基于Simulink的发动机控制软件构建

摘要

为了提高研发效率、缩短研发周期、加快升级换代节奏，基于模型的设计方法成为了当前汽车领域的研究热点。发动机作为汽车最重要的部件，其控制技术的开发成为重中之重，本文正是针对发动机控制平台的开发而展开的。
　　在平台开发的初始阶段，研究了发动机的硬软件架构，分析了对于带有嵌入式实时操作系统的程序架构。发动机控制系统对实时性有较高的要求，不同任务对实时性的要求也有所不同，要首先满足核心任务的实时性指标，然后考虑任务调度与协调。因此需要有一套合理的任务划分体系作为基础，用以保证所有任务在满足实时性指标的前提下正常运行。控制架构中，实时性要求非最高级任务采用嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ进行管理，而对实时性要求最高的任务由外部中断直接处理。论文根据上述机制，建立了发动机控制模型框架。
　　为了提高开发效率，缩短开发周期，使用MATLAB/Embedded Coder工具箱作为平台开发主要工具，利用自动代码生成技术，并结合MATLAB脚本语言定制符合要求的平台开发环境。因此，首先研究了在Simulink平台开发嵌入式程序的一般流程，结合Simulink自带的ERT系统分析其自动生成的代码。自动代码生成技术是如今嵌入式开发技术的发展趋势，但是基于ERT系统生成的代码并不能直接运行，并且不满足μC/OS-Ⅱ系统的程序结构。
　　论文基于ERT系统，开发了基于μC/OS-Ⅱ系统的多任务模式程序架构。架构中，编写一系列脚本文件用于控制模型配置与代码生成。系统目标文件用以控制整个代码的生成过程，回调函数文件用于配置模型的参数，主程序模板文件用于控制生成符合μC/OS-Ⅱ系统主程序结构的文件，钩子函数文件在代码生成的最后阶段调用CodeWarrior自动编译生成的代码。在构建的环境下，还建立了μC/OS-Ⅱ系统的任务模块和中断模块。
　　最后,论文根据上述环境与模块，建立了测试模型，其重点是测试论文建立的程序框架是否满足μC/OS-Ⅱ系统的任务调度机制。在生成的文件中，添加了相应的测试代码，不同的任务控制不同的LED灯。在实验中，通过示波器观测不同端口电压的变化情况，分析任务的运行情况，满足事先的分析，表明在论文构建的框架下生成的代码，能够满足μC/OS-Ⅱ系统的任务调度机制。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 汽车电子及嵌入式实时操作系统

1.3 国内外研究现状

1.4 项目来源及论文研究主要内容

第2章 发动机控制系统架构研究

2.1 发动机电控单元硬件结构分析

2.2 基于操作系统的软件架构分析

2.3 发动机控制算法模块划分

2.4 发动机控制模型框架设计

2.5 本章小结

第3章 基于Simulink的嵌入式程序开发方法

3.1 Simulink多任务系统处理机制

3.2 Simulink嵌入式程序开发方法研究

3.3 ERT系统生成代码研究

3.4 本章小结

第4章 基于Simulink的μC/OS-Ⅱ程序架构开发

4.1 技术实施环境与路线

4.2 基于μC/OS-Ⅱ的多任务模式程序架构开发

4.3 μC/OS-Ⅱ任务模块建立

4.4 中断模块建立

4.5 本章小结

第5章 测试验证与生成代码分析

5.1 测试模型建立

5.2 生成文件分析

5.3 代码运行验证

5.4 与传统开发模式的对比

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 展望与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的与论文相关的科研成果