更新基于模型的開發(fā)環(huán)境，瑞薩電子簡(jiǎn)化多核汽車微控制器軟件開發(fā)

基于模型的開發(fā)正變得越來越普遍。用戶通常希望能夠在設(shè)計(jì)的早期階段，利用基于模型的設(shè)計(jì)(MBD)和虛擬平臺(tái)(VPF)，從各個(gè)角度去驗(yàn)證系統(tǒng)最終是否能夠建立。因此，瑞薩電子株式會(huì)社專門開發(fā)出了V字模型軟件方案用于解決制造的相關(guān)問題。

圖1：V字模型用于制造的相關(guān)問題

但在實(shí)際應(yīng)用中，過度的人工干預(yù)和模糊的產(chǎn)品規(guī)格往往使得過程不連續(xù)，導(dǎo)致V字模型左側(cè)的半導(dǎo)體資產(chǎn)相關(guān)信息沒有被使用，繼而引發(fā)V字模型的右側(cè)頻繁出現(xiàn)錯(cuò)誤和差距。以瑞薩電子早期的RH850 Multicore基于模型的開發(fā)環(huán)境為例，盡管它會(huì)自動(dòng)將軟件分配給多個(gè)內(nèi)核并對(duì)性能加以驗(yàn)證，但在包含多周期控制的復(fù)雜系統(tǒng)中，所有軟件必須手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，包括RTOS和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

這對(duì)日趨復(fù)雜的多核軟件設(shè)計(jì)來說不是一個(gè)好消息。

當(dāng)前，高端汽車的軟件體積是智能手機(jī)的8倍左右，未來還會(huì)隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展而不斷增加。軟件代碼行數(shù)也普遍超過1億行，根據(jù)紐約時(shí)報(bào)和IEE的預(yù)測(cè)，從2000年到2020年，高端汽車代碼行數(shù)將實(shí)現(xiàn)300倍的增長(zhǎng)。但遺憾的是，傳統(tǒng)的多核軟件開發(fā)方法無法獲得正確的多核功能預(yù)估，為了得出準(zhǔn)確的估算，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不但需要大量的時(shí)間，還需要具備包括系統(tǒng)、軟件、半導(dǎo)體和第三方工具使用在內(nèi)的大量知識(shí)。

為此，瑞薩最近對(duì)其“Embedded Target for RH850 Multicore”基于模型的開發(fā)環(huán)境進(jìn)行重大更新，尤其是面向用于開發(fā)汽車控制應(yīng)用的多核微控制器。更新后的開發(fā)環(huán)境將支持在發(fā)動(dòng)機(jī)和車身控制等系統(tǒng)中已經(jīng)很常見的多周期控制(多個(gè)控制周期)系統(tǒng)的開發(fā)。即使在多核MCU的軟件開發(fā)場(chǎng)景中，這種基于模型的開發(fā)環(huán)境也很實(shí)用，并且可以減少日漸復(fù)雜的軟件開發(fā)負(fù)擔(dān)，尤其是自動(dòng)駕駛汽車的控制系統(tǒng)開發(fā)。

圖2 RH850多核基于模型的開發(fā)環(huán)境

強(qiáng)力支持MBD多核軟件設(shè)計(jì)是此次更新的核心目標(biāo)。通過與MBD工具(MATLAB/Simulink)的聯(lián)合仿真，用戶可以考量和闡明包括外部MCU在內(nèi)的系統(tǒng)行為。他們可以利用基于模型的并行化工具自動(dòng)分配計(jì)劃或是為目標(biāo)MCU自動(dòng)生成多核代碼，無需安裝繁瑣的工具，也不需要考慮到軟件的實(shí)現(xiàn)。此外，通過高精度MCU仿真器，用戶還能夠詳細(xì)分析環(huán)境，并評(píng)估在多核MCU上的實(shí)際運(yùn)行過程。

圖3 多核MBD環(huán)境的影響

現(xiàn)在，為了滿足對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛性能不斷提高的要求，同時(shí)縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，通過該開發(fā)環(huán)境支持的多周期控制，可以從多周期控制模型中直接生成多核軟件代碼，從而實(shí)現(xiàn)在仿真中評(píng)估執(zhí)行性能。不僅在軟件開發(fā)的最初階段就能夠估算執(zhí)行性能，還可以輕松地將驗(yàn)證結(jié)果反饋到模型本身。在開發(fā)過程前期就讓系統(tǒng)開發(fā)的完整性得到改進(jìn)，還可以顯著減少開發(fā)更大規(guī)模和復(fù)雜性的軟件系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

更新版“Embedded Target for RH850Multicore”基于模型的開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵特性包括：

l 支持多周期控制，可顯著降低多核軟件的開發(fā)負(fù)擔(dān)

控制功能開發(fā)需要多周期控制，例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制中的進(jìn)氣/排氣周期，燃油注入和點(diǎn)火周期以及車輛狀態(tài)驗(yàn)證周期。Simulink控制模式能夠生成RH850 多核代碼，而將該技術(shù)應(yīng)用于多周期控制就可以直接生成多核代碼，即使是包含多個(gè)周期的模型(如引擎控制)也可以直接生成多核代碼。瑞薩電子還為RH850集成開發(fā)環(huán)境CS+提供了一個(gè)選配件—一款可以精確測(cè)量時(shí)間并與實(shí)際系統(tǒng)保持一致的循環(huán)精度模擬器。使用該選配件可以在軟件開發(fā)的前期階段估算多核MCU模型的執(zhí)行性能，這將可以顯著縮短軟件開發(fā)周期。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)多周期控制的多核運(yùn)行

l 符合基于汽車模型開發(fā)的業(yè)界實(shí)操標(biāo)準(zhǔn)JMAAB控制建模準(zhǔn)則

日本MBD汽車咨詢委員會(huì)(JMAAB)是一個(gè)致力于推動(dòng)汽車控制系統(tǒng)基于模型開發(fā)的組織。該組織推薦了JMAAB控制建模準(zhǔn)則中的幾種控制模型。其中，瑞薩電子在此次更新中提供的 Simulink調(diào)度程序塊符合(Alpha)類型，會(huì)在上層設(shè)置一個(gè)調(diào)度層。這使它可以在沒有操作系統(tǒng)的情況下遵循多周期單任務(wù)方法，執(zhí)行Simulink模型中的核心規(guī)范并進(jìn)行同步，然后自動(dòng)生成RH850多核代碼以實(shí)現(xiàn)確定性操作。

圖5 符合JMAAB控制建模準(zhǔn)則

l 對(duì)多系統(tǒng)集成 ECU 進(jìn)行整體操作性驗(yàn)證

隨著當(dāng)今汽車電子控制程度的不斷提高，較小規(guī)模系統(tǒng)的電子控制單元(ECU)也在向集成化發(fā)展?，F(xiàn)在通過支持多周期控制，可以讓多核微控制器更容易地操作具有不同控制周期的小型系統(tǒng)，從而驗(yàn)證集成了多個(gè)系統(tǒng)的整個(gè)ECU的操作。

圖6 對(duì)多系統(tǒng)集成ECU進(jìn)行整體操作性驗(yàn)證

新的基于模型的開發(fā)環(huán)境可實(shí)現(xiàn)對(duì)RH850/P1H-C雙核MCU的支持，而對(duì)多達(dá)六個(gè)核的RH850/E2x系列MCU的支持，以及將此開發(fā)環(huán)境部署到包括“R-Car”系列SoC在內(nèi)的整個(gè)Renesas Autonomy平臺(tái)也在計(jì)劃中。

圖7 Embedded Target for RH850 Multicore規(guī)劃圖

瑞薩電子將進(jìn)一步提高基于模型的軟件開發(fā)效率，包括來自合作伙伴公司的基于模型的并行化工具，并加強(qiáng)相關(guān)的支持多周期控制的執(zhí)行性能評(píng)估，包括操作系統(tǒng)的評(píng)估。