一汽研发动力总成电子控制器嵌入式软件平台.docx

本文首先介绍了一汽在汽车电子业务领域的技术和经验，并结合国内外汽车电子技术的发展趋势，对一汽汽车电子控制器嵌入式软件平台进行了定义。同时，针对动力总成应用领域，分析了研发该嵌入式软件平台的关键技术。最后，针对国内外汽车电子标准化的趋势，兼顾国内汽车电子产业发展现状，提出了在国内建立“中国汽车电子软件平台和架构联盟(China Automotive-electronic Soft-ware Platform and ARchitecture Alliance，CASPAR)”的构想，希望通过“联盟”促进和发展中国的汽车电子产业。 1引言 2008年下半年，国家公布对商用车实施国3排放标准，这标志着中国汽车业正式步入全面的“汽车电子”时代。 一汽是国内较早从事汽车电子开发的整车厂，早在上个世纪80年代初期，通过承担国家级课题，就已开始了对汽油机管理系统进行预研开发的工作；上个世纪90年代中期，开展了柴油机喷射系统的研制工作；进入2003年，一汽与国内高校院所联合进行了国家“863”重大软件专项课题的攻关，并完成了“支持汽车电子的嵌入式软件平台”等多项课题，这标志着经历多年技术积累的一汽正式建立起“汽车电子”自主研发的能力。 一汽已经形成了具有自身特色的汽车电子研发体系，成立了专门从事汽车电子产品研发和应用的“汽车电子部”，拥有具有丰富国际合作经验的人才队伍(一线研发工程师220名，其中博士15 人，硕士82人)；在电控系统研发的组织能力成熟度已达到了CMMI 3级；2008年一汽的“汽车电子开发业务”成功地通过了ISO 9001：2000质量管理体系认证，同年底，一汽成功加入AUTOSAR组织，这为一汽进行AUTOSAR规范的研究和利用打下了良好的基础。目前，一汽已取得了汽车电子相关专利33项，软件著作版权11项。2006年，一汽自主研发的单体泵电控系统正式投产。2008年，一汽完成卡车AMT电控系统的投放。 一汽在多年汽车电子研发过程中，结合重大项目的国际、国内合作经验，分析并总结了汽车电子产业链模式的发展历程。汽车电子产业链经历了三个重要发展阶段(见表1)。 目前，国际汽车电子产业链正在或已经向“资源集成模式”发展。由于国内汽车电子产业链体系还不健全，国内汽车电子供应商的能力与国际供应商存在一定差距。目前，国内一部分OEM具备一定的自主开发能力，但还有一部分OEM的汽车电子系统仅限于匹配、应用的层面。这导致国内OEM汽车电子系统成本居高不下，整车新特性的研发受到国际垄断供应商的制约。目前，国内一部分OEM在汽车电子领域仍处于“资源垄断模式”，这部分OEM越来越像汽车产品的“代工”制造基地。这已成为中国汽车电子发展过程中一个不可回避的现实问题。 可以说，如今，谁掌握了汽车电子的核心能力，谁就将掌握未来汽车产品的核心竞争力。原因主要在于：电子系统及其软件占整车成本比重逐渐增大，目前已达到2540；另外，汽车技术创新的90以上都与电子有关，而其中的 80是软件带来的；汽车“品牌损失”的70直接与电子器件出错有关，OEM的保修成本已占据了汽车利润的13等。 在大约15年前，国外(尤其是欧洲)汽车OEM已经意识到汽车电子的重要性，并试图从技术和开发方法上着手解决。其中包括从1993年开始的、并一度左右国际汽车电子发展的OSEKVDX标准化组织，以及2003年由欧洲主要的OEM、1级供应商、汽车电子半导体供应商和工具供应商联合发起的Autosar组织。目前，Autosar已发展成为全球性的汽车电子标准化运动规范制订及其实践。由此，可以总结出一条中国汽车电子产业进一步发展的有效途径与国际标准化技术接轨，走“资源集成模式”。 2一汽动力总成嵌入式软件平台定义 汽车电子技术的要义在于正确理解“机械、电子一体化技术”的深刻内涵，而汽车电子ECU软件是这一综合技术的核心之一。图1描述了“软件标准化技术”给汽车电子ECU的开发带来的重大影响。按照ECU 分层结构，可以将ECU软件分成三个层次：硬件、基础软件和应用软件。汽车电子全球标准化着力解决的是ECU基础软件的标准化，即目前Autosar技术重点解决的领域。这一技术的开发及其实施需要ECU硬件、开发工具的相应支撑。 汽车电子全球标准化给我国汽车电子发展带来了实现技术跳跃式发展的宝贵机遇。一汽正是看到了这个现实，并结合自身在汽车电子领域的多年技术积累，制订了一汽“汽车电子控制器嵌入式软件平台”的发展目标，即建立 ECU嵌入式软件平台，实现对不同应用领域(例如动力总成应用、发动机控制应用、车身控制应用等)ECU开发的技术支撑，达到ECU开发共同平台的发展目标(见图2)。 目前一汽的汽车电子控制器嵌入式软件平台包括八个主要组件：实时操作系统RTOS、应用程序编程接口(API)、标定组件、通信组件、诊断组件、BootLoader组件、应用领域专用平台组件以及应用层软件(从嵌入式软件平台角度出发，主要指应用层接口部分的设计)。 该软件平台主要包含四个方面的工作内容： 平台通用组件的研发：主要是指标定组件、通信组件、诊断组件、BootLoader组件等标准平台组件的开发； 平台专用组件的研发：包括两方面内容即与ECU硬件相关的API组件的研发以及支持特定应用领域组件库的研发； 平台组件的集成：指围绕RTOS的ECU系统软件框架的设计以及平台组件的集成； 系统的集成与应用：主要是指集成后的嵌入式软件平台与特定应用领域的应用层软件的集成和应用。 这个软件平台框架具有良好的扩展性，在技术上做到了与国际接轨，同时又包含了一汽自身的特点。此外，平台框架还包括嵌入式软件平台的支撑技术，例如开发模型和开发流程、开发工具链等。 一汽定义的汽车电子控制器嵌入式软件平台将率先在应用领域中进行产品化应用。通过实践、完善、丰富该平台，使之成为支撑一汽汽车电子可持续发展的基础性平台。 3一汽动力总成嵌入式软件平台开发 按照当前国际标准化发展趋势，以及国际主流汽车电子基础软件开发技术的现状，一汽制订了“汽车电子控制器基础软件平台”的设计原则，具体如下： 实时操作系统OSEK OSAUTOSAR OS API采用Autosar标准接口 基于高速CAN总线，支持CCPXCP协议的标定系统 商用车采用SAE J1939标准，乘用车采用一汽企业标准 诊断应用功能采用ISO 14229-1协议 BootLoader基于UDS协议，具有加载、固化、升级、安全访问等特性 采用资源库方式，面向应用领域研发 应用层软件采用螺旋模型、V模型技术进行产品开发，通过CMMI过程域进行管理 3.1平台通用组件的研发 此部分的主要研发内容包括标定组件及工具、通信组件及应用、诊断组件及工具、BootLoader组件及工具。 标定组件及工具的研发：与标定组件有关的关键技术包括具有标准接口的驱动模块、支持标定组件的通信协议栈、ECU内部标定数据优化存储、标定数据安全访问等；与标定组件工具软件有关的关键技术有通用测量与标定功能、ECU分时标定、标定系统数据管理、标定系统传输网关等。 通信组件及应用：与通信组件有关的关键技术包括通信驱动软件、通信接口、传输层和网络管理、SAE J1939应用层协议栈等；与通信组件的应用有关的关键技术包括网络拓扑结构研究、网络拓扑结构评测算法研究、应用层协议栈测试和优化算法、动力总成网络通讯故障处理和诊断等。 诊断组件及工具涉及的关键技术：兼容国际诊断协议的一汽企标、下线和诊断设备终端通信协议栈、诊断工具终端软件组件(诊断仪)、生产下线检测设备等。 BootLoader组件及工具：与BootLoader组件有关的技术包括通信接口和命令处理、故障处理、ECU自检、数据管理等；与组件工具软件设计有关的关键技术包括用户权限管理、图形用户接口、命令处理、通信接口、数据管理和校验等。 3.2平台专用组件的研发 如前所述，此部分内容主要包括两方面，即与ECU硬件相关的API组件的研发以及支持特定应用领域的组件库的研发。 与ECU硬件相关的API组件的研发涉及的关键技术包括：API分层和模块化设计、API及其ECU层封装的接口标准化、API移植和重用、API自动化测试等。 支持特定应用领域的组件库的研发，其主要方式是采用资源库的方法。这有利于丰富资产库，便于OEM降低新项目的研发成本。目前一汽将着重于动力总成及其相关应用领域的支撑组件库的研发。例如：支持发动机电控系统的平台组件库，包括正时控制库、信号处理算法库、专用芯片复杂驱动等；支持动力总成电控系统的平台组件库，包括换挡协调控制、比例电磁阀复杂驱动等。 3.3平台组件的集成 嵌入式软件平台实用化的关键在于平台组件的集成。这部分内容包括ECU系统软件框架设计、平台软件的集成策略和方法、嵌入式软件平台的整体测试和验证。 其集成过程可描述如下：首先，针对系统需求进行OS配置和系统任务调度设计，完成ECU系统软件框架的设计；之后，围绕RTOS，完成平台通用组件、专用组件的集成，形成可用的嵌入式软件平台。 按照开发阶段的不同，采用不同的测试方法(包括实验室仿真测试、HIL测试、半车试验台功能验证)对嵌入式软件平台及其组件的功能、性能进行测试和验证。 3.4系统的集成与应用 此过程主要是指集成后的嵌入式软件平台与特定应用领域的应用层软件的集成和应用，主要内容包括ECU应用层软件的研发、支持ECU应用层的通用库和专用库的研发，以及ECU应用层软件与嵌入式软件平台的集成、测试和验证。 ECU应用层软件的研发主要是针对具体应用对象，例如发动机控制、动力总成控制等的控制策略和算法及其软件化技术进行研究，其本身并不属于嵌入式软件平台的研究范畴，但它是嵌入式软件平台体现其价值的“载体”。 支持ECU应用层的通用库和专用库的研发也是采用资源库的方法进行。目前，一汽支持ECU应用层的通用库和专用库主要是面向动力总成、发动机控制等的应用领域的开发。 ECU 应用层软件与嵌入式软件平台的集成主要是指将ECU应用层软件“落”到嵌入式软件平台的ECU系统框架中，完成整个ECU系统软件集成过程。ECU应用层软件的测试和验证将采用ECU应用层的开发方法，例如采用基于模型自动代码生成基于模型的MIL、SIL和HIL测试半车和整车试验进行实施。这一方法已在一汽多个项目中广泛采用，此过程不属于嵌入式软件平台的研究范畴，但嵌入式软件平台将关注与其密切相关的ECU应用层软件接口标准化的设计技术。 4中国汽车电子嵌入式软件标准化 4.1一汽嵌入式软件平台的实现策略 作为OEM，要建立一个能够支撑不同应用领域的嵌入式软件平台，需要花费的努力之大是不言而喻的。因此，OEM必须对自己的现状和能力有正确的认识，采取“有所为、有所不为”的策略来实现。表2给出了一汽汽车电子控制器嵌入式软件平台的实现模式。 按照是否涉及知识产权，可将ECU内的软件分成两大类：“非竞争领域”软件平台通用组件、RTOS、MCAL等；“竞争领域”软件应用相关组件、EAL等。 对于“非竞争领域”软件，其实现原则是：在保证OEM集成的灵活性前提下，采用定制商业化解决方案来实现，并将重点放在软件的应用、集成和测试方面。这样做可以使基础软件供应商分担软件开发风险，同时提高开发效率和软件可靠性。 对于“竞争领域”软件，其实现原则是：由一汽独立或主导进行开发。这样做有利于组织过程资产积累、提高ECU产品竞争力、掌握整车EE系统集成核心能力。 4.2中国汽车电子软件平台和架构联盟 构想汽车电子控制器嵌入式软件的平台化意义重大。其原因在于：平台中的基础软件与具体的应用对象相对独立，重用性、互换性和移植性更好，平台化后的基础软件可以在不同ECU产品之间、不同项目之间共享，从而极大降低产品的开发成本，并缩短产品研发周期，提高产品的可靠性；另一个主要原因是平台中的基础软件并不涉及OEM的竞争领域的技术内容，更容易通过社会分工和合作的方式，实现其在行业内不同OEM之间(包括国内、国外)实现共享和互利。 国际Autosar组织从2003年成立至今，会员已发展到140多个企业，这些企业涵盖了当今世界比较重要的汽车OEM、系统供应商等。Autosar制订的规范内容丰富，包括了ECU的开发方法、设计标准和开发工具等，可以说代表了未来国际汽车电子产业发展的一个技术趋势。 2004年，日本丰田、日产、本田、电装、丰通电子等成立了JasPar标准化组织，其目的是“减少技术开发成本，同时促进技术发展”，“鼓励日企在非竞争技术领域合作，例如车辆LAN技术、中间件和软件平台。”目前会员覆盖了整个日本国内汽车电子相关企业达到120多家(包括跨国集团在日本成立的分公司)。 JasPar组织的另一个主要目的是