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汽车电子发展史1959年，集成电路制作的收音机开始在汽车上推广使用，拉开了汽车电子的应用开端。20世纪60年代，硅二级管整流器的出现，交流发电机开始替代汽车上使用的直流发电机。1960年，美国通用汽车公司最先使用晶体管电子电压调节器，从而在车用交流发电机上开始普及。发展史从20世纪60年代起，汽车制造商开始试图用电子技术来改善发动机和汽车的性能。1976年，通用汽车公司在世界范上第一次使用微处理器在汽车上，加上大规模、超大规模集成电路技术的快速的发展，从此极大的改变了汽车的性能。进入21世纪，汽车设计的主要问题依旧为安全和环保。电子技术的发展，为汽车向电子化、智能化、网络化、多媒体的方向发展创造了条件。由于汽车电子的飞速发展，使汽车由机械式汽车向电子式汽车转变。汽车电子-技术目标提高汽车动力性、经济性和安全性并改善汽车行驶的稳定性和舒适性。汽车电子-发展方向“绿色、环保、通讯是汽车电子的未来”“用户的态度、市场和外部条件将影响汽车电子的发展”汽车电子-控制系统特点汽车电子控制系统作为汽车中涉及安全、节能环保等关键系统，已成为目前世界各汽车强国竞相研发的热点。与消费电子和军用电子比较，汽车电子显示出了它的独特性。可以概括为如下几个特点：特点1：控制系统实时性要求非常高控制系统实时性要求非常高，以满足车辆高速移动时的安全性和发送机精确控制的需要。如：对发送机的点火正时和喷油脉宽的控制误差在0.1 A的数值范围，即在发动机3000r/min的工作转速下，该曲轴角度对应的时间为5.56s。汽车电子-控制系统特点特点2：必须能满足苛刻的、剧烈变化的环境要求必须能满足苛刻的、剧烈变化的环境要求。如温度变化：低温-40，高温60。.海拔高度、盐雾、潮湿、震动、光照、辐射、腐蚀气体、液体等等不利影响。而汽车上的电子控制系统必须能适应这些环境要求并能长期稳定工作。汽车电子-控制系统特点特点3：必须具有高度的灵活性和可靠性。必须具有高度的灵活性和可靠性。为了能够符合越来越严格的各种法规、标准等强制性标准和各种不同需求，必须要求汽车电子控制系统有足够高的灵活性(flexibility)和可靠性(reliability)以适应不同产品的定位要求、多变的外部环境。同时为了保证车辆安全，对电子控制系统也提出了诊断、容错和失效安全等要求。汽车电子-产品基本特点军用电子产品的品质消费电子产品的价格汽车电子-产品基本特点汽车电子控制系统基本组成单位是ECU(electronic control unit)电子控制单元,它通过网络连接成一个汽车电子控制系统。目前汽车电子控制系统在一辆车上形成一个网络化的分布式控制系统。汽车电子-产品基本特点ECU包括传感器、执行器和控制器等3个主要部分。其中控制器又可以分为微处理器本身、数据处理、和驱动等部分。传感器：可以测量系统内部和外部状态。执行器：将对应的控制命令转化为相应的力或运动，作用在被控对象上。有的还可以直接反馈到控制器。汽车电子-控制系统基本框架汽车电子-ECU硬件框架内部框架可分为5大部分：1 传感器接口电路；2-单片机及其外围电路；3-驱动执行器的功率放大器；4-对外通信电路如CAN总线；5-电路供电的电源部分。汽车电子-ECU硬件框架D-MCU结构：双单片机的结构。在设计电子控制系统是，尤其是设计数字核心部分，为了保证ECU的安全性和可靠性，往往采用一个主单片机和一个安全监控单片机，形成双单片机的结构。利用安全监控单片机（简单的8位单片机）监控主单片机的工作状态，以确保控制系统的安全性和可靠性。采用安全监控的双单片机架构，目前在电子节气门的汽油机电子控制系统、共轨柴油发动机控制系统、ABS控制系统、安全气囊控制系统以及变速器控制系统中成为经典应用。汽车电子-ECU硬件框架总结：由于汽车电子和半导体工业的发展，汽车级得各种专用芯片越来越多，导致汽车电子和控制系统的硬件设计越来越标准化和规范化，即硬件的可靠性越来越多的在器件的设计层面得到解决。相应的汽车电子控制系统软件的重要性得到提升。由于MCU的硬件更加直观，其中的器件和PCB板工艺更加容易扩散和仿制。汽车电子-ECU软件框架软件作为控制的灵魂和核心，对其编程、测试、验证和维护研发难度大的多。因此汽车电子与控制系统的软件，已经成为汽车电子控制系统中最核心、最关键部分。汽车电子-ECU软件框架基本静态层次框架：层次划分(从底层到高层)：1 基本输入输出BIOS(basic input output system)；2 处理器抽象层PAL(processor abstraction layer);3 硬件抽象层HAL(hardware abstraction layer);4 部件抽象层CAL(component abstraction layer);5 整车抽象层VAL(vehicle abstraction layer);6 操作监控层SUL(supervisor layer)。汽车电子-ECU软件框架从静态层次的划分方法可以引申出：1 硬件静态层次；2 软件静态层次;3 数据静态层次。汽车电子-ECU软件框架处于最底层的是BIOS，在硬件上，对应单片机内部的各个外围模块，如SCI接口、AD模块、SPI模块、定时器模块和I/O接口；在BIOS和PAL质检的硬件联系对应为MCU内部，从CPU连接到外围模块的电器接口；软件联系对应为信号的采集和输出模块，层序运行时间代表了CPU访问该外围模块的响应时间片，对应的数据为外围模块各个寄存器的物理地址和定义；汽车电子-ECU软件框架在HAL和PAL质检的硬件联系时单片机各个引脚和ECU各个硬件模块之间的电气接口关系，软件联系为BIOS的分配和设置，对应数据为信号处理电路参数；CAL和HAL之间的硬件联系时ECU对外的输入输出引脚定义；软件联系时电路的转换和处理逻辑关系，对应的数据为传感器的MAP图；汽车电子-ECU软件框架在VAL和CAL之间的硬件联系是物理变量的值，软件联系为对部件的测量和解释，对应数据为被控对象如发动机的MAP图；在SUL和VAL之间硬件联系时驾驶员的驾驶意图，软件联系为被控对象，对应数据是整车性能参数。汽车电子-软件框架之OSEK实际的汽车电子控制系统的软件是动态运行的，除了按静态层次划分外，还需要保证系统实时性要求的运行时序。为了保证控制系统多个任务的实时性，通常的软件设计方法有前后台模式和实时嵌入式操作系统模式。汽车电子-软件框架之OSEK前后台模式(foreground and background mode)1）所谓后台，就是一个无限循环，循环的执行多个事件，完成相应的操作，这部分软件通常在主程序main()中被调用；2）所谓前台，一般由中断服务程序组成，中断服务程序处理异步事件。后台可称为任务级，前台称为中断级。汽车电子-软件框架之OSEK由于汽车电子控制系统任务多，实时性要求高，因此越来越多的控制器采用嵌入式实时操作系统的设计框架，并且形成了国际标准和规范(ISO 17356).OSEK/VDX嵌入式实时操作系统作为软件平台。汽车电子-软件框架之OSEKOSEK解释来源于德语Offene Systeme und deren Schnittstellen fur die Elektronik imKraftfahrzeug的缩写。英文意思为Open systems and the corresponding interfaces for automotive electronics。中文可译为汽车电子开放式系统及其接口汽车电子开放式系统及其接口。汽车电子-软件框架之OSEKOSEK最初由欧洲的汽车制造商于1994年提出，后来逐步发展为汽车工业的全球标准。OSEK主要包括了4个部分：1 操作系统；2可执行语言；3 通信管理；4 网络管理。汽车电子-软件框架之OSEK操作系统操作系统(operating system,OS)包括操作系统功能元素的描述和定义。如任务、调度、事件、计数器、警报、资源和钩子等基本要数；以及如何定义应用程序接口如功能定义、类型定义、常数变量定义；还包括进程调度、优先级如何确定和优化的方法。通过操作系统的调度，可以灵活的适应汽车控制系统中的各种任务之间的嵌套。汽车电子-软件框架之OSEK采用实时操作系统(RTOS)的优点是能够协调多个任务之间的系统共享和进程调度，从而实现复杂的混合了事件触发和时间触发汽车电子控制系统的优化控制，保证系统的实时性和可靠性。汽车电子-软件框架之OSEK可执行语言可执行语言可执行语言在OSEK OS 的基础上，帮助开发人员具体定义应用程序。在嵌入式软件开发中，C/C+是最成熟、使用最广泛的语言。汽车电子-软件框架之OSEKMISRA标准C1994年，在英国成立了一个叫做汽车工业软件可靠性联合会MISRA(The Motor Industry Software Reliability Association)的组织。MISRA是一个致力于协助汽车厂商开发安全可靠的软件的跨国协会，成员包括：AB汽车电子、宾利汽车、福特汽车、捷豹汽车、路虎公司、Lotus公司、罗孚汽车、MIRA公司、Ricardo公司、TRW汽车电子、利慈大学和福特VISTEON汽车系统公司。汽车电子-软件框架之OSEK1998年MISRA发布了一个针对汽车工业软件安全性的C语言编程规范汽车专用软件的C语言编程指南(Guidelines for the User of the C Language in Vehicle Based Software),其中共有127条规则，称为：MISRA-C:1998汽车电子-软件框架之OSEKMISRA-C：1998的意义：国际标准化组织ISO的标准C语言经历从C90、C96到C99的变动，但嵌入式开发很难将ISO标准当做编写安全代码的规则。一个原因是标准C语言并不是针对代码安全，也不是专门为嵌入式应用设计；二来标准C语言内容庞大，很难操作。MISRA-C:1998弥补上上面的不足。汽车电子-软件框架之OSEK目前MISRA-C被很多汽车厂商所接受和应用。2004年MISRA出版了该规范的新版本MISRA-C:2004，并将面向的对象由汽车工业扩大到所有的高安全性要求系统。在MISRA-C:2004中共有强制规则121条，推荐规则20条，共141条，删除了15条旧规则。汽车电子-软件框架之OSEK“正确的观念重于一切”。MISRA-C规范很重要的意义就是提供一些建议，使开发人员逐步建立一些好的编程习惯和编程思路，并摈弃那些可能存在风险的编程行为，编写出更为安全、强健的代码。MISRA-C规范是对嵌入式软件开发的一种很好的完善。汽车电子-软件框架之OSEK下图为基于OSEK实时操作系统的软件开发模式：汽车电子-软件框架之OSEK通信管理通信管理(communication manager,COM)负责在任务间的数据通信服务或者通过中断服务进行的通信任务。不同的任务通信可以发生在同一个ECU之间，也可以是多个ECU之间进行的外部通信服务。OSEK COM 的目标是使应用软件具有良好的开放接口、良好的复用性能、良好的协调操作性能。而且通过通信接口能够将内部和外部通信之间的差别、不同的底层通信协议、总线类型和网络的差别隐藏起来，使得上层的应用独立于底层的通信。汽车电子-软件框架之OSEK网络管理网络管理(network manager,NM):基本目标是为了保证ECU之间通信的安全性和可靠性。网络管理有如下几个功能：1）OSEK各个层次之间的接口，如API接口2）适应不同总线协议的要求。如CAN、LIN、J1850、K-Bus等协议，以及相应的错误处理、状态统计算法；汽车电子-软件框架之OSEK3）适应不同的节点资源，如根据节点的啊哟球对NM进行缩放，或则定制；4）适应硬件设计需求，如适应协议电路或物理层电路的特性；5）能够使用非OSEK规范的基站管理和节点管理策略。更完善的资料请查看:网站汽车电子-AUTOSARAutomotive Open System Architecture汽车开放式系统架构定义了一套支持分布式的、功能驱动的汽车电子软件开发方法和电子控制单元上的软件架构标准化方案，以便应用于不同的汽车平台，提高软件复用，降低开发成本。AUTOSAR目前已成为汽车电子控制系统软件架构的全球规范 官方网站：.汽车电子-AUTOSAR汽车电子-AUTOSARAUTOSAR的的目标目标是为了解决汽车电子控制系统中的标准化、兼容性和扩展性等问题，希望控制系统的软件代码能够在不同的供应商之间具有可互换性、不同的车辆平台之间具有可互换性以及不同整车应用之间具有可互换性而提出的汽车软件架构。建立独立于硬件的分层的软件架构；提供方法并将应用软件整合至ECU中；制定各种车辆应用接口规范，作为应用软件整合标准；统一标准、分散实现、集中配置。汽车电子-AUTOSAR现状AUTOSAR开发成员在2007年发布了2.1版本使AUTOSAR的发展到达了一个稳定的阶段；随后通过几个不同的开发项目对AUTOSAR的通用性进行了测试；宝马集团已将符合AUTOSAR标准的ECU应用在全新的BMW7系量产车型中；在商业领域里，支持AUTOSAR标准的工具和软件供应商已推出了相应的工具和软件，提供需求管理，系统描述，软件构件算法建模，软件构件算法模型验证，软件构件代码生成，RTE生成，ECU配置以及基础软件和操作系统等服务，帮助OEM实现无缝AUTOSAR系统软件架构开发流程。目前AUTOSAR版本为4.1版汽车电子-AUTOSARAUTOSAR是为了使用汽车电子系统有如下几个要求：1）管理越来越复杂的电气电子控制系统；2）提高产品改进、升级和更新时的灵活性；3）提高不同产品之间的移植性和扩展性；4）提高产品质量和可靠性。AUTOSAR要求将电子控制系统的失效概率降低到10件/h5）在设计阶段更早地发现错误等。汽车电子-AUTOSAR汽车电子控制系统架构汽车电子-AUTOSARAUTOSAR软件架构汽车电子-AUTOSAR每个ECU内部的软件划分为:1）AUTOSAR软件部件（software components,SW-C）2）实时运行环境（runtime environment,RTE）3）基本软件模块（basic software,BSW）基本软件模块又可分为：服务层（Services Layer）ECU抽象层（Abstraction Layer）微控制器抽象层（MAL）汽车电子-AUTOSAR复杂驱动（Complex Layer）由于对复杂传感器和执行器进行操作的模块涉及到严格的时序问题，在AUTOSAR中这部分没有被标准化。汽车电子-AUTOSAR在上层的SW-C之间通信方式上，还定义了虚拟功能总线(virtual function bus,VFB)汽车电子-AUTOSARVFB是所有通信机制的总称，即包括了ECU内部的通信，也包括了不同ECU之间的通信，VFB是SW-C能够独立于ECU的具体硬件环境，从而实现自由地移植和扩展。汽车电子-AUTOSARSW-C层能够独立于底层硬件、具有标准接口定义的软件模块，通过标准化的描述方法，不同的SW-C通过VFB实现通信。在网络化地环境下，SW-C可以分配到不同的ECU中，AUTOSAR提供网络环境下不同ECU的资源和配置的描述方式，这些描述方式和SW-C的描述方式是独立的。汽车电子-AUTOSAR基本软件基本软件包括嵌入式实时操作系统、控制器抽象层、ECU抽象层以及复杂设备的驱动模块。简单地说，基本软件部分包括了操作系统和底层ECU的硬件驱动。具体说，基本软件部分包括：控制器抽象层、ECU抽象层、系统服务层和实时运行环境。汽车电子-AUTOSAR基本软件基本软件控制器控制器抽象层抽象层是基本软件中最底层的软件层，包括了内部的驱动模块，即直接访问微处理器内部周边模块和外部存储器的软件模块。该层使得调用它的软件能够独立于挡片的寄存器运行。包括：DIO、ADC、PWM、EEPROM、Flash、WatchDog、SPI、IIC、SCI、CAN等等。汽车电子-AUTOSAR基本基本软件软件ECU抽象层抽象层直接与控制器抽象层接口，同时包含了外部设备的驱动。通过该层，上层程序可以在不知道周边模块和设备地址的单片机引脚情况下，正确地访问和使用这些周边模块和外设。汽车电子-AUTOSAR基本基本软件软件系统系统服务层服务层是基本软件中的最高软件层，它通过ECU抽象层访问输入输出信号，并为上层的应用和其他基本软件模块提供服务，从而实现了将上层的应用和底层的硬件彻底分开的目标，也就保证了上层应用即SW-C的兼容性、扩展性、可交换性。汽车电子-AUTOSAR基本基本软件软件实时实时运行环境运行环境为上层的SW-C之间或则传感器和执行器部件之间提供通信服务，在该层之上的软件，不再成为“层”，而改为部件，包括软件部件和传感器部件或则执行部件。所谓部件就是代表了不能再细分到不同ECU中去的软件模块，是上层算法中最小软件单元。汽车电子-AUTOSAR方法论主要步骤分为两个阶段1）系统配置阶段2）ECU配置阶段汽车电子-AUTOSAR方法论1）系统配置阶段属于系统级设计决策阶段。首先编写系统配置输入文件，为XML类型的文件，应用软件的描述术语在AUTOSAR中为软件构件（Software components),该文件将确定需要使用的软件构件（即系统需要哪些功能）和硬件资源（ECU）,以及整个系统的约束条件。AUTOSAR提供了一系列模板和标准的信息交换格式，从而简化系统设计的工作，最终系统设计者只要使用工具填充或编辑相应的模板即可到处系统配置输入文件。汽车电子-AUTOSAR方法论系统配置输入包含三部分内容，第一个输入是软件构件描述，定义每个需要的软件构件的接口内容，包括数据类型、端口、接口等；第二个输入是ECU资源描述，定义了每个ECU的资源需求，如处理器、外部设备、存储器、传感器和执行器等；第三个输入是系统约束描述，定义总线信号，拓扑结构和软件构件的映射关系。系统配置阶段接下来的工作是将初步获得的系统配置输入文件借助系统配置生成器生成系统配置描述文件，同样为XML文件，这是系统配置阶段的最终工作成果。该文件包含所有的系统信息，包括将软件构件映射到相应的ECU上，以及通信矩阵上。汽车电子-AUTOSAR方法论2）ECU配置阶段这个阶段需要对系统中每个ECU分别进行。首先是使用第一阶段的工作成果系统配置描述文件，从中提取与各个ECU相关的系统配置信息，提取的信息包括ECU通信矩阵、拓扑矩阵、顶级功能组合，并放在另一个XML文件中。然后进入ECU配置的实际工作中，这一步负责往输入对象中添加具体应用所必需的信息，如任务调度、必要的BSW模块、BSW配置信息、给任务分配的可运行实体等。这一步的结果被放在ECU配置描述文件中，包含具体ECU所需的所有信息。最后一步是生成具体ECU的可执行程序，此步将根据ECU配置描述文件中配置信息构建完成ECU的基础软件的设置和与基于AUTOSAR构件的应用软件的集成，最终生成ECU的可执行代码。汽车电子-AUTOSAR标准化的应用接口通过RTE实现AUTOSAR软件构件（即应用程序）相互间的通信以及软件构件与基础软件之间的通信的前提是，软件构件必须具有标准的AUTOSAR接口。目前已经提供了一些典型的汽车电子应用领域的标准接口。按照功能逻辑分别将各个领域的系统划分为若干个模块。这些模块可视为一个软件构件或多个软件构件的组合，这些功能性的软件构件的接口被明确定义，所定义的接口的内容包括名称、含义、范围、数据类型、通信类型、单位等等。应用软件开发者在软件构件的设计与开发时需要应用这些接口定义。汽车电子-AUTOSAR总结AUTOSAR正在成为现实，建立这样一个标准化平台并贯彻标准化，将会缩短新产品的研发时间和测试时间，从而帮忙企业实现快速的市场反应。在市场上不少工具和软件供应商都已推出了符合AUTOSAR标准的工具和软件支撑，可为AUTOSAR系统的设计和开发提供完整的无缝的解决方案。AUTOSAR是汽车电子软件平台标准化的历程中的一个巨大飞跃。但在整个汽车行业内打破传统的软件开发平台需要相当长的一个过程。在这个过程中，我们可以混合AUTOSAR和传统软件开发的方法，实现向AUTOSAR平滑升级。这个过程中，理解AUTOSAR的理念和思想最重要，因为它对汽车电子软件开发的工作流程和商业模式都将带来深远的变革。