汽車工業(yè)是技術(shù)密集、資金密集、綜合性強(qiáng)、附加值高、經(jīng)濟(jì)效益好的產(chǎn)業(yè)。汽車工業(yè)的水平與規(guī)模是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),2002年,中國(guó)汽車的生產(chǎn)量為325萬(wàn)輛;2003年1至8月,國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)量272.8萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)36％;轎車銷售量占國(guó)內(nèi)汽車銷售量的42.5％。我國(guó)已成為世界第五大汽車生產(chǎn)國(guó)。
汽車產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè);汽車電子產(chǎn)品是汽車的重要組成部分。將汽車電子產(chǎn)品分為車載電子產(chǎn)品和車控電子產(chǎn)品,并分析車控電子產(chǎn)品的嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)當(dāng)前國(guó)際上主流車控軟件標(biāo)準(zhǔn)OSEK/VDX的分析,提出我國(guó)自主發(fā)展車控電子的基于OSEK/VDX的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程;總結(jié)車控電子產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)。
汽車電子化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志之一。目前世界每輛汽車采用電子裝置的情況已成為衡量這部汽車水平高低的主要標(biāo)志。國(guó)外汽車電子系統(tǒng)在汽車價(jià)格中所占比例已達(dá) 30％以上（我國(guó)目前僅為10％以內(nèi)）,而且這一比例還在不斷擴(kuò)大。為了加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,國(guó)外廣泛采用 16～32位微處理器,以及廣泛采用更先進(jìn)的傳感器,使汽車的功能從對(duì)汽車自身的控制管理擴(kuò)大到“汽車－人－環(huán)境”這樣一個(gè)大系統(tǒng)的信息獲取、處理和控制。
與國(guó)外相比,我國(guó)的汽車電子工業(yè)起點(diǎn)低,技術(shù)裝備水平較低,沒(méi)有掌握核心技術(shù)。伴隨著我國(guó)汽車需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng),我們應(yīng)抓住國(guó)外汽車生成基地向我國(guó)轉(zhuǎn)移的機(jī)遇,大力發(fā)展自主產(chǎn)權(quán)的汽車電子控制技術(shù),促進(jìn)我國(guó)汽車電子控制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平升級(jí)。
汽車電子產(chǎn)品的分類及嵌入式技術(shù)應(yīng)用
按照對(duì)汽車行駛性能作用的影響劃分,可以把汽車電子產(chǎn)品歸納為兩類。一類是車控電子——汽車電子控制裝置。汽車電子控制裝置要和車上機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行配合使用,即所謂“機(jī)電結(jié)合”的汽車電子裝置。它們包括發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身電子控制,例如電子燃油噴射系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動(dòng)變速器、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向等。另一類是車載電子——車載汽車電子裝置。車載汽車電子裝置是在汽車環(huán)境下能夠獨(dú)立使用的電子裝置,與汽車本身的性能并無(wú)直接關(guān)系。它們包括汽車信息系統(tǒng)（行車電腦）、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂(lè)系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。
汽車電子的技術(shù)基礎(chǔ)是嵌入式技術(shù)。在過(guò)去的幾十年里,嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速。隨著后PC時(shí)代的來(lái)臨,計(jì)算廣泛的嵌入到應(yīng)用中去,嵌入式系統(tǒng)將成為未來(lái)計(jì)算的主要存在方式。應(yīng)用的牽引和計(jì)算環(huán)境的變遷推動(dòng)了嵌入式技術(shù)的發(fā)展。嵌入式技術(shù)與行業(yè)的結(jié)合又帶動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展。汽車的電子化、信息化是嵌入式技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用。
車控電子產(chǎn)品是一個(gè)個(gè)分布在汽車上的電子控制單元（ECU）、智能傳感器（Smart Sensor）等功能單元器件。這些器件通過(guò)總線連接在一起組成一個(gè)子系統(tǒng)。它們可以以適合自己的協(xié)議,如Lin、J1939等進(jìn)行通信。不同的子系統(tǒng)也通過(guò)總線組成更大的網(wǎng)絡(luò)。其中智能傳感器（Smart Sensor）是一個(gè)以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ),以CPU為處理核心,以數(shù)字通信為變送方式的傳感器和變送器的統(tǒng)一體。
車控電子產(chǎn)品系統(tǒng)平臺(tái)——OSEK/VDX
為了滿足日益龐大復(fù)雜的汽車電子控制軟件的開(kāi)發(fā)需要,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的可移植性和不同廠商的控制模塊間的可兼容性。1993年,德國(guó)汽車工業(yè)界聯(lián)合推出了汽車電子的開(kāi)放式系統(tǒng)及接口——OSEK/VDX(Open Systems and the Corresponding Interfaces For Automotive Electronics)規(guī)范,旨在為汽車上的分布控制單元提供一個(gè)開(kāi)放結(jié)構(gòu)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。OSEK/VDX 規(guī)范從實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS（RealTime Operating System）、軟件接口、通信和網(wǎng)絡(luò)管理等方面對(duì)汽車的電子控制軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)作了較為全面的定義與規(guī)定。
它所提出的一整套解決方案是未來(lái)汽車電子軟件開(kāi)發(fā)的發(fā)展方向。目前,一些公司推出了符合OSEK/VDX規(guī)范的操作系統(tǒng)并得到了OSEK/VDX委員會(huì)的認(rèn)證,如 OSEK Works、OSEKOS、OSEKTurbo等。OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)包括以下四部分：OSEK/VDX操作系統(tǒng)規(guī)范（OSEK Operating System,OSEK OS）, OSEK/VDX通信規(guī)范（OSEK Communication,OSEK COM）, OSEK/VDX網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范（OSEK Network Management,OSEK NM）以及OSEK/VDX實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言（OSEK Implementation Language,OSEK OIL）。采用符合OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以提高產(chǎn)品代碼的復(fù)用率、降低開(kāi)發(fā)成本、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。使用兼容OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。
OSEK OS規(guī)范定義操作系統(tǒng)內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和應(yīng)用編程接口（API）,包括任務(wù)管理機(jī)制、中斷處理機(jī)制、事件機(jī)制、資源管理機(jī)制、報(bào)警器管理機(jī)制等及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用編程接口。OSEK OS規(guī)范的實(shí)現(xiàn)機(jī)制見(jiàn)本刊網(wǎng)站。
OSEK COM規(guī)范（OSEK Communication Specification）為汽車ECU應(yīng)用軟件提供了統(tǒng)一的通信環(huán)境。通過(guò)定義應(yīng)用軟件通信接口以及ECU內(nèi)部通信和ECU外部通信,OSEK COM規(guī)范提高了應(yīng)用軟件模塊的可移植性。OSEK COM 提供了多種服務(wù),以方便在任務(wù)與任務(wù)之間、中斷服務(wù)程序與中斷服務(wù)程序之間以及任務(wù)與中斷服務(wù)程序之間發(fā)送數(shù)據(jù)。
OSEK COM 規(guī)范的目的是支持應(yīng)用軟件的移植性、重用性和相互合作性。應(yīng)用程序接口隱藏了內(nèi)部和外部通信的區(qū)別,同樣也隱藏了不同的通信協(xié)議、總線系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。
OSEK COM中的通信是基于消息的。消息包括了特定應(yīng)用的數(shù)據(jù)。消息和消息屬性通過(guò)OSEK實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言(OIL)靜態(tài)配置。消息的內(nèi)容和使用方法與OSEK COM無(wú)關(guān)。OSEK COM允許0長(zhǎng)度的消息存在。在內(nèi)部通信情況下,交互層IL(Interaction Layer)使消息數(shù)據(jù)立即發(fā)送到接收方。在外部通信情況下,IL將1個(gè)或多個(gè)消息壓縮成指定的交互層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(IPDU),并把它們傳遞到下層處理,如圖2所示。 內(nèi)部通信的功能性是外部通信功能性的子集。交互層里的消息管理者是基于消息對(duì)象的。消息對(duì)象存在于發(fā)送端的是“發(fā)送消息對(duì)象”,存在于接收端的是“接收消息對(duì)象”。
3OSEK NM規(guī)范
對(duì)于由不同生產(chǎn)商生產(chǎn)的汽車ECU產(chǎn)品,它們有通過(guò)串行數(shù)據(jù)交換連接成網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)。因此,為了避免重復(fù)勞動(dòng)和縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間,需要有一個(gè)基礎(chǔ)性的標(biāo)準(zhǔn)。OSEK NM規(guī)范（OSEK Network Management system specification）為提高ECU產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)互連能力提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)準(zhǔn)。OSEK NM任務(wù)的目的是提高ECU產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)通信的安全性和可靠性。OSEK NM規(guī)范規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)管理的機(jī)制和應(yīng)用編程接口（API）。采用OSEK NM規(guī)范的ECU產(chǎn)品具有以下功能：
◆ 經(jīng)過(guò)授權(quán)后,每一個(gè)節(jié)點(diǎn)必須是可以訪問(wèn)的;
◆ 在允許訪問(wèn)失敗的情況下,具有最大容忍限度;
◆ 支持網(wǎng)絡(luò)診斷。
作為一個(gè)基礎(chǔ)的配置,遵守OSEK規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)現(xiàn)必須應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能在規(guī)定的間隔內(nèi)獲得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息。OSEK NM為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控提供了兩種機(jī)制：一種是通過(guò)監(jiān)控應(yīng)用的消息進(jìn)行間接監(jiān)控;另一種是對(duì)于特定的網(wǎng)絡(luò)管理利用標(biāo)記機(jī)制進(jìn)行直接監(jiān)控。OSEK NM包括以下部分：
◆ OSEK NM與應(yīng)用程序的接口（API）;
◆ 節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的算法;
◆ OSEK NM與OSEK COM的接口;
◆ 轉(zhuǎn)換到睡眠狀態(tài)的算法;
◆ OSEK NM協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NMPDU）。
OIL中的對(duì)象包括：CPU（處理器）、OS（操作系統(tǒng)）、Appmode（應(yīng)用模式）、Isr（中斷服務(wù)）、Resource（資源）、Task（任務(wù)）、Counter（記數(shù)器）、Event（事件）、Alarm（報(bào)警器）、Com（通信子系統(tǒng)）、Message（消息）、Ipdu（交互層協(xié)議數(shù)據(jù)單元）、NM（網(wǎng)絡(luò)管理）。
結(jié)語(yǔ)
我國(guó)自主發(fā)展汽車車控產(chǎn)品尚處于起步階段。本文簡(jiǎn)要介紹了車控產(chǎn)品的系統(tǒng)平臺(tái)——OSEK/VDX規(guī)范,并給出了一個(gè)基于OSEK/VDX規(guī)范的簡(jiǎn)單的車控電子開(kāi)發(fā)模型。在這個(gè)模型中,要求開(kāi)發(fā)者熟練使用國(guó)際上主流的開(kāi)發(fā)工具,以提高開(kāi)發(fā)效率,縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。
（轉(zhuǎn)載）
