ECU軟件性能分析及優(yōu)化

顧 嫣，孫 競，黃曉玥

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，車載電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）的軟件架構(gòu)和邏輯復(fù)雜度日漸提高。同時，引入了第三方軟件和開源庫，使代碼規(guī)模更加龐大，導(dǎo)致ECU在開發(fā)中后期極易出現(xiàn)問題井噴現(xiàn)象。為了盡早發(fā)現(xiàn)代碼問題，幫助軟件品質(zhì)快速收斂，應(yīng)在ECU開發(fā)的每個階段著重于軟件性能的分析及優(yōu)化。

1 軟件性能分析方法

AUTOSAR是汽車開放式系統(tǒng)架構(gòu) （Automotive Open System Architecture）的簡稱，旨在引入模塊化概念，簡化軟件開發(fā)流程，并提升軟件兼容性，目前已廣泛應(yīng)用于汽車ECU的軟件開發(fā)。AUTOSAR架構(gòu)如圖1所示，可分為應(yīng)用層、運(yùn)行時環(huán)境 （runtime environment， RTE）、基礎(chǔ)軟件層 （basic software， BSW）和微控制器層［1］。應(yīng)用層中的應(yīng)用軟件以軟件組件形式進(jìn)行封裝，具有標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序接口，通過RTE進(jìn)行通信。RTE提供虛擬功能總線，使應(yīng)用層和BSW獨(dú)立，提供ECU內(nèi)部以及ECU之間的通信。BSW包括系統(tǒng)服務(wù)層、ECU抽象層、微控制器抽象層和復(fù)雜驅(qū)動模塊。

ECU實(shí)現(xiàn)的具體功能在軟件架構(gòu)中屬于應(yīng)用層，由于功能不同，所以ECU的上層軟件架構(gòu)也會不同。對于應(yīng)用層而言，更關(guān)注邏輯正確性和算法優(yōu)化，軟件的穩(wěn)定性還是以BSW為基礎(chǔ)。為了總結(jié)出適用于不同ECU軟件性能分析的方法，從BSW層抽象出與軟件性能相關(guān)的要素，并增加了ECU的基礎(chǔ)功能，以確認(rèn)BSW層的正確性和穩(wěn)定性 （表1）。

表1 軟件性能分析表

2 軟件性能優(yōu)化矩陣表

圖1 AUTOSAR架構(gòu)

軟件性能劃分為4部分，分別是系統(tǒng)、資源、I／O和基礎(chǔ)功能。前兩項(xiàng)與應(yīng)用層相關(guān)，屬于所有ECU需要關(guān)注的重要性能，著重于穩(wěn)定性。如出現(xiàn)偶發(fā)的系統(tǒng)異常或資源緊張，應(yīng)及時更新上層處理策略，并調(diào)整資源分配。I／O和基礎(chǔ)功能是ECU的基本特性，也是正確實(shí)現(xiàn)上層功能的前提，所以更關(guān)注其正確性。

根據(jù)不同的關(guān)注點(diǎn)，將這4部分歸總成兩大類軟件性能分析：系統(tǒng)和資源對應(yīng)最壞情況分析，驗(yàn)證其穩(wěn)定性和魯棒性；I／O和基礎(chǔ)功能進(jìn)行常規(guī)情況分析，確保其正確性。根據(jù)不同的測試場景設(shè)計相應(yīng)的測試用例，見表2和表3。

表2 軟件性能最壞情況分析優(yōu)化表

表3 軟件性能常規(guī)情況分析優(yōu)化表

3 軟件壓力測試

系統(tǒng)和資源進(jìn)行最壞情況分析之后，根據(jù)分項(xiàng)結(jié)果可對軟件架構(gòu)、資源分配、處理機(jī)制及時進(jìn)行優(yōu)化，避免功能實(shí)現(xiàn)的正確性受軟件穩(wěn)定性的影響。對于I／O和基礎(chǔ)功能，在常規(guī)情況測試中已確保其正確性，即保證了實(shí)現(xiàn)上層功能的正確前提?；谲浖阅芊治鰞?yōu)化的基礎(chǔ)上，選擇ECU的關(guān)鍵狀態(tài)，并加載典型的電壓波形，實(shí)現(xiàn)完整周期的軟件壓力測試，以進(jìn)一步確認(rèn)軟件的魯棒性。

ECU的關(guān)鍵狀態(tài)分別是啟動 （ECU_Startup）、喚醒 （ECU_Wakeup）、功能正常 （ECU_Normal）和即將休眠 （E－CU_Shutdown）狀態(tài)。其中，ECU_Normal以外的狀態(tài)均屬于瞬態(tài)，一旦在瞬態(tài)之后如果出現(xiàn)狀態(tài)切換異常，就會影響ECU的功能實(shí)現(xiàn)，甚至影響后續(xù)的休眠。

ECU的功能實(shí)現(xiàn)受工作電壓的影響，所以加載的電壓波形以Umax（ECU的最大工作電壓）和Umin（最小工作電壓）為上下限的參照值，具體波形包括LVM1（Low Voltage Mode#1）和LVM2（Low Voltage Mode#2） （圖2）。這兩組電壓波形分別在ECU進(jìn)入ECU_Startup，ECU_Wakeup，ECU_Normal，ECU_Shutdown后的T1＜5 ms，T1=20 ms， T1=50 ms，T1=100 ms，T1=250 ms，T1=1Sec時注入，然后觀察ECU的功能是否正常，具體的評判標(biāo)準(zhǔn)見表4。

圖2 軟件壓力測試電壓波形圖

表4 軟件壓力測試評判標(biāo)準(zhǔn)

如果在壓力測試過程中出現(xiàn)問題，可按表5進(jìn)行原因分析。軟件更改后，重新進(jìn)行壓力測試，通過閉環(huán)測試來鞏固軟件的穩(wěn)定性。從而使軟件在每個階段遞增功能代碼時，整體品質(zhì)都處于平穩(wěn)的收斂趨勢，避免發(fā)生問題井噴現(xiàn)象。

4 總結(jié)

隨著汽車領(lǐng)域日新月異的功能創(chuàng)新，ECU軟件復(fù)雜化已成為趨勢。為了正確實(shí)現(xiàn)ECU功能，降低代碼問題發(fā)生的概率，減輕開發(fā)中后期的研發(fā)壓力，必須從軟件性能著手。通過周期性的軟件性能分析優(yōu)化及軟件壓力測試，進(jìn)行閉環(huán)且有效的軟件品質(zhì)鞏固，確保軟件的穩(wěn)定性與可靠性，為實(shí)現(xiàn)汽車功能的多元化和智能化奠定基礎(chǔ)。