虚拟平台的汽车驱动模拟

2004年6月A版

　　汽车的复杂电子系统安装大量通过时间敏感网络的多功能ECU(电子控制单元)作内部通信的控制软件，许多汽车控制系统用ECU实现通过网络层通信的单项功能。时尚的高级轿车有多达90个ECU，全部连网需要的电线束重量会超过50公斤，为了减少电线重量，ECU应该置放在靠近它的控制地点。

　　新特性需要更多灵活的带有大型嵌入式软部件的ECU。遥测和车内娱乐需要无线连接、全球定位、数字无线电的互联网接入的综合，随时可以进行免提的语音控制。

定量评估

　　在定义软硬件系统和准备深入开发前，需要对网络和ECU内部的可能结构进行定量分析和评估。

　　传统的开发汽车嵌入式软件方法是构建重现全部或部分ECU以及它的外部电路的硬件板，通常称为工厂模型。往往不太可能由一种设置执行所有测量，故需要很多工作台设置。

　　对功能最强的ECU的性能要求是不必再使用昂贵的试验板进行测量，对ECU内部作有限的测试即可避免硬件排错。因为硬件不会产生错误消息，简单的错误，例如没有起始化的寄存器都要在花很长时间后才能被发现。在一个硬件原型机上对软件排错，即使有在线仿真器也是困难和很费时的。
　　
　　嵌入式系统必须足够快速去运行大容量的软件，包括实时操作系统(RTOS)和网络协议栈在内。

测量方法的综合

　　工作台测试还有其它方法，基于主机的方法是“写入一次/移动两次”，亦即软件先在带有模拟器的测试架构的主机PC内开发，然后移到ECU。这种方法在汽车环境内可能失败，因为出现硬实时性对软件的限制，而不能从PC的执行去预测实际的性能。

　　ISS方法使用处理器的函数模型，模型通常由处理器供应商提供。问题出在有时候模型与处理器的周期—周期特性不匹配。速度又是另一问题，因为ISS太慢，典型值是100~500kIPS(0.1~0.5MIPS)，不能运行实际应用的大型软件，而成为每日编辑—编译—排错循环的一部分。

　　新的方法使软件开发人员构建系统级的ECU模型，或者ECU的虚拟平台(或者网络化的ECU子系统)，在最后综合阶段之前全部软件在模型上开发，然后移植到真正的ECU硬件。

虚拟平台

　　VaS Systems公司的VaST虚拟平台技术可在市售PC上模拟200MIPS的嵌入式处理器。因为处理器模型的周期—周期是精确的，工程师能够测量与硬件全部的交互动作，并对软件和软硬件接口进行详细的性能测量。

　　虚拟平台对ECU内部完全透明，比硬件基的排错环境好得多。以下是客户的设计实例：

　　一个ECU平台构成汽车越野检测器的核心，平台采用旋转加速度计的模拟信号作为输入。如果车辆开始滚动，则对信号作数学运算求得车辆的角速度和位置。当车辆滚动太快时，气囊立即启动，而车辆滚动较慢时，气囊的启动就推迟。

外设的作用

　　平台由于有许多外设而变得复杂，外设包括时钟发生器、存储器、定时器和中断控制器，还有上述的加速度计和气囊释放器接口。

　　处理器由“计算机正确运行”看门狗定时器监视，如果定时器暂停工作，表示处理器进入不希望的循环时，它会断然启动复位线。“低压禁止”外设监视电源电压，防止在电池损坏或引擎启动阶段释放气囊。实时操作保证看门狗定时器永不停顿，使启动时动作顺序执行。

　　使用虚拟平台方法，工程师将RTOS和全部外设驱动器综合起来，然后测试气囊释放算法，与过去使用的工厂模型法相比，估计可节省六个月时间。

虚拟系统模拟

　　系统结构同样能够实现许多高级模拟，采用MATLAB、UML、SystemsC、高级C或C++模型的语言的数学或格式来表示抽象规范。只要基本特性正确，分析软件可将功能分配到多个ECU内，考察划分到各ECU和互连网络的性能需求。每个ECU可用处理器级、总线和外设来联网，函数在硬件与软件之间移动。

　　定量分析允许系统结构进行不同数目和种类ECU之间的不同分区性能的考察，评估折衷和决定最佳的执行方案。

　　虚拟平台具有硬件和软件两者的再用性，以便综合已有的各种功能。■(李仪)