基于Simulink 及ASAM 標(biāo)準(zhǔn)的可變維數(shù)查表功能研究與實(shí)現(xiàn)

宋炳雨， 張興達(dá)， 魯 艷， 王 豐

（濰柴動(dòng)力股份有限公司， 山東 濰坊 261061）

1 概述

在典型的汽車(chē)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，同一版ECU控制程序通常可以通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)定，滿(mǎn)足不同的平臺(tái)使用需求，其中，查表數(shù)據(jù)MAP即是其中一類(lèi)常見(jiàn)的可標(biāo)定數(shù)據(jù)，尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制系統(tǒng)軟件中，使用尤為普遍，但對(duì)于常規(guī)的查表數(shù)據(jù)MAP，通常只能修改其內(nèi)部數(shù)據(jù)，而無(wú)法對(duì)其維數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和修改。

本文基于Simulink及ASAM標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)可變維數(shù)查表功能進(jìn)行研究與嵌入式軟件功能實(shí)現(xiàn)，并使用ETAS公司開(kāi)發(fā)的INCA軟件進(jìn)行功能測(cè)試與數(shù)據(jù)標(biāo)定，使用這種設(shè)計(jì)方法，可以使ECU控制系統(tǒng)軟件具有更好的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及通用性。

2 Sim ulink查表功能簡(jiǎn)介

Simulink查表模塊 （Simulink Lookup Table） 是一種常用的Simulink模塊，其使用數(shù)據(jù)數(shù)組將輸入值映射到輸出值，來(lái)對(duì)數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行逼近；如果指定輸入值，Simulink則執(zhí)行查找操作，從表中檢索對(duì)應(yīng)輸出值。如果查找表中未定義這些輸入值，模塊將根據(jù)臨近的標(biāo)值估算輸出值［1］。

Simulink提供了各種類(lèi)型的查表模塊，每個(gè)模塊專(zhuān)門(mén)針對(duì)一種特定的應(yīng)用，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，用戶(hù)可以選擇適合的查表模塊［1］。圖1為兩個(gè)最為常用的Simulink查表模塊，也為查表模塊編輯器。通過(guò)查表模塊編輯器，可以對(duì)查找表的數(shù)據(jù)初始值進(jìn)行查看與編輯。

圖1 查表模塊編輯器

3 ASAM標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

ASAM是自動(dòng)化及測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) （Association for Standardization of Automation，ASAM） 的簡(jiǎn)稱(chēng)，其為整個(gè)汽車(chē)電控系統(tǒng)的測(cè)量、標(biāo)定提出了一套行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要包含ASAM MCD-1MC （XCP，CCP） 標(biāo)準(zhǔn)，ASAM MCD-2MC（ASAP2） 標(biāo)準(zhǔn)以及ASAM MCD-3MC標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了標(biāo)定平臺(tái)與硬件之間的通信協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)、硬件與軟件的描述標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)定平臺(tái)與其他測(cè)試設(shè)備之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施與推廣，可以使在開(kāi)發(fā)過(guò)程中運(yùn)用到的數(shù)據(jù)交換方法以及軟、硬件工具得到標(biāo)準(zhǔn)化，借此可以減少整個(gè)過(guò)程的開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)可以更好地保證產(chǎn)品的品質(zhì)，并具有高度通用性［2］。

4 功能開(kāi)發(fā)

本文基于Simulink模型及ASAM標(biāo)準(zhǔn)，以普通的二維查表MAP及圖2、圖3所示查表數(shù)據(jù)定義格式為例，對(duì)維數(shù)可標(biāo)定的嵌入式軟件查表功能進(jìn)行研究。

4.1 查表MAP數(shù)據(jù)定義結(jié)構(gòu)

根據(jù)ASAM MCD-2 MC標(biāo)準(zhǔn)，其支持對(duì)MAP維數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)整，但對(duì)可標(biāo)定維數(shù)功能的查表數(shù)據(jù)MAP定義，提出了如下兩種格式定義要求，如圖2和圖3所示。

本文選擇圖2所示格式對(duì)維數(shù)可標(biāo)定的查表MAP進(jìn)行研究與實(shí)現(xiàn)。

圖2 支持維數(shù)可標(biāo)定的查表數(shù)據(jù)定義形式1［3］

圖3 支持維數(shù)可標(biāo)定的查表數(shù)據(jù)定義形式2［3］

4.2 Simulink模型開(kāi)發(fā)與自動(dòng)代碼生成

使用Simulink自帶的二維查表模塊2-D Lookup Table，搭建仿真測(cè)試模型。為便于功能測(cè)試，將二維查表模塊的兩個(gè)輸入設(shè)置為標(biāo)定量，并將其輸出設(shè)置為觀測(cè)量。

仿真測(cè)試模型如圖4 所示，其中，Lut_MAP_X 和Lut_MAP_Y為標(biāo)定量，同時(shí)做為二維查表模塊的兩個(gè)輸入，而Lut_MAP_mp是可以用來(lái)觀測(cè)查表模塊輸出結(jié)果的觀測(cè)量。

圖4 仿真測(cè)試模型

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)Simulink模型代碼的定制，使用Simulink.LookupTable對(duì)MAP數(shù)據(jù)進(jìn)行定義。Simulink.LookupTable是Simulink自帶的一種數(shù)據(jù)定義包，其能夠存儲(chǔ)和共享查表及斷點(diǎn)數(shù)據(jù)。使用該數(shù)據(jù)定義包定義變量，可以對(duì)其變量名稱(chēng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型，以及代碼生成格式進(jìn)行配置，合理配置后的變量定義，其在自動(dòng)生成代碼后，能夠以滿(mǎn)足ASAM標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體形式存在。使用Simulink.LooupTable定義的變量“Lut_MAP”如圖5所示。

模型自動(dòng)生成代碼后，MAP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體定義信息文件如圖6所示，滿(mǎn)足ASAM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)定義要求。

圖6 結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)

4.3 A2L文件配置及要求

A2L文件是ASAM MCD-2 MC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)ECU內(nèi)部變量進(jìn)行描述的、具有規(guī)范化格式要求的文本文件，其中包含的變量可分為測(cè)量量和標(biāo)定量?jī)深?lèi)，對(duì)于A2L文件中描述的每一個(gè)變量，都有變量名稱(chēng)、地址、維數(shù)、占用字節(jié)長(zhǎng)度以及變量在內(nèi)存中的存儲(chǔ)形式等信息；標(biāo)定工具需要使用A2L文件完成標(biāo)定工程環(huán)境的創(chuàng)建及數(shù)據(jù)標(biāo)定工作。

根據(jù)ASAM MCD-2 MC標(biāo)準(zhǔn)要求，配置生成針對(duì)上述可變維數(shù)查表變量的A2L文件。其中A2L文件中包含的變量有：Lut_MAP_X，Lut_MAP_Y，Lut_MAP，以 及Lut_MAP_mp；其中，Lut_MAP_X和Lut_MAP_Y為A2L文件中的普通標(biāo)定量，Lut_MAP_mp 為 測(cè) 量 量，而Lut_MAP 為 使 用STATIC_ADDRESS_OFFSETS參數(shù)進(jìn)行特殊配置的支持維數(shù)標(biāo)定功能的MAP變量。STATIC_ADDRESS_OFFSETS可以保證當(dāng)使用標(biāo)定工具對(duì)MAP維數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)整時(shí)，MAP變量的首地址不發(fā)生變化［3］。

4.4 測(cè)試結(jié)果

使用上述程序及配置好的A2L文件，創(chuàng)建INCA標(biāo)定環(huán)境并運(yùn)行，測(cè)試二維MAP“Lut_MAP”的維數(shù)可標(biāo)定功能是否正常。未執(zhí)行任何標(biāo)定操作前的原始查表數(shù)據(jù)如圖7所示。

在INCA環(huán)境下，選中Lut_MAP待刪除列中的任意一個(gè)某元素，選擇刪除列命令，則可以將該列刪除；選中Lut_MAP待刪除行中的任意一個(gè)元素，通過(guò)刪除行命令，則可以將該行刪除，圖8為在原始MAP數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，分別刪除一行和一列的示意圖，可以看出，刪除部分?jǐn)?shù)據(jù)后，MAP維數(shù)變化情況與預(yù)期目標(biāo)一致，且剩余數(shù)據(jù)往左上角即MAP首元素位置收縮，MAP維數(shù)變化前后的查表運(yùn)行結(jié)果正常。

選中可變維數(shù)MAP的某一行或某一列，選擇新增行或新增列命令，則可以在現(xiàn)有MAP數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上增加一行或一列；當(dāng)行數(shù)或列數(shù)增加到程序生成之初的行數(shù)或列數(shù)時(shí)，行數(shù)和列數(shù)不再增加；維數(shù)變化后的查表功能正常。圖9為增加MAP的行和列示意圖。

圖7 原始查表數(shù)據(jù)

圖8 刪除MAP的行和列示意圖

圖9 增加MAP的行和列示意圖

5 結(jié)論

基于Simulink及ASAM標(biāo)準(zhǔn)，①可以實(shí)現(xiàn)可變維數(shù)查表功能開(kāi)發(fā)；②可變維數(shù)MAP的最大維數(shù)為生成程序文件之初的初始維數(shù)，其維數(shù)可以根據(jù)需要，在維數(shù)可變范圍內(nèi)隨意調(diào)整，而不影響查表結(jié)果準(zhǔn)確性；③可變維數(shù)MAP能夠通過(guò)標(biāo)定或數(shù)據(jù)合成滿(mǎn)足MAP維數(shù)調(diào)整需求，而不需要重新進(jìn)行軟件集成，能夠?yàn)榍度胧杰浖褂脦?lái)很高的靈活性和便利性。