ECU虚拟化：探索之旅

大多数ECU都遵循由AUTOSAR建立的明确定义的架构（请参阅图1），该架构是由汽车制造商、供应商和其他利益相关者共同开发的标准化软件架构。该架构为现代车辆软件的开发、集成和管理提供了一个通用平台。AUTOSAR旨在通过定义软件架构、应用接口和通信协议的标准化框架来解决汽车电子系统日益复杂的问题。

这种开放和标准化的方法支持来自不同供应商的不同汽车软件组件无缝协作，从而促进互操作性和可扩展性。AUTOSAR促进了软件模块的可重用性，使汽车公司更容易开发和维护不同车型和电子控制单元的软件。该方法将提高开发流程的效率、缩短上市时间并提高汽车行业的整体系统可靠性。

^{图1： AUTOSAR ECU分层架构}

如图1所示，AUTOSAR架构由四层组成，赋予ECU各种功能。在ECU仿真中利用这种架构有助于功能的早期验证，无需等待物理ECU，从而加快了测试过程。

为了更好地理解每一层背后的目的，我们将逐一对AUTOSAR经典平台架构每一层的终极任务展开深入探讨。

1. 应用层：
   • 通过代码实现上层应用程序。
   • 根据需要组织软件组件(SWC)以实现指定功能。
   • 实现与SWC关联的标准化接口，从而开发汽车应用程序。
   • 通过定义明确的端口促进组件之间的通信，从而实现与AUTOSAR基础软件层的交互。
   • 触发SWC内真实实现的循环或基于事件的执行，涉及数据接收等可运行实体。
2. 运行时环境层：
   • 充当中间件层。
   • 为AUTOSAR SWC和包含AUTOSAR传感器/执行器部件的应用提供通信服务。
   • 使SWC独立于特定的ECU映射。
   • 为每个ECU和应用实现功能专业化。
   • 确保AUTOSAR软件组件的自主性，并且提高组件灵活性和可移植性。
3. 基础软件(BSW)配置层：
   • ECU抽象层：
     1. 用于外设访问的微控制器抽象层(MCAL)接口。
     2. 为微控制器单元(MCU)交互建立API，确保其独立于ECU硬件。
     3. 在依赖ECU硬件的同时，实现了对MCU的独立安装。
   • 复杂的驱动程序：
     1. 处理复杂的函数（例如，注入控制）。
     2. 直接访问MCU以满足指定定时要求。
     3. 按照AUTOSAR安装标准化接口。
   • 微控制器抽象层：
     1. 直接访问片上MCU外设和外部设备。
     2. 确保上层软件独立于MCU规范。
     3. 建立不受标准化MCU规范影响的接口。
4. 微控制器层：
   • 作为软件层和微控制器硬件外设之间通信的接口。

在对这些层进行更详细的研究后，显而易见的是，封装ECU的核心功能的应用层起到了关键作用。利用该层中的代码可精确仿真vECU。

要实现vECU的精确仿真，必须采取结构化方法（请参阅图2）。因此，执行以下关键步骤可实现目标。

1. 应用程序建模： 首先创建一个功能全面的模型，该模型使用MathWorks® MATLAB®软件和Simulink®软件准确地表示ECU的功能。
2. 应用程序编写： 将ECU中的各种I/O信号精确地映射到AUTOSAR组件。该映射可通过MATLAB软件、Simulink软件或ISOLAR-A*等工具完成。
3. 配置基础软件： 复制控制ECU操作的基础软件组件。该任务可在ISOLAR-B*的协助下完成。
4. 创建虚拟ECU： 使用Synopsys软件(Silver)与配置文件开始ECU虚拟化过程。
5. 仿真虚拟ECU： 将NI VeriStand软件与NI HIL实时测试平台相结合，根据所需信号类型重新配置I/O端口，从而创建有效的仿真。该功能使我们能够根据精确的客户规范仿真vECU。用户只需单击按钮，即可在仿真ECU之间实现无缝转换。

^* ISOLAR-A和ISOLAR-B指ETAS推出的用于开发汽车ECU嵌入式软件的软件工具。这些工具有助于创建符合AUTOSAR标准的软件，通过实现架构标准化从而提高可扩展性和互操作性。如需获取最新详细信息，请查阅ETAS官方文档或直接与其联系。

下图总结了ECU虚拟化的推荐流程。为了引导您完成每个步骤，我们以粗体突出显示了NI推荐的工具。此外，每个步骤都列出了其他广泛使用的工具，相应的过程也可以使用这些工具。这种结构化方法旨在提高清晰度，有助于在实施ECU虚拟化时做出明智的决策。

^{图2： 虚拟验证流程}

因此，通过遵循这些定义明确的步骤，可高效仿真车辆ECU行为，为汽车开发和测试提供强大的工具，并使测试环节能够更早地介入整个流程。

• 开发灵活的汽车HIL系统
• 了解HIL和嵌入式软件测试

[1] https://www.synopsys.com/verification/virtual-prototyping/silver.html

[2] https://www.autosar.org/standards/classic-platform