利用多目標(biāo)建模技術(shù)降低ECU軟件成本

　　多目標(biāo)建模是一種電子控制單元(ECU)開發(fā)技術(shù)，它采用了基于模型的設(shè)計方法和自動嵌入式代碼生成技術(shù)。利用多目標(biāo)建模技術(shù)可以為各種嵌入式DSP、微處理器和微控制器建立算術(shù)模型，并實現(xiàn)代碼的自動生成。軟件開發(fā)人員也因此可以節(jié)省許多時間和精力，因為他們不再需要為每個嵌入式目標(biāo)器件編寫、測試和重編代碼。 

　　在這方面，Visteon公司正在使用多目標(biāo)建模技術(shù)開發(fā)動力控制系統(tǒng)。他們的方法以數(shù)據(jù)字典的創(chuàng)建為基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)字典用來控制模型仿真和嵌入式代碼生成時使用的數(shù)據(jù)類型。利用這種方法可以仿真設(shè)計思路，并根據(jù)各種嵌入式處理器選項試驗各種處理器的算法功能。仿真環(huán)境有助于設(shè)計師在軟件實現(xiàn)前就確定數(shù)據(jù)分辨率和量化對系統(tǒng)性能的影響。一旦選好了合適的嵌入式處理器，代碼就能自動生成和創(chuàng)建，并被集成進(jìn)產(chǎn)品ECU。仿真和代碼生成環(huán)境由MathWorks公司的Simulink及Real-Time Workshop Embedded Coder提供。本文將介紹使用多目標(biāo)建模方法開發(fā)動力ECU的技術(shù)、工具以及因此帶來的好處。 

　　人工的多目標(biāo)實現(xiàn)方法 

　　支持各種硬件架構(gòu)的傳統(tǒng)方法是人工開發(fā)代碼。這些代碼接口方便，并且很容易從一種架構(gòu)改成另一種架構(gòu)。這種方法的挑戰(zhàn)是，工程師很難將他們的浮點算法轉(zhuǎn)換成定點設(shè)計。轉(zhuǎn)換過程要求提供各種變量和參數(shù)的換算系數(shù)和其它定點信息。另外，也很難創(chuàng)建和維持這樣一種軟件層，它能以一種易用的方式提供高層算法和定點軟件實現(xiàn)之間的足夠的抽象(abstraction）。

　　從浮點到定點架構(gòu)的軟件設(shè)計和接口會給開發(fā)過程帶來其它問題，包括：

　　1. 建立換算信息要花很長時間；

　　2. 測試定點上溢和下溢是一件很繁瑣的工作。每次數(shù)學(xué)運算都要求用最小和最大值進(jìn)行分析和測試，才能滿足上溢和下溢檢查的需求；

　　3. 人工設(shè)計和編碼技術(shù)很容易出錯。

　　基于模型的多目標(biāo)實現(xiàn)方法

　　在20世紀(jì)90年代，Visteon公司開始研究模型和自動代碼生成在動力傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用。調(diào)查結(jié)果使Visteon公司決定從人工開發(fā)方法轉(zhuǎn)向模型設(shè)計方法。這種方法的轉(zhuǎn)換在過去六年中一直在進(jìn)行，因為已有的手工編碼生產(chǎn)模塊需要根據(jù)要求逐步轉(zhuǎn)換成Simulink模型。在這段時間內(nèi)也引入了Real-Time Workshop Embedded Coder的自動代碼生成功能。該功能已在產(chǎn)品ECU實現(xiàn)中用來從模型中自動產(chǎn)生代碼。

　　目前模型設(shè)計方法已在汽車產(chǎn)業(yè)中得到廣泛使用，使用建模、仿真和自動代碼生成的好處也已眾所周知。Visteon公司建立了完整的建模環(huán)境，可以幫助設(shè)計師使用多目標(biāo)、自動代碼生成方法快速部署不同的硬件架構(gòu)。該方法需要利用外部數(shù)據(jù)字典來約束從模型架構(gòu)生成的代碼的格式和結(jié)構(gòu)。

　　模型設(shè)計環(huán)境

　　多目標(biāo)模型與數(shù)據(jù)類型無關(guān)。最初模型使用的數(shù)據(jù)類型是主機執(zhí)行仿真時可用的最大字長度(例如雙精度實數(shù))。這樣就提供了被建議算法的理想行為。如果行為能令人滿意，就可以再增加特定的目標(biāo)實現(xiàn)，使模型適合產(chǎn)品ECU的要求。

　　為了使模型符合特定目標(biāo)要求，需要將數(shù)據(jù)字典和特定硬件信息裝載進(jìn)MATLAB工作區(qū)。同時提供數(shù)據(jù)字典和基準(zhǔn)通用模型的鏈接機制。自動化換算工具可以使轉(zhuǎn)換和驗證過程更加便利。自動化代碼生成就是將定點設(shè)計翻譯成產(chǎn)品代碼的過程。接著Visteon公司工程師將軟硬件組件集成進(jìn)最終的產(chǎn)品ECU中，以便今后進(jìn)一步的驗證和確認(rèn)操作。

　　圖1給出了Visteon公司動力系統(tǒng)使用的通用模型架構(gòu)，并說明了如何使用多個數(shù)據(jù)字典實現(xiàn)特定目標(biāo)細(xì)節(jié)。

                                 圖1：Visteon公司動力系統(tǒng)的多目標(biāo)建模架構(gòu)。

　　一旦行為令人滿意，通用模型就被納入Visteon公司的配置管理系統(tǒng)中，并作為動力算法庫中的一個組件放置在知識架上。工程師可以隨時通過復(fù)用存儲在算法庫中的模型組件創(chuàng)建新的算法。

　　模型設(shè)計工具

　　Simulink公司通過使用信號和參數(shù)數(shù)據(jù)對象支持面向數(shù)據(jù)字典的數(shù)據(jù)規(guī)范。可以利用加載進(jìn)MATLAB工作區(qū)的外部數(shù)據(jù)字典確定數(shù)據(jù)對象。一旦開始仿真或代碼生成，Simulink或Real-Time Workshop Embedded Coder就開始檢查模型中已被命名的信號或參數(shù)在工作區(qū)中是否有對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象。如果工作區(qū)中存在對象，就可以在仿真和代碼生成過程中使用數(shù)據(jù)對象的屬性。