汽车电子嵌入式操作系统
嵌入式系统在汽车电子领域中的应用
嵌入式系统在汽车电子领域中的应用第一章嵌入式系统的概念和概况嵌入式系统是由硬件和软件两部分构成的计算机系统，它通常被嵌入到产品中，用于控制、监控和调度等任务。
相比于普通计算机，嵌入式系统具有体积小、功耗低、可靠性高、效率高等优点，因此在各个行业领域中得到了广泛的应用。
在汽车电子领域中，嵌入式系统应用相当广泛，汽车电子产品像发动机控制、制动、座椅控制、音响、导航等需要嵌入式系统的支持才能实现。
第二章嵌入式系统在汽车电子领域中的应用2.1 汽车发动机控制系统以往的汽车发动机控制还依赖于人工调节，效果不尽如人意，而嵌入式系统可以实现准确而快速地控制，使发动机运行更稳定、更省油。
此外，嵌入式系统还可以实时监测发动机的工作状态，如果发现故障，自动进行报警并停机，从而保障了驾驶安全。
2.2 制动系统嵌入式系统可以对制动系统进行控制，在发现制动故障时，自动实现维修和调试，避免出现安全问题。
嵌入式系统还可以帮助汽车实现电子驻车功能，实现停放时车辆的牢靠。
同时，提供防抱死功能，避免在制动时车轮会卡死，发生交通事故。
2.3 音响系统现代汽车上音响系统的各种功能需要用嵌入式系统实现，通过嵌入式系统来控制音乐播放、CD机或DVD机的读取、虚拟环绕声等功能实现。
2.4 座椅控制系统嵌入式系统可以通过电脑控制汽车上座椅的运动，使乘客得到更好的乘坐体验。
在一些高端车型上，嵌入式系统甚至可以控制座椅加热或按摩，为乘客提供更高档次的乘坐体验。
2.5 导航系统嵌入式系统可以实现汽车导航系统的各种功能和导航信息的实时更新，以及在行驶过程中对路线的监控和调整。
通过嵌入式系统，导航系统还能支持语音控制，实时人机交互更加方便，实现驾车出行更加便捷。
第三章嵌入式系统在汽车电子领域中的优势3.1 体积小相比于传统计算机，嵌入式系统的体积要小得多，能够更好地嵌入到车辆的小型结构中。
这样，汽车的空间利用率更高，保留的载重和乘员位置也更多。
3.2 速度快嵌入式系统通常内置高速处理器，并进行了优化本身的源程序、算法等，比其他计算机运行更快，而且还能更好的控制汽车电子设备，让其运行更为平稳、更为可靠。
理想汽车的嵌入式系统与软件开发
理想汽车的嵌入式系统与软件开发嵌入式系统和软件的发展已经成为汽车行业的重要组成部分，为汽车提供了更高的性能、更广泛的功能以及更好的用户体验。
本文将重点探讨理想汽车的嵌入式系统与软件开发，旨在分析现有技术和未来发展趋势，为汽车制造商和开发者提供参考和指导。
一、嵌入式系统在汽车中的应用嵌入式系统是指嵌入到特定设备中的计算机系统，通常具有实时性、可靠性和稳定性等特点。
在汽车中，嵌入式系统扮演着关键角色，驱动着各种功能和服务的实现。
例如：1. 汽车控制系统：嵌入式系统控制着各种传感器、执行器和通信模块，使得车辆具备发动机控制、刹车系统、转向系统等基本功能。
2. 信息娱乐系统：嵌入式系统驱动着多媒体界面、导航系统、音频设备等，为驾驶员和乘客提供丰富的娱乐和信息服务。
3. 安全系统：嵌入式系统支持防抱死刹车系统（ABS）、稳定性控制系统（ESC）、主动安全系统等功能，提高行车安全性能。
4. 驾驶辅助系统：嵌入式系统支持倒车影像、自动泊车、盲点检测等，提升驾驶便利性和辅助性能。
二、理想汽车嵌入式系统的软件开发1. 要求分析：在开始软件开发之前，理想汽车制造商需明确系统和功能的需求。
这包括理解用户需求、市场趋势、硬件平台和软件架构等，以确保开发出符合期望的软件系统。
2. 软件设计：根据需求分析结果，软件设计师将制定软件架构、模块划分和接口定义等。
同时，设计师需考虑系统的性能、安全性和可靠性等方面，以提供合适的解决方案。
3. 编码与调试：开发团队将根据软件设计进行编码工作，并通过调试和测试策略来验证软件功能和性能。
在这个阶段，团队需要注重代码的规范性和可维护性，以确保后续版本的开发和维护。
4. 集成与验证：开发过程中，各个模块的软件需要进行集成测试，以确保不同模块之间的协同工作正常。
同时，系统需要经过验证阶段，验证其满足规范和用户需求。
5. 系统优化与升级：在汽车生产过程中，不断进行嵌入式系统的优化和功能升级是必要的。
嵌入式系统在智能汽车中的应用研究
嵌入式系统在智能汽车中的应用研究一、引言随着科技的进步，智能汽车已经开始逐渐进入人们的视野，成为未来汽车发展趋势。
智能汽车利用现代信息技术，将车辆和驾驶员与网络、传感器和计算机相连接，实现车辆自动化驾驶、能量管理、安全性控制等诸多功能，大大提高了汽车的安全系数、行驶效率和环保能力。
在实现这些功能的过程中，嵌入式系统扮演了至关重要的角色。
二、嵌入式系统的相关知识嵌入式系统是指被嵌入到设备内部，用于控制和监控各种操作的计算机系统。
它通常由处理器、储存器、输入输出接口和软件系统组成。
然而嵌入式系统的最大特点是在硬件资源和软件系统上具有高度的集成度。
因此，基于嵌入式系统的智能汽车技术具有多种优势，包括：1. 体积小、能耗低、可靠性高。
2. 能够支持高速数据传输与处理。
3. 支持并行处理，能够同时执行多个程序，并实现实时处理。
4. 具有高度可定制化和可扩展性能力。
基于以上优势，嵌入式系统被广泛应用于智能汽车领域，承担着许多重要的任务。
三、嵌入式系统在智能汽车中的应用1. 自动化驾驶自动化驾驶是智能汽车的核心部分，也是嵌入式系统的一个重要应用场景。
自动化驾驶是基于雷达、摄像头等感应器获取车辆周围的信息，再基于各种算法完成的车辆自主导航和自动化控制。
在自动化驾驶中，嵌入式系统负责识别交通标志、车辆行驶路径规划、车辆速度控制等任务。
在应对复杂多变的路况时，嵌入式系统对车辆的自主性和智能性发挥着至关重要的作用。
2. 能量管理在智能汽车中，电池是一项重要的能源来源，能否高效地管理电池的使用情况也关系到车辆的续航能力和安全性。
嵌入式系统在智能汽车中的能量管理模块可以实时监控电池的状态，并通过对锂电池、超级电容等能源进行管理，提高电池的使用寿命，提高车辆的经济性。
3. 车载通信智能汽车需要与外部环境进行信息交换。
因此，需要建立车辆内部与外部的通信机制。
嵌入式系统为车载通信提供了一个高效与可靠的运行环境。
通过嵌入式系统，汽车可以连通互联网，实现车辆的实时定位、数据共享以及远程控制等功能。
OSEK操作系统
OSEK操作系统简介OSEK（Open System for Embedded Automotive Control）是一种开放式标准的操作系统，主要应用于汽车领域。
OSEK操作系统包含了一个可扩展的实时调度器（RTOS），还提供了一些通用服务和标准接口。
OSEK操作系统不仅能够满足汽车电子系统的实时性、可靠性和可维护性等要求，还能够提升系统的可重用性和可扩展性。
目前，OSEK操作系统已经成为了欧洲汽车生产商的标准，被广泛应用于汽车电子控制系统开发中。
OSEK操作系统的发展历程OSEK操作系统起源于1993年，欧洲6家汽车巨头（BMW、Daimler-Benz、Fiat、Ford、GM和Volkswagen）共同制定并发布了OSEK标准。
随着时间的推移，OSEK标准不断完善，1998年发布了OSEK/VDX标准，对原标准进行了进一步的细化和完善，新标准系统地描述了OSEK的各个功能模块、接口和服务等，确立了OSEK操作系统在汽车电子控制系统上的地位。
OSEK操作系统的特点1. 可扩展性强OSEK操作系统的设计理念是“功能按需”，它将嵌入式系统的功能模块划分成若干个层次，每一层都提供各自的应用接口和标准服务。
用户可以根据实际需求自由添加或删除这些功能模块，并根据需要进行修改或扩展。
2. 实时性高OSEK操作系统的内核采用了基于优先级的实时调度算法，支持多任务和多线程，并提供了互斥锁、信号量、消息队列和事件标志等同步机制。
这些机制可有效保证应用任务之间的安全性和实时性，提高了系统的可靠性。
3. 可靠性强OSEK操作系统在设计上考虑了许多情况，使得其可以在面对不同的故障情况时都能够正确处理。
其内建的异常处理机制在遇到故障时，能够及时检测、报告并正确处理产生的错误。
4. 可移植性好OSEK操作系统采用了抽象层的设计思想，将系统内核和应用程序分离开，提供了标准的应用编程接口，可方便地在不同的硬件平台上移植和使用。
面向汽车电子的嵌入式软件开发应用软件的研究与分析
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嵌入式软件开发概述
汽车电子系统中的嵌 入式软件开发技术
汽车电子系统中的嵌 入式软件应用实例
汽车电子系统中的嵌入式 软件开发挑战与未来发展
结论
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嵌入式软件开发概 述
嵌入式系统是一种专用的计算机系 统，旨在执行特定的任务或功能
编码实现： 根据设计文 档进行代码 编写
测试验证： 对软件进行 测试和验证， 确保其正确 性和稳定性
部署维护： 将软件部署 到目标平台 上，并进行 后续的维护 和升级
工业控制领域
汽车电子领域
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智能家居领域
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医疗电子领域
嵌入式软件定义：指针对汽车电子系统进行设计、开发、测试、运行和维护的专用软件。 嵌入式软件特点：实时性、可靠性、安全性、可扩展性等。 嵌入式软件应用范围：汽车发动机控制、底盘控制、车身控制、导航系统等。 嵌入式软件开发流程：需求分析、设计、编码、测试、部署等。
嵌入式系统广泛应用于汽车电子、 智能家居、医疗设备等领域
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嵌入式系统通常与实际应用紧密结 合，具有实时性、可靠性和低功耗 等特点
嵌入式软件开发是针对嵌入式系统 的软件开发，涉及到硬件和软件的 协同设计、优化和测试等方面
需求分析： 明确软件的 功能和性能 要求
架构设计： 确定软件的 整体结构和 模块划分
可靠性挑战：硬件故障、 软件崩溃等
未来发展方向：提高安全 性和可靠性的技术手段
嵌入式软件在汽车电子系统中的重要性 嵌入式软件开发过程中的质量保证措施 软件测试的目的、方法及流程 未来发展趋势：自动化测试和持续集成
汽车嵌入式系统的开发流程(汽车电子技术)
输入信号由原有ECU通过旁路接口进行传递，并由ECU通过一个控制 流接口触发旁路函数的计算。当原有的ECU接收到旁路输出信号和检测其 拟真性后决定是否采用新输出值或转接到内部替代值。
常用的两种旁路技术工具：
ETAS公司的INTECRIO（如图6-12所示）和dSpace公司的MicroAutoBox （如图6-13所示）。
系统设计的错误不易发现； 软件与硬件协同调试困难； 排除错误花费时间较长； 模型实时性差； C程序移植性差。
7.1.2 V模式开发流程
可视化的V模式中，过程步骤和产品如图5-30所示，该过程覆盖了从设 计阶段的需求分析、功能设计与实现到组件、集成的测试再到最后的所有 工作。
V模式开发过程是如图5-31所示。开发过程为硬件和软件同时进行， 最后联合调试，如图5-32所示。
对于ECU能够处理的数据格式，Targetlink软件都能够提供相应的定标：2 底数幂定标；非2底数幂定标；含有0偏移限制或不含0偏移限制。如图6-15所 示。
Targetlink的主要特性和优点如表6-2、表6-3所示。
2019/6/29
现代汽车电子技术
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7.4 硬件在环测试
硬件在环测试是指采用真实的控制器，被控对象或者系统运行环境部 分采用实际的物体，部分采用实时数字模型来模拟，进行整个系统的仿真测 试。
基于模型化的功能设计有助于了解系统的功能，从而尽可能完整且无 矛盾地描述系统功能，并且在仿真模拟测试、功能校正和优化中体现更大 的灵活性和便利性。
技术系统结构必须考虑各种制约因素，如技术的和经济的制约，组织 结构和制造技术的约束。通过对逻辑系统结构分析和技术系统结构描述确 定技术系统结构，如图6-7所示。
嵌入式系统中的硬件设计与嵌入式软件开发
嵌入式系统中的硬件设计与嵌入式软件开发嵌入式系统是一种为特定应用领域设计的计算机系统，它通常用于工业控制、汽车电子、医疗电子、家电控制等领域。
嵌入式系统中的硬件设计和嵌入式软件开发是嵌入式系统开发的两个重要方面，本文将从这两个方面对嵌入式系统进行探讨。
一、嵌入式系统中的硬件设计嵌入式系统中的硬件设计是指对嵌入式系统中的电路图、原理图、PCB布局等进行设计和调试的过程。
嵌入式系统中的硬件设计需要涉及的内容包括：1. 电路设计：电路设计是嵌入式系统硬件设计的核心，它涉及到各种电子元器件的选择、电路图的设计、模拟仿真、PCB布局等。
电路设计的关键是要考虑嵌入式系统的实际工作环境、所需功能等因素，确保电路可靠性和稳定性。
2. PCB设计：PCB设计（Printed Circuit Board，印刷电路板设计）是指将电路设计的原理图转化为可生产的PCB板的布局设计。
PCB设计中需要进行线路布局、电源地贯通、干扰抑制等操作，以保证电路板的性能和可靠性。
3. 器件选型：嵌入式系统中需要选用许多电子元器件，包括微控制器、传感器、电源、连接器等。
在器件选型时需要考虑器件性能、价格、可获得性等因素，确保系统的性能和稳定性。
嵌入式系统中的硬件设计是一个比较复杂和重要的工作，需要设计人员具有扎实的电子技术知识和多年的实践经验。
二、嵌入式软件开发嵌入式软件开发是指在嵌入式系统中实现各种功能的软件开发过程。
嵌入式软件开发需要涉及的内容包括：1. 系统架构设计：系统架构是嵌入式软件开发的关键，它涉及到系统的软硬件接口、系统功能的划分、任务的分配等。
系统架构的设计需要结合系统的硬件设计情况和要实现的应用功能，同时需要综合考虑性能、可靠性、安全性等因素。
2. 软件编程：软件编程是嵌入式软件开发的核心，它涉及到基本的编程语言、实时操作系统（RTOS）的使用、调试和优化等。
在嵌入式软件开发中最常用的编程语言是C语言和汇编语言，在实时操作系统选择上需要使用嵌入式系统专用的RTOS，如uCOS、FreeRTOS等。
汽车电子控制系统中的嵌入式软件设计与开发
汽车电子控制系统中的嵌入式软件设计与开发随着科技的不断发展，汽车行业也在不断创新与进步。
如今的汽车不仅仅是一种交通工具，还具备了多种智能化功能，这都得益于汽车电子控制系统的发展。
而在汽车电子控制系统中，嵌入式软件设计与开发起着至关重要的作用。
汽车电子控制系统是指汽车内部的各种电子控制单元（ECUs）之间的互联与通信系统。
这些ECUs负责监控和控制汽车的各个部分，例如发动机、制动系统、空调系统等。
嵌入式软件则是在这些ECUs中运行的，在实现各个系统功能的同时，确保汽车运行的安全性和高效性。
在汽车电子控制系统中，嵌入式软件的设计与开发充满挑战。
首先，汽车电子控制系统需要满足严格的实时性要求。
比如，制动系统需要在驾驶员踩下制动踏板后立即响应，而发动机的控制也需要实时调整以适应不同的工况。
因此，嵌入式软件需要保证实时性，并能够在不同的工况下做出相应的决策。
其次，汽车电子控制系统需要具备高可靠性。
汽车是人们生活中不可或缺的一部分，驾驶过程中的任何故障都可能导致严重的后果。
因此，嵌入式软件必须经过严格的测试与验证，以确保其稳定性和可靠性。
同时，软件开发过程中需要考虑到不同的故障处理机制，比如容错、容忍和恢复功能的设计。
另外，汽车电子控制系统还需要考虑到资源的限制。
嵌入式软件在ECUs中运行，需要占用有限的内存和处理器资源。
因此，在设计和开发过程中，需要合理利用资源并进行优化，以保证软件的运行效率。
在汽车电子控制系统的嵌入式软件设计与开发中，还需要考虑到通信和网络的问题。
随着车联网技术的发展，汽车与外部世界的连接变得更加紧密。
嵌入式软件需要支持各种通信协议和网络技术，如CAN（Controller Area Network）总线、LIN（Local Interconnect Network）总线、以太网等。
同时，软件还需要保证通信的稳定性和安全性，以防止黑客攻击和数据泄露。
在实际的软件开发过程中，还需要遵循一些行业标准和规范。
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CAN
LIN
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使用过程模型进行堆栈优化
优点 多个互相协作的优先级等级 优化的实时行为，较短的反应时间
IR1
B
BasicTask 5
TASK
IR2
E
ExtTask 6
TASK Stack 1
E B
ExtTask 4
OSEK OS的特点
静态操作系统 RTOS
所有OS元素在编译之前被确定 节省系统资源，提高运行速度，任务时间可预期
事件驱动系统
根据优先级决定任务执行顺序 中断响应快，实时性高
资源和中断管理
防止优先级倒置，死锁等现象出现 提高系统可靠性
OSEK OS 定义一致性类（CC）
系统可升级 根据需求扩展OS功能
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大纲
概述 实时操作系统 OSEK/VDX 操作系统 Vector 的 osCAN osCAN的相关工具链
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大纲
汽车电子的软件趋势 实时操作系统的优势 OSEK/VDX 操作系统 Vector 的 osCAN osCAN的相关工具链
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OSEK Builder OIL
System Generator
User’s Code e.g. Appl
OSEK OS Kernel Compiler Version Control
OSEK COM OSEK NM
Linker
Download
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HW
HW
Awning Ctrl
Rain Sensor (Analog Input)
Light Sensor (Analog Input)
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汽车电子软件开发实例
嵌入式操作系统
Temperature (Analog Input)
汽车电子的发展
追求更强大的功能 动力性 舒适性 安全性 经济性 易用性
节点的复杂程度大大增加 更多的传感器 更多的电机 更多的存储设备 更复杂的控制算法
更复杂的 代码结构！
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软件发展趋势
代码量每年增长量超过25% 软件逻辑更加复杂，执行时间更长
占用资源S2
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试图访问资源S1
举例：优先级反转（Priority Inversion）
激活任务4 优先级 试图访问资源S1，被拒
任务4 任务3 任务2 任务1
susp. susp. susp. run
run ready run
汽车电子中的 嵌入式操作系统
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大纲
概述 实时操作系统 OSEK/VDX 操作系统 osCAN osCAN相关工具链
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Resource
Button (I/O Port)
H W
Window Ctrl
HW
Rain Sensor (Analog Input)
Resource
Awning Ctrl
Light Sensor (Analog Input)
Resource
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大纲
概述 实时操作系统 OSEK/VDX 操作系统 Vector 的 osCAN osCAN的相关工具链
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前后台系统的实时性
无操作系统的嵌入算法（前后台系统）
后台(任务级) 前台(中断级)
中断响应延迟时间
OSEK/VDX 操作系统
——国际标准的汽车电子实时操作系统
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OSEK/VDX产生背景
汽车电子嵌入式软件两大问题
兼容性差
不同OEM之间的协议差异大
供应商的开发周期长，成本高 版本管理难度高
重用性差
对于不同ECU非应用部分程序需要反复开发
无操作系统 任务数量 任务执行方式 资源管理 实时性 应用程序扩展性 占用ROM,RAM资源 单任务 主循环 无 任务响应时间等于主循环时间 对应用程序的修改将影响整体代码 无
实时操作系统 多任务 优先级抢占/非抢占 有 任务响应时间短 应用程序以任务形式出现，修改单独任务 不影响其它任务，有标准API 占用额外RAM和ROM，大小可剪裁
CAN / LIN communication
Compiler Linker
Generation Tool
Customer specific hardware
Executable
Data base
CANdb++
CANfbl
Flash Code
CANalyzer CANoe CANape
Physical bus
TASK Stack 2 TASK
E
ExtTask 2
嵌入式操作系统的作用
资源管理
Task1
RAM STACK
Task2
RAM STACK
SCI CAN SPI
合理管理RAM，堆栈等系统资源 防止不同任务对硬件设备的同时使用 实现应用程序和硬件平台的分离
EEPROM 。。。
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嵌入式操作系统的作用
软件构架
Task1
Task2
Task3
Task level
Event
Event
ISR
Interrupt level
帮助建立合理的软件结构 去除各功能模块之间的耦合性 AUTOSAR
Hardware
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Application
Operating System
osCAN
OIL
Application
Flash Programming
CANfbl
Re-Programming
Communication Stack
Message handling Hardware control
CANbedded Diagnostics
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OSEK/VDX规范
OSEK OS
Operating System
OSEK NM
Network Management
OSEK COM
Communication
OSEK TIME
不断需要增加、修改软件模块 软件开发人员数量增加，需要并行开发
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汽车电子软件开发实例
无操作系统
Temperature (Analog Input)
Window Ctrl
Button,Temperator, Rain Sensor, Light Sensor
Time-triggered Operating System
OIL
OSEK Implementation Language
ORTI
OSEK Run Time Interface
FT COM
Fault-Tolerant Communication
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OSEK/VDX发展与标准化
1993
OSEK委员会成立 与VDX联合 OSEK规范 V1.0
ISO17356-1 ISO17356-2 ISO17356-3 ISO17356-4 ISO17356-5 ISO17356-6 General Binding OSEK OS OSEK COM OSEK NM OSEK OIL
OSEK: Open Systems and their Corresponding Interfaces for Automotive Electronics
OSEK/VDX initial partners (Steering Committee)
-Adam Opel AG -BMW AG -Daimler AG -IIIT - University of Karlsruhe -GIE.RE. PSA -Renault -Robert Bosch GmbH -Siemens AG -Volkswagen AG