汽车嵌入式系统开发方法、体系架构和流程.doc

文章编号：0253-374X(2012)07- DOI: 3969/-
汽车嵌入式系统开发方法、辆电子控制应用中，嵌入式系统是控制系统实现的最基本形式。从20世纪80年代，现场总线通信技术被引入到车辆的电子控制中，基于总线通信的、以微控制器为基本节点的分布式控制系统将车载嵌入式控制应用推向了更高的阶段，导致了系统控制器多层次化结构，使系统对少数个别量的操作变为对群量的操作并产生了控制器之间复杂的互操作。同时，嵌入式系统的开发重点也从对单个控制器的实现演变成了对一个分布式网络系统的实现，其实现的复杂性显著提高。
上市时间短、单体成本敏感、长时间使用、应用环境复杂是汽车嵌入式系统区别于一般应用的重要特征。由此也带来了开发方法、体系架构和开发流程的复杂性与特殊性。因此，对于汽车嵌入式系统开发的组织者和工程师而言，对开发方法、体系架构和开发流程的理解至关重要。
本文分别从基于模型的开发方法、基于AUTOSAR(automotive open system architecture)的体系架构和基于V模式的开发流程３个方面展开讨论，介绍了现代汽车嵌入式系统开发的最新技术体系。
1 汽车电子系统与嵌入式系统的内涵
按照对汽车行驶性能作用的影响，可以把汽车电子产品归纳为２类[1]：一类是汽车电子控制装置，即所谓“机电结合”的汽车电子装置
，典型系统如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、加速防滑控制、牵引力控制系统等。可以认为，第１类电子系统的关键词是“控制”。另一类是车载汽车电子装置，车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它们包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等，第２类电子系统的关键词是“信息”。
对于第１类系统，电子与机械系统的关系如图1a所示，其中，电子系统又分为传感器、执行器和嵌入式控制器。而对于第２类系统，其结构如图1b所示。图中ECU为电子控制单元（electronic control unit）。
a汽车电子控制系统
b汽车电子信息系统
图1 汽车电子系统
Electronic systems for vehicles
由图1可见，汽车电子的核心是由微控制器、其外围电路及相关软件构成的ECU，即汽车嵌入式系统（Automotive Embedded System，AES）。嵌入式系统是由硬件和软件两部分组成，硬件通常包含嵌入式微处理器、存储器和外围接口电路，软件主要由引导程序、驱动程序、操作系统和应用程序等部分组成。整个系统通常被嵌入在被控对象内部，并通过１个或者多个网络连接起来，对来自外部和内部的信号进行响应，从而形成一个复杂的反应式控制系统。
2AES开发的特点及发展趋势

汽车中被控制对象及其控制执行器件常常是耦合了物理学、机械学、电工学、动力学、流体力学、热力学甚至电化学问题的综合体。对它们的理解所需要的知识结构从学科跨度来讲要大大突破电子与控制专业的局限。同时也对建模理论的发展以及建模仿真工具的进步提出了更高的要求。另外，由于特殊的使用方式，对于汽车嵌入式