汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告资料

此文档版权归北京科银京成技术有限公司所有。未经公司许可，文档内容不得以任何方式外传。密级：汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告编号TM-DMP-01-RD-PRE-013拟制陈丽蓉日期2010年2月1日审核日期年月日会签日期年月日标准化日期年月日批准日期年月日顾客/代表日期年月日此文档版权归北京科银京成技术有限公司所有。未经公司许可，文档内容不得以任何方式外传。修订历史记录日期&修订人修订记录版本标识备注2010/4/20陈丽蓉完成初稿V1.02010-4-29赵焕宇增加硬件特征描述V1.1北京科银京成技术有限公司汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告I目录引言.........................................................................1背景1概述1缩写词和名词定义.........................................................1参考资料.................................................................11AUTOSAR国际标准分析...................................................31.1系统概述.........................................................31.2微控制器抽象层...................................................71.3复杂驱动........................................................171.4ECU抽象层......................................................191.6抽象接口实现示例................................................321.7主要参考的AUTOSAR规范列表......................................352主流汽车电子嵌入式微处理器及ECU硬件特性分析..........................372.1MPC563X嵌入式微处理器特性......................................372.2MPC5554特性....................................................382.3MPC555特性.....................................................392.49S12X特性......................................................372.59S12DP512特性..................................................412.6HCS08特性......................................................412.7STM08特性......................................................423开发环境..............................................................373.1基础开发工具....................................................433.2配置生成工具....................................................444国内汽车厂商应用需求分析..............................................444.1一汽应用需求分析................................................444.2上汽应用需求分析................................................444.3奇瑞应用需求分析................................................444.4长安应用需求分析................................................455汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象软件实现策略.......错误!未定义书签。5.1控制器处理芯片抽象软件实现策略...................错误!未定义书签。5.2ECU板级抽象软件实现策略.........................错误!未定义书签。北京科银京成技术有限公司汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告1引言背景本项目来源于核高基重大专项3-1课题：实时嵌入式操作系统及开发环境，本项目为该课题的分课题：汽车电子硬件抽象技术研究。在分课题中，科银京成将以总课题组制定的汽车电子基础软件平台体系规范为基础，通过对国内外相关技术和标准的充分研究，以及汽车电子控制系统硬件平台的详细调研，研究汽车电子硬件抽象的关键技术，设计开发汽车电子基础软件平台中的硬件驱动软件模块，并实现对电子控制单元（ECU）和微控制器外部设备的抽象，为汽车电子基础软件平台中其他相关的软件组件如嵌入式实时操作系统与系统服务、存储服务、通信服务等各种服务及管理组件（包括驱动自身的管理组件）提供支持和功能调用、以及系统的引导启动、系统软件加载等支撑服务；为支撑本课题组形成汽车电子应用软件设计、编程、调试、仿真、集成、测试、部署的一体化工具环境，提供与硬件适配相关的图形化配置工具、部署工具及接口，以便在进行应用开发时能有效地完成硬件相关的配置和使用。概述本文档将从以下几方面描述有关汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究的内容：AUTOSAR标准分析主流汽车电子嵌入式微处理器及ECU硬件特性分析开发环境国内汽车厂商应用需求分析汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象软件实现策略缩写词和名词定义缩写、术语解释AUTOSARAUTomotiveOpenSystemArchitecture汽车开放系统结构DIODigitalInput/Output数字输入/输出北京科银京成技术有限公司汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告2ADCAnalogueDigitalConverter模数转换器SPISerialPeripheralInterface串行外设接口PWMPulseWidthModulation脉冲宽度调制PORT端口ICUInputCaptureUnit输入捕获单元Watchdog看门狗FLASH闪存EEPROM电子可檫除、可编程只读存储器RAMtest内存测试CANControllerAreaNetwork控制器局域网Timer定时器SCI串行通信接口参考资料AUTOSAR3.1系列规范各种汽车电子嵌入式微处理器芯片手册、ECU板级资料北京科银京成技术有限公司汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告31AUTOSAR国际标准分析以AUTOSAR3.1为参考，对汽车电子基础软件架构进行分析，通过对AUTOSAR、OSEK国际规范的分析和研究，包括在：标准接口、配置描述语言、基本数据类型、文件组织结构、错误处理机制等内容上，集合国内整车厂商和零部件厂商的实际需求，形成自主汽车电子基础软件规范中关于汽车电子硬件抽象层（板载设备抽象、存储器抽象、通信器件抽象、I/O硬件抽象等）统一接口规范。1.1系统概述图1展示了AUTOSAR软件架构的主要层次关系，总体上可分为应用层、运行时环境、基础层（包括操作系统与系统服务、存储服务、通信服务、硬件抽象与驱动层）。图1AUTOSAR嵌入式软件架构北京科银京成技术有限公司汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告4图2AUTOSAR嵌入式软件分层架构图3AUTOSAR嵌入式软件各层次模块目标硬件环境适配层处于汽车电子基础软件平台中最底层的位置，其作用是向上层软件屏蔽微控制器和ECU硬件设备驱动的细节和差异，是降低汽车电子应用软件与硬件的相关性，提高汽车电子应用软件和功能组件可重用性和可移植性的重要技术手段。本课题中目标硬件环境适配层由硬件抽象层和设备驱动层组成，如下图所示：北京科银京成技术有限公司汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告5硬件抽象层设备驱动层微控制器9S12/9S12XMPC5XX微控制器驱动MPC55XXMPC563XTMS320存储器驱动内部Flash驱动通信驱动I/O驱动板载设备抽象看门狗接口通用定时器GPT驱动微控制器单元MCU驱动看门狗驱动RAM测试内部EEPROM驱动存储器硬件抽象内存抽象接口EEPROM抽象FlashEEPROM仿真通信硬件抽象I/O硬件抽象LIN接口CAN接口CAN收发驱动FlexRay接口FlexRay收发驱动SPI驱动LIN驱动CAN驱动FlexRay驱动I/O硬件接口ICU驱动PWM驱动ADC驱动DIO驱动PORT驱动图4目标硬件环境适配层注：上图中FlashCheck，ExtWatchdogDriver，ExtEEPROMDriver，ExtFlashDriver，ExtCanDriver，ExtFlexRayDriver，ComplexDriver等7个基础软件模块目前不属于AUTOSAR3.1的规范。设备驱动层提供控制和访问设备的功能，由以下模块组成：1、通信驱动程序ECU板上（如SPI）和车辆通信（如CAN）的驱动程序。2、I/O驱动程序模拟和数据I/O（如ADC、PWM、DIO）的驱动程序。3、存储驱动程序片上存储设备（如内部FLASH、内部EEPROM）及内存映射的外部存储设备（如外部FLASH）驱动程序。4、微控制器驱动程序北京科银京成技术有限公司汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告6其它内部设备（如Watchdog、通用时钟）的驱动程序；直接访问微控制器的功能（如核心调试）。设备抽象层对ECU板上设备的物理特性进行抽象，向操作系统、系统服务和支撑服务提供统一的访问接口。汽车电子硬件抽象技术的研究必要性，主要由于汽车电子系统应用的硬件环境差异软大，因此，如何有效地使汽车电子系统软件应用于各种不同的应用环境是汽车电子发展中必须解决的关键问题，经过不断的发展，在操作系统内核和各类服务层软件与微控制器硬件之间新增加抽象技术，包含操作系统内核和各类服务层及硬件所要求的所有功能，通过标准统一的接口与上层操作系统和各类服务进行交互，向底层硬件传递信息，这样就有效地屏蔽了底层硬件的多样性，上层操作系统和各类服务不再直接面对具体的硬件环境，使硬件系统与软件系统得到了很好分离，大大提高了移植性和重用性。对汽车电子硬件抽象技术的研究主要达到的目标是：隐藏特定平台的硬件接口细节，为操作系统实时内核、系统服务、存储服务、通信服务、提供所需硬件支持的所有功能和统一的标准接口，使其具有与硬件无关性，可在多种硬件平台上进行移植，从软硬件测试的角度来看，软硬件的测试工作都可分别基于硬件抽象层来完成，使得软硬件测试工作的并行进行成为可能。北京科银京成技术有限公司汽车电子控制器处理芯片及ECU板级抽象技术研究报告71.2微控制器抽象层图5微控制器抽象层模块图1.2.1通信驱动通信驱动层主要包括：SPI驱动、LIN驱动、CAN驱动、FlexRay驱动等内容。1.2.1.1SPI驱动（SPIHandlerDriver）SPI驱动提供外设的SPI读写通信控制驱动。在很多ECU中，许多板载硬件设备如外部EEPROM，外部I/OASIC