基于Simulink的OSEK嵌入式软件开发方法毕业设计.docVIP

　　摘要 近年来，V型开发模式在汽车电子开发领域得以广泛应用，同时Matlab／Simulink及OSEK实时操作系统规范已成为标准的开发平台，文章通过引入新的理念和方法将两者相结合。首先从分析软件的架构入手，介绍了Simulink模型中的任务识别、定时机制、基于μC／OS—II的OSEK顺应性开发，以及在Matlab环境下如何创建自定义的驱动库等，最后通过应用实例验证了该开发方法的可行性。 　　引 言 　　现在V型开发模式已成为使用最广的汽车软件开发流程标准。这一标准流程得到许多工具的支撑，有来自Mathworks的工具，如用于功能开发和仿真的Matlab／Simulink／Stateflow，用于自动代码生成的Real—TimeWorkshop，以及来自dSpace的工具。硬件有用于快速控制原型开发的AutoBox和用于硬件在环测试的模块，软件有产品级代码生成器TargetLink。它们在加快开发周期的同时，也提高了代码的可靠性。 　　平台软件方面，OSEK OS是广泛应用于汽车电子领域的嵌入式操作系统(RTOS)规范。它定义了一些基本的系统服务，比如任务处理、中断服务程序(ISR)处理、资源管理、事件处理以及报警服务等。 　　由上可知，将Matlab／Simulink的建模和仿真环境在代码生成阶段与OSEK OS规范相结合，将极大地方便开发。这方面Matlab已有针对OSEK／VDX的嵌入式对象模块，TargetLink也实现了部分结合，但两者都局限于特定的硬件，不能应用于不同的控制器和实时操作系统。 　　1 嵌入式软件开发理念 　　符合基于模型的开发和OSEK规范的软件架构如图1所示。以英飞凌XC164系列单片机为例，硬件层的核心部件由RTOS提供的系统服务进行管理，外设部件由相应的驱动程序驱动。 　　中间层(软件运行环境)包括两部分，操作系统和硬件驱动。操作系统采用顺应OSEK规范的μC／OS－II(见3．1)，硬件外设驱动开发在后面作介绍。 　　应用程序指的是与硬件无关的软件，含控制算法和中断服务程序(ISR)。控制算法完成控制任务，形式一般为Simulink模型。该模型可以和被控对象模型一起在闭环状态下完成功能仿真，同时也可以在代码生成阶段与硬件驱动以及操作系统API一起生成可在目标硬件上运行的程序。这里ISR可以有两种类型，可以是手写的C代码，也可以是Simulink模型中的触发子系统。在该子系统中的触发源是图1中所示的硬件层外设。 　　2 MATLAB环境下代码生成流程 　　实时工作空间(Real－Time Workshop，RTW)代码生成流程包含下面几部分。 　　①仿真和模型文件(model．mdl)。通过手动添加C语言S函数可以扩展Simulink模型库。 　　②中间描述文件(model．rtw)。该文件描述了模型中系统和各模块以及它们之间的联系，可以看作是模型文件的分层式的描述库文件。 　　③目标语言编译器(TLC)文件。目标语言编译器读取model．rtw文件中的信息，将模型最终转化成源代码。 　　TLC文件有两种形式，系统TLC文件和模块TLC文件。前者控制整个模型的代码生成，比如可以指定模型生成C语言源代码，而后者仅针对对应的模块。对每个手动添加的C语言S函数对象，必须有对应的模块TLC文件，才可用于代码生成。 　　④生成的源代码。图2中列举了生成的主要源代码，其中model．c是model．mdl对应生成的算法源代码。 　　对于生成的源代码可对其手动添加需要的ISR，或者整合一些成熟的C算法代码，然后在Keil环境下进行编译，生成嵌入式可执行文件。下面将model．mdl看作应用程序来讨论。嵌入式应用程序主要完成两类任务，周期性任务和事件驱动型任务。后者通常以ISR处理。 　　为了使Simulink模型能在RTOS中执行，必须将其划分成不同的任务。Targetlink中的任务划分如图3所示。TargetLink有两种划分方式，默认方式和自定义方式。默认方式下，TargetLink将模型中所有周期性的具有相同采样时间的子系统划归为独立任务，具有相同触发源的触发子系统结合在一起，要么和触发源一起归为同一任务，要么独立成为新的任务。自定义方式下，用户通过在子系统中添加特殊的“任务模块”(见图3中的“TaskA”、“Task B”、“Task C”)来任意地划分任务。 　　鉴于本开发是基于Matlab中针对OSEK／VDX的嵌入式对象模块，TargetLink中的任务划分方式不能被直接移植，因此采用函数调用子系统(function-callsubsystem)作为独立任务的标识，如图4中的Task A和Task B模块。同Simulink中其他离散模块一样，函数调用发生器有自己的采样时间，用以表明该子