基于AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发

基于AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发 朱元 陆科 吴志红 本书主要介绍了汽车电子的最新规范 AUTOSAR，以及如何开发符合 AUTOSAR 规范的电机控制器软件的详细过程。全书分为基础篇和实战篇：基础篇介绍了汽车电子软件开发趋势，以及多核单片机和 AUTOSAR 的相关概念；实战篇介绍了使用 Simulink 进行应用层软件建模以及代码生成，和利用 Vector 工具链基于 AURIX 单片机开发电机控制器的思路和步骤。本书在编写中，力求内容正确，所有的内容都经过相关专家审阅，并经作者测试，步骤清晰，配图丰富。本书适合具有一定嵌入式软件开发基础知识的读者，可作为高等院校本科生、基于 AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发朱元陆科吴志红著创同偷太出概盐内容提要本书主要介绍了汽车电子的最新规范 AUTOSAR,以及如何开发符合 AUTOSAR规范的电机控制器软件的详细过程。全书分为基础篇和实战篇:基础篇介绍了汽车电子软件开发趋势,以及多核单片机和AUTOSAR的相关概念;实战篇介绍了利用 Vector工具链基于 AURIX单片机开发电机控制器的思路和步骤。本书在编写中,力求内容正确,所有的内容都经过相关专家审阅,并经作者测试,步骤清晰,配图丰富。本书适合具有一定嵌入式软件开发基础知识的读者,可作为高等院校本科生、研究生学习嵌入式软件开发的参考书,也可供汽车电子行业软件工程师学习和参考。图书在版编目(CIP)数据基于 AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发/朱元,陆科,吴志红著.一上海:同济大学出版社,2017.8ISBN978-7-5608-7134-9I.①基…Ⅱ.①朱…②陆…③吴…Ⅲ.①汽车电子系统一应用软件一高等学校一教材Ⅳ.①U463.6中国版本图书馆CIP数据核字(2017)第159351号基于 AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发朱元陆科吴志红著策划编辑赵泽毓责任编辑朱勇责任校对徐春莲封面设计陈益平出版发行同济大学出版社www.tongjipress.com.cn(地址:上海市四平路1239号邮编:200092电话:021-65985622)经销全国各地新华书店印刷常熟市大宏印刷有限公司开本787mm×1092mm1/16印张12.75字数318000版次2017年8月第1版2017年8月第1次印刷书号ISBN978-7-5608-7134-9定价56.00元本书若有印装质量问题,请向本社发行部调换版权所有侵权必究ForewordDear readersAUTOSAR is“ Today”,not“ Tomorrow”.Automotive OEMs, suppliers, semi-conductor manufacturers and providers for basic software andrelated tools contributed a lot of effort on AUTOSAR in the past years. The goal is to introduce anew development methodology, a new architecture and new functionalities to face the challenge ofthe increasing complexity of Automotive E8.E. I am glad that AUTOSAR grows step by step andis accepted by automotive industry more and more. AUTOSAR achieved success in Europe firstlyand then was recognized by USA and Japan. Now it is ChinaThe good thing is: now the engineers in Europe, USA, Japan and China are usingAUTOSAR or studying AUTOsaR because they know it will be useful tomorrow. Moreand more Chinese engineers want to know AUTOSAR in detailed and practically. The badthing is: the tremendous growth of functionality from AUTSOAR release 1.0 to 4.3 reflectsthe complex requirements of automotive electronics and their fast increase directly. The newtechnologies like Multi-core, Functional Safety, Ethernet and Security raise the entry levelof AUTOSAR. The beginners may feel confused and painfulI totally understand the importance of native language to ease the access to new technologies.So I really appreciate the work by Dr. Zhu Yuan, Dr. Wu Zhihong, Mr. Lu Ke and theirteam at CDHK Tongji University- Vector Automotive Technology Joint Laboratory. I amsure that the first Chinese AUtOsaR book written by Dr. Zhu Yuan, Dr. Wu ZhihongMr. Lu Ke and their team is great news for Chinese engineers and students. With the help ofthis book, readers will get the system overview of AUTOSaR and learn how to create anAUTOSAR project with OS, BSWM, ECUM and so on. In the same time, I also thankInfineon Technologies and Shanghai Dajun Technologies, Inc. for their great supportI wish all readers a lot of fun reading this book and a lot of success when implementing theAUTOSAR approach in their projects.Dr. Gunther HelingDirector for Embedded Software and SystemsVector Informatik gmbh前言为应对日益复杂的汽车电子软件开发、更新和维护的问题, AUTOSAR- AUTomotiveOpen System ARchitecture(汽车开放系统架构)联盟应运而生。在 AUTOSAR分层模型中,软件模块及软件模块之间的接口定义更加标准化,使得整车厂、供应商、科研机构之间可以方便地实现软件联合开发,为汽车工业的软件系统框架建立了一套开放的标准。与此同时,汽车电子控制单元对单片机的性能要求不断提高,车用32位多核处理器自2012年面世以来已逐渐广泛应用于汽车电子控制单元中。英飞凌科技和维克多( Vector)公司均为 AUTOSAR联盟的高级成员。英飞凌全新的32位多核架构单片机—— AURIX引领全球最先进的车用微处理器技术,满足现在及未来汽车安全和安防所需要的应用要求; Vector在汽车电子开发工具、嵌入式软件组件和技术服务等方面具有领先地位。在上海大郡动力控制技术有限公司及徐性怡总裁的支持下,恰逢在国家重点研发计划资助课题—“电机控制器功能安全”(2016YFB0100804)中编者选用了英飞凌 AURIX产品家族系列中的单片机(TC275)和 Vector公司 AUTOSAR软件产品及工具来开发电机控制器软件系统。基于上述课题的研发经历及软件设计成果编著此书,旨在国内推广和普及遵循AUTOSAR规范的软件开发技术。本书分为基础篇和实战篇。基础篇包含1~3章。第1章概述了当前汽车电子软件的开发特点和趋势;第2章对比了多核单片机和单核单片机的特点,分析了多核单片机的优势和软件开发中的挑战;第3章介绍了 AUTOSAR的概念和架构,详细介绍了 AUTOSAR的基础软件层、实时运行环境层和应用层。实战篇包含4~9章,主要讲述基于 AURIX和 AUTOSAR的新能源汽车电机控制器的开发。其中,第4章介绍了新能源汽车发展趋势和电机控制器的开发方法,分别从控制算法、硬件结构和软件架构方面进行讲述;第5章介绍使用 VectorDa vinci Developer开发电机控制器的软件架构,给出了配置SwC模块的实例;第6章介绍如何使用 Simulink进行应用层软件(例如控制算法)建模以及代码生成的相关内容;第7章介绍了使用 Vector Da Vinci Configurator Pro配置电机控制器的基础软件的详细步骤,包括CAN通信配置、MCAL配置以及其他基础软件模块配置等内容;第8章介绍了电机控制器算法的运行实体配置、 AUTOSAR多核OS设计和代码生成的相关内容;第9章介绍了软件代码的集成及其测试验证的相关内容本书由同济大学中德学院—维克多汽车技术联合实验室,同济大学一英飞凌汽车电子联合实验室编写。基础篇主要由朱元、吴志红编写,实战篇由朱元、陆科编写。全书由朱元组织统稿, Vector公司高路博士审阅本书编写过程中得到了英飞凌科技和 Vector公司的大力支持,编者在此特别对英飞凌科技(中国)有限公司的徐辉女士、 Dirk geiger先生、杜曦先生、张立红先生、徐晶女士、陈汉顺先生,维克多汽车技术(上海)有限公司高路博士表示衷心的感谢。同时真挚地感谢 Math Works公司杜建福博士百忙之中为本书6.1和6.2章节提供了素材,并亲自编写了部分初稿。最后感谢本实验室胡力兴、赵建宁、李清晨、罗梦、王磊、董涛、王惜嘉、顾尉松、李超、张翟辉、仇里森、牛佳辉、周东东、韩光江等同学的资料整理、录入工作本书适合具有一定嵌入式软件开发基础知识的读者,可作为高等院校本科生、研究生学习嵌入式软件开发的参考书,也可供汽车电子行业软件工程师学习和参考本书在编写过程中力求内容正确,书中所有的内容都经过英飞凌科技和 Vector专家审阅,也经过作者测试,并在科研项目中得到实际的应用。但由于我们的水平有限,编写时间紧张,缺点和错误之处在所难免,敬请读者指正。著者2017年5月于同济大学目目录Foreword前言基础篇第1章汽车电子的软件开发1.1汽车电子系统简介1.1.1概念33331.1.2分类1.1.3工作原理·,,1.1.4发展情况…………………………………………………………………………61.2汽车电子系统的开发…1.2.1汽车电子的组成部分:硬件和软件1.2.2硬件的开发方法1.2.3软件的开发方法…1.3基于 AUTOSAR自顶向下地开发电机控制器7881.4汽车电子系统的安全性第2章多核单片机在汽车电子系统中的应用…112.1单核单片机在汽车电子系统中的应用及局限性……………………………………112.2多核单片机在汽车电子系统中的优势和软件开发中的挑战112.2.1多核处理器的优势…112.2.2多核软件开发所面临的问题…………122.2.3 AUTOSAR规范的应用122.3英飞凌 AURIX单片机的特点介绍…132.3.1 AURIX系列单片机简介………132.3.2 AURIX的整体架构142.3.3 AURIX系列单片机特色模块介绍……………………15第3章 AUTOSAR理论基础233.1 AUTOSAR简介……………………………233.1.1目标………………………………………………………………………………………243.1.2、方法论263.2 AUTOSAR基础软件层283.2.1微控制器抽象层30基于 AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发3.2.2ECU抽象层………373.2.3服务层………………………………………………………………………………393.2.4 AUTOSAR操作系统483.2.5复杂驱动……………………………………………………………………563.3 AUTOSAR运行时环境3.4 AUTOSAR应用层Q3.4.1 AUTOSAR软件组件…………593.4.2 AUTOSAR通信……………………………………………………………………61实战篇第4章新能源汽车电机控制器654.1新能源汽车及发展趋势4.2电机控制器的开发………………………………………………………………………674.2.1控制算法…674.2.2硬件结构········,.:·····…………………………………………………………684.2.3软件框架第5章使用 Da vinci Developer开发电机控制器软件架构765.1 Vector相关工具链介绍………765.2 Da Vinci Developer简介775.3 Da vinci Developer入门785.3.1 Da vinci Developer安装方法5.3.2 Da Vinci Developer界面说明5.4使用 Da vinci Developer配置SWC……………………………………………875.4.1软件组件设计…875.4.2通信接口设计…895.4.3通信端口设计∴…………………………………………………95.4.4运行实体设计…………………………………………………………………………935.4.5函数间变量设计…95第6章使用 Simulink开发应用层………………………………………………………976.1 MATLAB/ Simulink和 Embedded coder工具链介绍………………………………976.1.1 MATLAB/ Simulink基于模型的设计工具6.1.2 Stateflow建模和仿真决策工具986.1.3 Embedded coder代码生成和优化工具……………………………………996.2开发符合 AUTOSAR规范的应用层………………………………………1006.2.1 AUTOSAR客户端、服务器1006.2.2 AUTOSAR标定参数…1036.2.3 AUTOSAR组件行为105