嵌入式软件模型化开发

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1、嵌入式软件模型化开发随着现今社会的进步和发展，嵌入式系统开发经逐步面临着市场需求多样性与开发实现快速性之间的矛盾。然而传统的嵌入式系统开发模式，从需求分析、设计、实现到测试的顺序开发过程中由于开发环节较多、中间文档较多，常导致各开发环节之间的衔接存在很大的不确定性和潜在的遗漏危机，一旦在最终实现和测试阶段出现了明显的错误或是需求不满足的情况，则无法进行跨越阶段的重复设计，只能从头开始设计和实现，这样将无法满足市场对产品开发周期的快速性需求，使嵌入式系统开发陷入设计瓶颈。目前，依靠手工编程的设计流程已经很难胜任新的开发需求，而且通过手工编写的代码容

2、易产生程序缺陷。查找和解决这些问题不仅要花费大量的人力和时间，有时甚至会导致软件的重新开发。特别是在对安全系数要求较高产品上，出现程序缺陷会直接关系到人身安全。因此，近几年汽车电子行业的一些龙头企业已经通过代码自动生成的方法逐步取代了传统开发模式下的手工编程，收到了良好的效果[1],这就是模型化的嵌入式软件开发方法。一、基于模型的设计方法1.1基于模型设计思想简介基于模型的设计（ModelBasedDesign），就是在系统的设计过程之中，所有信息传递、工作的核心与基础都是若干模型，所有工程师都利用同一的模型完成自己关注的开发任务。如今基于模型的

3、设计思想已经被大家广泛的认可，基于模型的设计流程使用的是框图化开发环境，系统开发工程师在这个环境中构建嵌入式系统的可执行模型。1.2传统设计方法与基于模型设计方法的对比1传统设计方法的缺陷传统的开发手段是自顶向下、逐步细化的“瀑布式”开发手段，如图1所示。软件工程师以手工编程方式实现控制逻辑控制逻辑根据目标需求设计系统结构将程序代码固化于硬件电路中硬件工程师设计并制造硬件电路对产品进行测试和验证系统工程师设计控制方案图1嵌入式系统传统设计方法在传统的设计过程中，不同类型的工程师彼此交换自己的设计成果，逐步细化设计任务，直到完成最后的产品。这种自顶

4、向下的开发流程具有快速便捷、易于实现的特点。但是，随着嵌入式系统本身复杂程度的增加以及设计研发周期缩短和市场的压力等诸多原因，传统的设计开发手段逐渐暴露出许多问题。首先在传统的开发手段中，在不同阶段彼此之间传递的信息需要依赖文档，例如需求分析报告、系统详细设计规范、设计任务书、设计报告等。由于工程人员总会存在针对文字理解的二义性问题，因此即便是文档本身没有错误，可能也会由于理解上的误差而引起系统设计、实现的错误。其次，由于设计的嵌入式软件算法需要有专门的硬件生产出来之后才能够进行测试，因此，一些设计错误要在软/硬件产品都具备之后才能够进行集成与测

5、试。但是这时发现错误就很难找出错误的原因，既有可能需要重新编写软件，甚至由于产品的更新换代造成整个计划的取消[2]。这个问题很难从根本上避免。在传统的设计手段中，整个程序都是利用手工编写的。使得系统的开发必须面对程序缺陷不断严重的现实，甚至程序缺陷还未解决，产品就已经更新换代。再次，无法做到所有开发人员都有同样的责任心，无法避免开发人员出错的可能性，最系统维护时也会遇到很大的困难。2基于模型设计方法的优势在基于模型的系统设计过程中，执行不同设计任务的工程师彼此在统一的环境下完成开发工作，在他们之间传递的不仅仅是设计文档，还包含系统模型。当需要具体

6、实现产品或者进行集成测试时，只要通过自动代码生成就可以迅速地完成代码生成、硬件实时仿真与测试，避免了大量的手写代码工作。这种方法主要解决了传统设计手段中手写规范文档、测试工作在后期阶段的主要问题。模型工具选择Mathworks公司推出的Simulink/Stateflow可视化建模环境，为嵌入式系统的控制逻辑关系提供了一个平台及开发流程。通过加入可视化图形设计、快速原型化、迭代设计、系统仿真等众多新的元素，并在传统的顺序开发基础上提出了基于模型的设计流程和V字型软件开发模式，如图2所示。反馈问题，更新需求开发产品客户需求分析Simulink/St

7、ateflow建模实车检测对模型进行仿真测试软件ECU在环根据模型自动生成代码并开发硬件电路图2基于模型设计的控制系统开发流程图2是基于模型设计的控制系统开发流程，其符合经典V型控制系统开发流程的各个阶段。首先根据客户需求分析，利用Simulink及Stateflow工具进行目标模型和控制算法的初步建立。建立模型后，在Simulink环境下对目标模型及控制算法进行离线仿真测试，测试通过后利用RTWEC工具箱自动对控制逻辑生成代码。然后手工编写或用微控制器自带的工具生成与微控制器直接相关的底层控制驱动代码，经过规范有效的代码整合，供相应微处理器下载

8、使用[3]。接下来就可以用下载了目标程序的ECU，利用硬件在环实时仿真环境，进行软件（ECU）在环测试，为实车测试做准备。最终实现产品开