基于Simulink的OSEK嵌入式軟件開發(fā)方法

摘要 近年來，V型開發(fā)模式在汽車電子開發(fā)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，同時Matlab／Simulink及OSEK實時操作系統(tǒng)規(guī)范已成為標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)平臺，文章通過引入新的理念和方法將兩者相結(jié)合。首先從分析軟件的架構(gòu)入手，介紹了Simulink模型中的任務(wù)識別、定時機制、基于μC／OS―II的OSEK順應(yīng)性開發(fā)，以及在Matlab環(huán)境下如何創(chuàng)建自定義的驅(qū)動庫等，最后通過應(yīng)用實例驗證了該開發(fā)方法的可行性。
關(guān)鍵詞 嵌入式軟件開發(fā)代碼自動生成 Matlab／Simulink OSEK μC／OS－II

引 言
現(xiàn)在V型開發(fā)模式已成為使用最廣的汽車軟件開發(fā)流程標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)流程得到許多工具的支撐，有來自Mathworks的工具，如用于功能開發(fā)和仿真的Matlab／Simulink／Stateflow，用于自動代碼生成的Real―TimeWorkshop，以及來自dSpace的工具。硬件有用于快速控制原型開發(fā)的AutoBox和用于硬件在環(huán)測試的模塊，軟件有產(chǎn)品級代碼生成器TargetLink。它們在加快開發(fā)周期的同時，也提高了代碼的可靠性。
平臺軟件方面，OSEK OS是廣泛應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域的嵌入式操作系統(tǒng)(RTOS)規(guī)范。它定義了一些基本的系統(tǒng)服務(wù)，比如任務(wù)處理、中斷服務(wù)程序(ISR)處理、資源管理、事件處理以及報警服務(wù)等。
由上可知，將Matlab／Simulink的建模和仿真環(huán)境在代碼生成階段與OSEK OS規(guī)范相結(jié)合，將極大地方便開發(fā)。這方面Matlab已有針對OSEK／VDX的嵌入式對象模塊，TargetLink也實現(xiàn)了部分結(jié)合，但兩者都局限于特定的硬件，不能應(yīng)用于不同的控制器和實時操作系統(tǒng)。

1 嵌入式軟件開發(fā)理念
符合基于模型的開發(fā)和OSEK規(guī)范的軟件架構(gòu)如圖1所示。以英飛凌XC164系列單片機為例，硬件層的核心部件由RTOS提供的系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行管理，外設(shè)部件由相應(yīng)的驅(qū)動程序驅(qū)動。

中間層(軟件運行環(huán)境)包括兩部分，操作系統(tǒng)和硬件驅(qū)動。操作系統(tǒng)采用順應(yīng)OSEK規(guī)范的μC／OS－II(見3．1)，硬件外設(shè)驅(qū)動開發(fā)在后面作介紹。
應(yīng)用程序指的是與硬件無關(guān)的軟件，含控制算法和中斷服務(wù)程序(ISR)。控制算法完成控制任務(wù)，形式一般為Simulink模型。該模型可以和被控對象模型一起在閉環(huán)狀態(tài)下完成功能仿真，同時也可以在代碼生成階段與硬件驅(qū)動以及操作系統(tǒng)API一起生成可在目標(biāo)硬件上運行的程序。這里ISR可以有兩種類型，可以是手寫的C代碼，也可以是Simulink模型中的觸發(fā)子系統(tǒng)。在該子系統(tǒng)中的觸發(fā)源是圖1中所示的硬件層外設(shè)。

2 MATLAB環(huán)境下代碼生成流程
實時工作空間(Real－Time Workshop，RTW)代碼生成流程包含下面幾部分。
①仿真和模型文件(model．mdl)。通過手動添加C語言S函數(shù)可以擴展Simulink模型庫。
②中間描述文件(model．rtw)。該文件描述了模型中系統(tǒng)和各模塊以及它們之間的聯(lián)系，可以看作是模型文件的分層式的描述庫文件。
③目標(biāo)語言編譯器(TLC)文件。目標(biāo)語言編譯器讀取model．rtw文件中的信息，將模型最終轉(zhuǎn)化成源代碼。
TLC文件有兩種形式，系統(tǒng)TLC文件和模塊TLC文件。前者控制整個模型的代碼生成，比如可以指定模型生成C語言源代碼，而后者僅針對對應(yīng)的模塊。對每個手動添加的C語言S函數(shù)對象，必須有對應(yīng)的模塊TLC文件，才可用于代碼生成。
④生成的源代碼。圖2中列舉了生成的主要源代碼，其中model．c是model．mdl對應(yīng)生成的算法源代碼。