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汽车电子控制器硬件抽象与软件开发

汽车电子控制器硬件抽象与软件开发

作者：刘佳楠电子科技大学

学位级别：硕士

汽车电子控制系统是汽车车身控制、底盘控制和动力控制的关键核心。而软件技术是汽车电子的核心技术,随着汽车电控系统功能日趋丰富和结构日趋复杂,汽车电子所涉及的软件设计工作量和软件结构复杂性也越来越大,如何能够在多种硬件上复... 详细信息

汽车电子控制系统是汽车车身控制、底盘控制和动力控制的关键核心。而软件技术是汽车电子的核心技术,随着汽车电控系统功能日趋丰富和结构日趋复杂,汽车电子所涉及的软件设计工作量和软件结构复杂性也越来越大,如何能够在多种硬件上复用底层软件,减小人力成本,提高可靠性,成了目前备受关注的问题。本文以汽车电子基础软件平台体系规范为基础,通过对国内外相关技术和标准的充分研究,以及汽车电子控制系统硬件平台的详细调研,研究汽车电子硬件抽象的关键技术,设计开发汽车电子基础软件平台中的硬件驱动软件模块,并实现对电子控制单元（ECU）和微控制器外部设备的抽象,为汽车电子基础软件平台中其他相关的软件组件,如嵌入式实时操作系统与系统服务、存储服务、通信服务等各种服务及管理组件（包括驱动自身的管理组件）提供支持和功能调用、以及系统的引导启动、系统软件加载等支撑服务。其中主要介绍了I/O设备硬件驱动和I/O设备硬件抽象的设计实现方法,以及CAN设备驱动和CAN设备硬件抽象的设计。并在9S12XEP100的芯片平台上验证了I/O设备硬件抽象和CAN设备硬件抽象。本课题的研究成果有效地屏蔽底层硬件的多样性,上层操作系统和各类服务不再直接面对具体的硬件环境,使硬件系统与软件系统得到很好的分离,大大提高了移植性和重用性。课题成果将应用于国内自主品牌汽车,提供与硬件驱动及抽象软件相关的向产业化平台移植、集成及相关的技术支持服务。

关键词：汽车电子硬件抽象 CAN设备 I/O设备

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天然气发动机控制器驱动软件设计

车用发动机 2012年第2期 7-10,16页

作者：宋君花徐权奎王都冒晓建卓斌上海海能汽车电子有限公司技术中心上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

分析了天然气发动机电控系统结构和功能,开发了天然气发动机ECU的驱动软件。设计了天然气发动机ECU硬件抽象层,其中可配置的输入输出硬件抽象可以实现ECU匹配不同的传感器。可配置的发动机运行时序对机械系统具有通用性;实现了ECU通信... 详细信息

分析了天然气发动机电控系统结构和功能,开发了天然气发动机ECU的驱动软件。设计了天然气发动机ECU硬件抽象层,其中可配置的输入输出硬件抽象可以实现ECU匹配不同的传感器。可配置的发动机运行时序对机械系统具有通用性;实现了ECU通信程序的复用以及对程序空间的合理分配。设计的天然气发动机控制器在天然气发动机台架上进行了试验验证,试验结果表明ECU驱动软件稳定可靠,可以实现稳定的控制功能,发动机在中高速大负荷工况经济性好,适合重型车的需求。

关键词：天然气发动机控制器驱动软件硬件抽象可配置台架试验

参照AUTOSAR标准的存储器驱动模块的研究与实现

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参照AUTOSAR标准的存储器驱动模块的研究与实现

作者：项晨复旦大学

学位级别：硕士

随着汽车工业的发展,汽车电子越来越受重视。各种嵌入式系统被广泛地用于汽车电子之中,良好的汽车电子软件可以增加汽车的舒适性,保证车辆的安全,为用户提供便捷的操作。在所有汽车电子软件中,存储器模块起到了至关重要的作用。本文实... 详细信息

随着汽车工业的发展,汽车电子越来越受重视。各种嵌入式系统被广泛地用于汽车电子之中,良好的汽车电子软件可以增加汽车的舒适性,保证车辆的安全,为用户提供便捷的操作。在所有汽车电子软件中,存储器模块起到了至关重要的作用。本文实现的存储器模块驱动采用层次化的结构设计方法,针对汽车电子应用特点,对底层的物理存储器进行抽象,包含一个功能齐全,可配置的底层驱动模块和一套统一的硬件抽象接口。不仅极大地简化了对存储器的操作,提高效率,而且也实现了上层软件的平台无关性,降低软件的开发复杂度,提高软件的可移植性和复用性。同时参照汽车开放式系统架构——AUTOSAR标准对进行设计,使存储器模块具有广泛的适用性。本论文的主要内容包括：1,研究国内外汽车电子发展现状,分析AUTOSAR标准,着重研究了标准中的uC抽象层和ECU抽象层中的存储器相关的部分。2,选择Freescale的MPC5634微控制器,设计并实现Flash驱动程序以及Flash模拟EEPROM。3,参照AUTOSAR标准,实现了层次化,可配置,统一接口的存储器模块,包含Flash模块以及FEE(Flash EEPROM Emulation).4,按照AUTOSAR的测试标准,对存储器模块进行测试,并分析测试结果。

关键词：硬件抽象 AUTOSAR Flash FEE 汽车电子底层驱动 MPC5634 C90FL

异构信号处理平台软件框架关键技术研究与实现

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异构信号处理平台软件框架关键技术研究与实现

作者：贺靖卿解放军信息工程大学

学位级别：硕士

无线通信技术越来越复杂、灵活,技术开发者如何快速满足市场需求、提交解决方案,一直是无线通信研发的热点。软件无线电作为一种较好的解决方法,一经提出就获得了广泛的关注,并取得了很大的进展。现有应用于信息通信领域的高性能异构平... 详细信息

无线通信技术越来越复杂、灵活,技术开发者如何快速满足市场需求、提交解决方案,一直是无线通信研发的热点。软件无线电作为一种较好的解决方法,一经提出就获得了广泛的关注,并取得了很大的进展。现有应用于信息通信领域的高性能异构平台,如ATCA、CPCI、VPX等,其内部承载着大量不同类型的处理器,包括FPGA、DSP、GPU、GPP等。如何在这些异构平台上构建统一的软件化信号处理软件框架,成为研究的热点。本文以轻量化、高性能信号处理平台应用需求为背景,针对软件框架中硬件虚拟化、资源分配与实时调度等关键技术展开研究。主要工作如下:1、针对异构平台软硬件紧耦合的问题,本文提出了一套基于硬件建模的硬件虚拟化方法。该方法将异构平台抽象为平台、板卡、处理器、通讯节点与总线连接等要素,给出了一种操作系统虚拟化、设备管理服务、路由转发服务的实现方案。通过典型多平台的实例验证,表明了该方法的有效性。2、针对同步数据流模型对软件框架运行调度性能影响的问题,本文借鉴已有模型化设计方法,基于开源软件框架GNU Radio,提出了一种改进的、基于拓扑矩阵(Topology Matrix)的缓存分配策略。DQPSK应用测试表明,新的框架仅仅以最多牺牲50%的吞吐量为代价,换取了运行框架应用延迟和内存占用的下降,其中延迟时间缩短60%以上。3、面向信号处理平台自动部署应用的需求,本文在研究软件框架ALOE(Abstraction Layer and Operating Environment)应用自动部署机制和部署算法的基础上,从算法节点选择过程中丢弃节点的角度,提出了一种降低算法复杂度的加窗动态算法。仿真测试表明,该算法能够适当降低算法复杂度并获得用户可容忍的部署有效性。

关键词：软件定义无线电软件框架软件通讯架构 GNU Radio 抽象层暨操作环境硬件抽象同步数据流模型应用部署决策回溯法

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无线传感网络节点资源管理的研究与实现

无线传感网络节点资源管理的研究与实现

作者：陈杰浙江大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量传感器节点通过无线自组织的方式构成的网络。它结合了计算，通信，传感器三项技术，在森林防火，环境检测，以及军工等各个领域都有广泛的应用，是当前的研究热点之一。无线传感... 详细信息

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量传感器节点通过无线自组织的方式构成的网络。它结合了计算，通信，传感器三项技术，在森林防火，环境检测，以及军工等各个领域都有广泛的应用，是当前的研究热点之一。无线传感器节点是构成无线传感器网络基本单元，节点一般成本低廉，易于在复杂的环境中大规模地进行部署。但是，低廉的成本同时意味着节点的资源十分有限，包括节点处理器的计算能力，内存大小以及能量，如何在节点操作系统中有效地管理和使用这些资源是节点操作系统研究中非常有挑战性的研究方向。与此同时传感器节点上运行的应用程序复杂多样，传感器节点操作系统需要满足不同的应用程序对节点资源的不同需求，既要提供一定的抽象封装性，又需要提供一定的灵活性适应多种应用程序的需求，例如TinyOS的多层抽象体系就能满足不同应用程序的不同需求。另外，由于节点内存十分有限，需要低开销而且相对高效的内存管理方法来充分使用有限的内存。最后考虑到节点的供能系统往往为普通电池，需要有效利用有限的能量尽可能地延长节点的工作寿命。针对以上传感器节点的特点，论文对外设资源管理，内存分配管理，能量管理三个方面提出了有效的资源管理方案。论文提出的资源管理基于事件驱动的编程模型而不是传统的多线程编程模型，因为事件驱动是被大多节点所广泛使用的编程模型。论文提出了用统一的抽象模型来对所有的外设资源进行抽象，这样既方便了操作系统的移植又为应用程序提供了统一的服务接口，同时为外设资源维护一个服务队列来减少频繁申请释放外设所带来的开销。在内存的管理上，在静态内存管理的基础上，提出使用应用程序自定义内存池和系统内存池相结合的内存管理方法并取得了良好的实验效果。最后论文提出根据不同的外设提出不同的能量管理，并且由系统维护外设引用位图作为处理器能量模式切换的判断依据，以减少能量决策时的时间开销。

关键词：事件驱动硬件抽象位图服务队列访问接口能量管理

流媒体业务中间件之嵌入式播放器的设计与实现

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流媒体业务中间件之嵌入式播放器的设计与实现

作者：马思超复旦大学

学位级别：硕士

随着嵌入式系统和多媒体技术的发展,嵌入式多媒体系统得到了越来越多的重视。同时,市场对嵌入式多媒体系统的需求也越来越大。从早期的MP3播放器,到现在的移动手机播放器,以及正在悄然兴起的数字网络电视系统,对嵌入式多媒体播放器功能... 详细信息

随着嵌入式系统和多媒体技术的发展,嵌入式多媒体系统得到了越来越多的重视。同时,市场对嵌入式多媒体系统的需求也越来越大。从早期的MP3播放器,到现在的移动手机播放器,以及正在悄然兴起的数字网络电视系统,对嵌入式多媒体播放器功能的要求也越来越高。编解码技术的进步使得以往的单一固定类型播放系统的局限性正逐步体现出来,无法扩展的播放系统必将被市场所淘汰。而现有的嵌入式媒体播放系统都是针对专门应用设计开发,局限性很大。因此,对新型的支持多标准、多解码器、运行效率高、并且移植性好、可扩展性强的新型嵌入式媒体播放框架的研究也就显得迫在眉睫了。本文设计并实现的内容是实验室流媒体业务中间件项目中的一部分,对于中间件上层的应用开发者来说,他们并不希望过多的关注媒体播放的实现细节,因此,一套通用的媒体播放系统需要被设计并实现,该系统除了必须满足上文提及的新型播放器框架的特点外;在底层还需适配多种编解码和输出硬件,能支持多种音视频编码规范。另一方面,实时流媒体应用中质量监测和控制的需求也使得本系统要支持灵活的数据过滤和模块重构。基于上述需求,综合国内外现有研究成果,本文做出了以下研究与实现：首先对数据解码,音频和视频输出这三个与底层平台实现相关的模块进行硬件抽象,向上封装成统一的本地接口,硬件抽象层的实现在各个系统中可能是不同的,需要编写代码去继承相应的类并实现通用的接口函数。此外,对于媒体数据流的控制与流程管理则利用动态插件框架来完成,该框架采用基于插件机制的数据组合方法,可以自定义媒体播放过程中各个模块的内部逻辑,方便与硬件抽象层接口进行集成,同时也利于添加流媒体业务质量插件以获取实时的数据监测反馈和对数据进行差错控制。最后,嵌入式播放器向开发者提供可扩展的统一媒体接口,供实际应用调用。实验结果表明,该设计可以在多款嵌入式平台上被实现,在提供流畅的流媒体服务的同时,系统本身也可以被方便的扩展。另一方面,流媒体服务质量监测和控制功能也可以通过插件方式被播放器集成和更新,以提供更好的用户体验。

关键词：流媒体播放器硬件抽象插件机制质量监测质量控制

参照AUTOSAR标准的汽车电子板级支撑平台设计与实现

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参照AUTOSAR标准的汽车电子板级支撑平台设计与实现

作者：吕炜烽浙江大学

学位级别：硕士

嵌入式系统应用越来越广泛，汽车电子产业进入高速发展时期。随着人们对汽车舒适性、安全性等需求的不断提高，汽车电子领域软件功能剧增，控制系统日趋复杂。软件系统的移植和复用变得更为重要。汽车电子板级支撑平台采用层次模块化的... 详细信息

嵌入式系统应用越来越广泛，汽车电子产业进入高速发展时期。随着人们对汽车舒适性、安全性等需求的不断提高，汽车电子领域软件功能剧增，控制系统日趋复杂。软件系统的移植和复用变得更为重要。汽车电子板级支撑平台采用层次模块化的结构设计方法，针对汽车电子的应用特点对底层硬件进行抽象，包含一个功能丰富、可配置的底层驱动库和一套统一的硬件抽象接口。不仅极大简化硬件操作，提高效率，而且实现上层软件的平台无关性，降低软件开发复杂度，提高软件的可移植性和复用性。同时参照欧洲的汽车开放式系统架构AUTOSAR标准进行设计，使得支撑平台本身具有良好的扩展性和广泛的适用性。本论文的主要内容包括：1．调研了国内外汽车电子发展状况，并分析最新的AUTOSAR标准，特别研究了其中与硬件抽象相关部分。2．总结了目前嵌入式系统领域采用的硬件抽象技术，包括：板级支持包技术和通用硬件抽象层技术，分析了两者的局限性，并在此基础上提出板级支撑平台概念。3．参照AUTOSAR标准，按照层次化、模块化的架构设计了板级支撑平台。4．选择飞思卡尔公司HCS12系列微控制器，详细分析了在该硬件平台上实现板级支撑平台应完成的具体工作。5．将实现的HCS12板级支撑平台移植到浙江大学ESE工程中心开发的SmartAMT当中，并分析了应用效果。本文的重点在于板级支撑平台的架构设计、模块实现以及具体应用。

关键词：板级支撑平台硬件抽象 AUTOSAR 汽车电子底层驱动

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基于CK-CPU的可编程控制器研究与实现

基于CK-CPU的可编程控制器研究与实现

作者：沈炜钏杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着中国制造2025的提出,可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)因其高可靠、编程简单、高效低耗、系统灵活等优点,在工业自动化领域扮演着越来越重要的角色。但国内的PLC市场长期被国外厂商占据,拥有自主产权的PLC十分... 详细信息

随着中国制造2025的提出,可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)因其高可靠、编程简单、高效低耗、系统灵活等优点,在工业自动化领域扮演着越来越重要的角色。但国内的PLC市场长期被国外厂商占据,拥有自主产权的PLC十分稀少,核心技术缺乏,尤其是其硬件平台,大部分采用国外,国产化程度远远不够。而CK系列处理器(CK-CPU)是由阿里巴巴旗下平头哥研发的、全自主产权高性能32位嵌入式处理器,有着极其广阔的应用前景。本文在对PLC系统进行深入研究和详细分析的前提下,提出了一种基于CK-CPU硬件平台的PLC构建方法并加以实现,为国产嵌入式处理器的发展添砖加瓦,同时为PLC领域的“卡脖子”问题提供了一种解决方法。本文主要工作如下:(1)提出了基于CK-CPU的PLC硬件抽象方法。采用嵌入式构件技术将CK-CPU的硬件资源封装、抽象,并实现了硬件构件库。然后通过变量映射表建立硬件资源与PLC软元件的映射关系。该方法降低了PLC软件系统的耦合度,提高了可扩展性,同时为构建PLC提供了底层支持。(2)结合PLC硬件抽象方法,提出了基于CK-CPU的PLC构建方法。该方法包括PLC硬件系统结构设计,以及存储管理、Bootloader、控制引擎、通信模块等软件模块设计。针对数据地址离散的情况下Modbus协议传输效率低的问题,提出了一种改进的通信协议,提高了通讯效率。(3)针对PLC中信号扫描周期和精度不同引起的运行效率和可靠性下降问题,提出了一种面向嵌入式PLC的动态任务调度算法DTO-IT(Dynamic Tolerance And Interrupt Time Scheduling Algorithm),实验结果表明,该算法在不增加硬件资源开销的同时,提高了PLC的实时性。(4)将提出的PLC构建方法应用于智能新风系统。设计了基于PLC的智能新风系统的软硬件系统。通过梯形图语言编写了智能新风系统的控制逻辑,并将其应用于实际场景中。应用结果表明,智能新风系统满足控制要求,准确可靠、方便易用,证明本文提出的基于CK-CPU的PLC构建方法具有可行性。本文提出的基于CK-CPU的PLC构建方法与自主研发的开发平台相结合,其硬件系统、软件系统以及开发平台共同组成了全自主化的PLC系统,为PLC自主化研究做出贡献,具有非常现实的意义。

关键词： PLC 硬件抽象嵌入式系统任务调度软件构件

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一种通用化1553B总线软件设计方法

单片机与嵌入式系统应用 2020年第3期20卷 67-69,73页

作者：朱亚杰池卫红蔡帅董婷杨明明北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室

针对1553B总线通信协议业务的多样化所产生的软件可复用性低问题,深入分析了1553B总线通信特点,结合硬件抽象设计思想,提出一种通用化软件设计架构,引入对总线业务参数的特征识别、分析,在对总线接口进行硬件抽象的基础上自主完成接口... 详细信息

针对1553B总线通信协议业务的多样化所产生的软件可复用性低问题,深入分析了1553B总线通信特点,结合硬件抽象设计思想,提出一种通用化软件设计架构,引入对总线业务参数的特征识别、分析,在对总线接口进行硬件抽象的基础上自主完成接口芯片配置,并获取配置监控参数,完成设计要求的通信功能,既提升了软件复用性,又降低软件故障率和管理成本,目前该软件设计方法已在多个工程产品中得到应用。

关键词： 1553B总线软件可用性通用化硬件抽象