基于Stateflow 的某重型汽車車身控制器程序設(shè)計

康瑞航，王 毅，郝 飛，嚴(yán) 宇，劉 奇，張 旭

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

前言

車身控制器是重型汽車的重要零部件，直接影響到重型汽車燈具、油量檢測和燃油防盜邏輯、機(jī)油壓力和品質(zhì)判定檢測、差速鎖控制、雨刮控制、電源管理、信號轉(zhuǎn)發(fā)、掛車檢測以及參數(shù)標(biāo)定等功能要求。

以轉(zhuǎn)向燈程序為例：日間行車燈作為重型汽車上使用最頻繁使用的燈具。

在技術(shù)要求都明確后，進(jìn)行程序設(shè)計：設(shè)計程序時執(zhí)行不同功能需要設(shè)計不同的優(yōu)先級、使用比較頻繁就需要有即時和穩(wěn)定考慮故障檢測以及故障報警程序設(shè)計。為保證這些需求常規(guī)手寫代碼，分層程序設(shè)計需要至少三層的程序設(shè)計：底層用于驅(qū)動程序設(shè)計、中間層用于不同的功能邏輯程序設(shè)計和負(fù)載開段路診斷程序設(shè)計、頂層用作不同優(yōu)先級調(diào)用程序的設(shè)計。

1 代碼

1.1 手寫代碼原理和過程

如圖1 所示轉(zhuǎn)向燈程序列表，為左右兩側(cè)日間行車燈燈的控制程序。

圖1 某重型汽車的日間行車燈函數(shù)列表

如圖2 某重型汽車的部分轉(zhuǎn)向燈驅(qū)動原理圖通過控制VND5T035AKTR-E 芯片的INPUT（1/2）進(jìn)而控制OUT（1_x/2_x）輸出電平的高低來控制負(fù)載燈具的亮滅：

圖2 某重型汽車的部分日間行車驅(qū)動原理圖

底層驅(qū)動程序階段，根據(jù)功能的不同，以驅(qū)動芯片的輸入端為參數(shù)，編寫底層驅(qū)動程序，當(dāng)打左轉(zhuǎn)型燈時，調(diào)用相應(yīng)端口為參數(shù)的底層驅(qū)動程序，完成底層程序的編寫和驗證后，需要完成底層程序的說明性文檔，以供應(yīng)用層調(diào)用時理解和以后測試的依據(jù)性文檔。

中間層程序階段，分兩部分功能邏輯程序，邏輯：點(diǎn)亮或關(guān)閉日間行車燈；診斷：通過周期性檢測工作時各個輸出端口的分壓電阻上的電壓值判斷負(fù)載狀態(tài)，并將相應(yīng)標(biāo)志位置位。完成中間層程序的編寫和驗證后，需要完成中間層程序的說明性文檔，以及其他工程師調(diào)用時理解和以后測試的依據(jù)性文檔。

頂層間層程序階段，編寫調(diào)用程序，通過檢測各個開關(guān)狀態(tài)確定轉(zhuǎn)型燈的工作狀態(tài)。根據(jù)優(yōu)先級關(guān)系調(diào)用相應(yīng)功能程序完成相應(yīng)功能。完成頂層程序的編寫和驗證后，需要完成頂層程序的說明性文檔，以及其他工程師調(diào)用時理解和以后測試的依據(jù)性文檔。

最后，將各個層次程序統(tǒng)一放置在只含轉(zhuǎn)向燈程序的C文件中，通過main 函數(shù)中相應(yīng)周期時間執(zhí)行函數(shù)中調(diào)用頂層程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能，并完成整個功能模塊程序的技術(shù)文檔。

1.2 Stateflow 代碼生成原理和過程

基于Stateflow 模型代碼主要分為以下步驟，（1）需求分析；（2）系統(tǒng)規(guī)范；（3）子系統(tǒng)設(shè)計；（4）子系統(tǒng)實現(xiàn)；（5）子系統(tǒng)集成和測試；（6）分系統(tǒng)集成和測試；（7）全系統(tǒng)集成和測試[1]。本例以日間行車燈模塊為例，在清楚需求后以Stateflow 狀態(tài)轉(zhuǎn)移為核心搭建相應(yīng)功能的邏輯模型。

如圖3 所示日間行車燈模型總體包含電源狀態(tài)、燈光開關(guān)狀態(tài)、點(diǎn)火開關(guān)狀態(tài)、日間行車燈負(fù)載診斷標(biāo)志位狀態(tài)作為輸入條件，日間行車燈命令為輸出動作。

圖3 日間行車燈模型總體

如圖4 所示日間行車燈模型內(nèi)部第一層狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖展示了將燈光開關(guān)和鑰匙這兩個同一級輸入通過圖5 所示真值表為邏輯條件放在上框圖合二為一，和電源狀態(tài)以及診斷標(biāo)志狀態(tài)作為邏輯模塊的輸入條件[2]。

圖4 日間行車燈模型內(nèi)部第一層狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

圖5 上框圖內(nèi)部真值表

如圖6 所示為日間行車燈模型最內(nèi)層邏輯狀態(tài)圖，以輸入條件為狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，實現(xiàn)日間行車診斷和亮滅控制。

圖6 圖4下框圖內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

完成模型搭建和模擬驗證，就可以進(jìn)行Stateflow Coder目標(biāo)編譯生成嵌入式C 代碼。

如圖7 所示在求解器（Solver）中設(shè)置步長為固定步長（Fixed-step）。

圖7 在參數(shù)設(shè)置框設(shè)置步長

如圖8 所示在參數(shù)設(shè)置框配置模型，設(shè)置目標(biāo)編譯器為ert.tlc->Embedded Codery 語言選擇為C，應(yīng)用并保存設(shè)置[3]。

圖8 在參數(shù)設(shè)置框配置模型

圖9 代碼生成報告框

在設(shè)置完所有參數(shù)、數(shù)據(jù)類型以及接口后，點(diǎn)擊代碼生成按鈕Build Model，生成需要的C 代碼，將生成的C 文件加載到嵌入式工程中，在功能函數(shù)調(diào)用部分調(diào)用相關(guān)調(diào)用自動生成的代碼即可完成相關(guān)邏輯。

對于代碼生成還可以通過設(shè)置Code Styleg 改變生成的代碼的風(fēng)格以及減少占用更少RAM。

1.3 兩種方式嵌入式開發(fā)方式比較

（1）經(jīng)實驗驗證兩種方式的代碼都可以完美實現(xiàn)功能需求。

（2）Stateflow 自動生成代碼不需要再根據(jù)編寫每個環(huán)節(jié)的說明性文檔和測試文檔。

（3）Stateflow 自動生成的代碼可以在代碼生成報告中追溯每一段代碼對應(yīng)的模型。

（3）Stateflow 自動生成的代碼可以通過設(shè)置取消或者增加代碼的標(biāo)注，方便快捷。

（4）Stateflow 模型的每個階段都可以進(jìn)行仿真和驗證。

2 結(jié)論

通過Stateflow 自動生成代碼技術(shù)和傳統(tǒng)手寫代碼對比，Stateflow 自動生成代碼技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

（1）Stateflow 模型就是可執(zhí)行規(guī)范。在基于模型的系統(tǒng)設(shè)計過程中，所有過程遵循統(tǒng)一環(huán)境下的統(tǒng)一模型。由于模型能夠進(jìn)行仿真計算，因而在設(shè)計初期就可以針對設(shè)計思想進(jìn)行仿真驗證，這相當(dāng)于把測試手段從系統(tǒng)設(shè)計的初期就引入到整個設(shè)計流程中。作為規(guī)范的模型能夠通過執(zhí)行仿真來驗證自己的正確性，從而保證規(guī)范的正確性。

（2）連續(xù)不斷的測試和驗證。在整個基于模型的系統(tǒng)設(shè)計過程中，從設(shè)計初期就進(jìn)行離線的算法仿真測試，在產(chǎn)品實現(xiàn)之前通常還有完成快速原型仿真，軟件再回路仿真處理器再回路仿真燈步驟，從產(chǎn)品實現(xiàn)之后需要完成硬件再回路仿真，人在回路仿真等集成測試手段。這些測試都是基于前面開發(fā)的模型，即每個環(huán)節(jié)都引入了測試仿真手段。利用充分的仿真，可以考察系統(tǒng)不同組件對整個系統(tǒng)的影響。

（3）自動代碼生成。利用自動代碼生成技術(shù)，工程師擺脫了繁瑣的代碼編寫和調(diào)試工作。自動生成代碼源頭為一步步測試驗證過的模型，只要模型正確，則生成的代碼也正確。自動代碼生成技術(shù)使快速原型仿真和硬件在回路仿真成為簡單易行的測試手段。而且嵌入式產(chǎn)品代碼生成技術(shù)則能夠幫助工程師節(jié)約70%以上的工作時間，極大提高工作效率。一旦測試發(fā)現(xiàn)問題，只需要直接追溯模型，修改仿真即可，對于控制器程序升級和后期維護(hù)提供便捷渠道。