OSEK μC／OS－II

引 言
现在V型开发模式已成为使用最广的汽车软件开发流程标准。这一标准流程得到许多工具的支撑，有来自Mathworks的工具，如用于功能开发和仿真的Matlab／Simulink／Stateflow，用于自动代码生成的Real―TimeWorkshop，以及来自dSpace的工具。硬件有用于快速控制原型开发的AutoBox和用于硬件在环测试的模块，软件有产品级代码生成器TargetLink。它们在加快开发周期的同时，也提高了代码的可靠性。
平台软件方面，OSEK OS是广泛应用于汽车电子领域的嵌入式操作系统(RTOS)规范。它定义了一些基本的系统服务，比如任务处理、中断服务程序(ISR)处理、资源管理、事件处理以及报警服务等。
由上可知，将Matlab／Simulink的建模和仿真环境在代码生成阶段与OSEK OS规范相结合，将极大地方便开发。这方面Matlab已有针对OSEK／VDX的嵌入式对象模块，TargetLink也实现了部分结合，但两者都局限于特定的硬件，不能应用于不同的控制器和实时操作系统。

1 嵌入式软件开发理念
符合基于模型的开发和OSEK规范的软件架构如图1所示。以英飞凌XC164系列单片机为例，硬件层的核心部件由RTOS提供的系统服务进行管理，外设部件由相应的驱动程序驱动。

中间层(软件运行环境)包括两部分，操作系统和硬件驱动。操作系统采用顺应OSEK规范的μC／OS－II(见3．1)，硬件外设驱动开发在后面作介绍。
应用程序指的是与硬件无关的软件，含控制算法和中断服务程序(ISR)。控制算法完成控制任务，形式一般为Simulink模型。该模型可以和被控对象模型一起在闭环状态下完成功能仿真，同时也可以在代码生成阶段与硬件驱动以及操作系统API一起生成可在目标硬件上运行的程序。这里ISR可以有两种类型，可以是手写的C代码，也可以是Simulink模型中的触发子系统。在该子系统中的触发源是图1中所示的硬件层外设。

2 MATLAB环境下代码生成流程
实时工作空间(Real－Time Workshop，RTW)代码生成流程包含下面几部分。
①仿真和模型文件(model．mdl)。通过手动添加C语言S函数可以扩展Simulink模型库。
②中间描述文件(model．rtw)。该文件描述了模型中系统和各模块以及它们之间的联系，可以看作是模型文件的分层式的描述库文件。
③目标语言编译器(TLC)文件。目标语言编译器读取model．rtw文件中的信息，将模型最终转化成源代码。
TLC文件有两种形式，系统TLC文件和模块TLC文件。前者控制整个模型的代码生成，比如可以指定模型生成C语言源代码，而后者仅针对对应的模块。对每个手动添加的C语言S函数对象，必须有对应的模块TLC文件，才可用于代码生成。
④生成的源代码。图2中列举了生成的主要源代码，其中model．c是model．mdl对应生成的算法源代码。