ECU 虛擬化：發展過程

大多數的 ECU 均遵循 AUTOSAR 所建立的明確定義架構 (如圖 1 所示)，這是一種由汽車製造商、供應商與其他相關人員共同開發的標準化軟體架構。該架構是現代車輛開發及整合的通用平台，也用於管理相關軟體。AUTOSAR 旨在針對軟體架構、應用介面與通訊協定定義標準化架構以因應日趨複雜的汽車電子系統。

這類開放的標準化方法能支援不同供應商出產的不同汽車軟體元件，強化其互通性與擴充能力，保持協調並流暢無礙的運作。AUTOSAR 提倡重複運用軟體模組，讓汽車公司更容易開發及維護不同車款與電子控制器一體適用的軟體。這樣一來即可提高開發程序的效率、縮短上市時間並提升汽車產業的整體系統穩定性。

^{圖 1： AUTOSAR ECU 分層架構}

如圖 1 所示，AUTOSAR 架構共分四層，能支援 ECU 發揮不同的功能。ECU 模擬作業運用這個架構有助於及早驗證各項功能，不必等待實體 ECU，因此能加快測試流程進行速度。

為深入了解每一層的用途，接下來就深入探討四層 AUTOSAR Classic 平台架構分別發揮的終極作用。

1. 應用層：
   • 執行最上層應用程式碼。
   • 根據需要整理軟體元件 (SWC)，讓元件能夠發揮具體功能。
   • 執行與 SWC 相關的標準化介面，用於開發汽車用途。
   • 透過結構明確的連接埠促進元件之間的通訊，支援與 AUTOSAR 基本軟體層進行互動。
   • 觸發週期性或遇事件執行 SWC 內部的實際建置，牽涉到諸如資料接收之類的可執行實體。
2. Run-Time 環境層：
   • 作用是中介軟體層。
   • 以 AUTOSAR 感測器/致動器零件提供 AUTOSAR SWC 與應用程式所需的通訊服務。
   • 讓 SWC 能夠獨立於特定的 ECU 對應。
   • 針對各種 ECU 與用途提供專屬功能。
   • 讓 AUTOSAR 軟體元件確實能夠獨立運作，從而加強彈性與流通性。
3. 基本軟體 (BSW) 設定層：
   • ECU 抽象層：
     1. 與微控制器抽象層 (MCAL) 介接，用於存取週邊裝置。
     2. 建立適用於微控制器組件 (MCU) 互動的 API，使其確實不受 ECU 硬體影響。
     3. 安裝作業能與 MCU 分開，但仍然使用 ECU 硬體。
   • 進階驅動程式：
     1. 能處理複變數函數 (如噴射控制)。
     2. 直接存取 MCU，用於因應特殊的時序需求。
     3. 能根據 AUTOSAR 安裝標準化介面。
   • 微控制器抽象層：
     1. 直接存取單晶片 MCU 週邊裝置和外接裝置。
     2. 讓上層軟體確實不受 MCU 規格影響。
     3. 建立不受標準化 MCU 規格影響的介面。
4. 微控制器層：
   • 能發揮介面作用，支援軟體層與微控制器硬體週邊裝置之間進行通訊。

深入了解這幾層之後就會發現，應用層會封裝 ECU 的核心功能，其作用相當重要。在這一層中運用程式碼發揮槓桿作用就能準確模擬 vECU。

若要準確模擬 vECU，必須採用結構法 (見圖 2)。因此，只要執行下列關鍵步驟就能達成目標。

1. 應用建模： 首先使用 MathWorks® MATLAB® 軟體與 Simulink® 軟體建立完整的模型，忠實呈現 ECU 的功能。
2. 應用授權： 將出現在 ECU 中的多種 I/O 訊號精確對應於 AUTOSAR 元件。運用 MATLAB 軟體、Simulink 軟體或 ISOLAR-A* 之類的工具就能完成這項對應作業。
3. 基本軟體設定： 複製控制 ECU 運作不可或缺的基本軟體元件。可以使用 ISOLAR-B* 完成這項作業。
4. 建置虛擬 ECU： 透過 Synopsys Software (Silver) 設定檔開始進行 ECU 虛擬化流程。
5. 模擬虛擬 ECU： 使用 NI VeriStand 軟體結合 NI HIL 即時測試平台，就能根據所需的訊號類型重新設定 I/O 連接埠，完成成效良好的模擬作業。這項功能可以支援我們按照客戶的具體規格精準模擬 vECU。使用者只要按一下按鈕就能隨意切換不同的模擬 ECU，各種 vECU 的轉換十分流暢。

^* ISOLAR-A 與 ISOLAR-B 是指 ETAS 的軟體工具，適用於開發汽車 ECU 所用的嵌入式軟體。這兩項工具有助於建立符合 AUTOSAR 規格的軟體、進行架構標準化，能夠提升擴充性與互通性。如需最新詳細資訊，請參閱 ETAS 官方說明文件或直接與 ETAS 聯絡。

下方圖表總結 ECU 虛擬化建議流程。為了引導您完成每個步驟，我們以粗體標出 NI 推薦使用的工具。此外，每個步驟一律列舉同樣適用於各項流程的其他通用工具。執行 ECU 虛擬化作業時，這種結構化方法的目標是要提高清晰度，協助使用者做出明智的決策。

^{圖 2： 虛擬驗證流程}

因此，只要遵循這些定義明確的步驟就能確實而有效率地模擬任何車輛 ECU 行為、提供強大地汽車開發與測試工具，既能節省時間，也能在測試流程中提早進行測試。

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

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