基於AUTOSAR架構之電動車馬達驅控器軟體開發與實現

前言

隨著電動車市場的快速發展，馬達驅動控制器成為關鍵技術之一，其軟體架構的標準化與模組化設計更是確保產品可靠性與開發效率的重要因素。AUTOSAR （AUTomotive Open System Architecture） [1]作為業界標準，提供了一套可重用、可擴展的軟體架構，旨在降低開發成本、提升軟硬體相容性，並確保車載系統的安全性與穩定性。在傳統嵌入式系統開發模式中，軟體與硬體緊密耦合，導致不同供應商的ECU（Electronic Control Unit）難以互通，升級與維護成本高昂。AUTOSAR透過標準化的軟體分層架構，引入中介軟體（Middleware），定義統一的軟硬體介面，使軟體模組得以在不同硬體平台上重複使用。其架構主要分為Classic Platform （CP） 與Adaptive Platform （AP），前者適用於高即時性與功能安全要求的應用，如動力系統與底盤控制；後者則針對高性能計算與動態調適需求，如自動駕駛與車聯網應用。本研究將聚焦於Classic Platform，探討其在SiC（碳化矽）馬達驅動控制器上的應用與實現。本文將介紹SiC馬達驅動控制器的軟體開發流程與架構，涵蓋系統架構、硬體配置、軟硬體介面，以及符合AUTOSAR標準的軟體分層設計。此外，將詳細探討應用層的馬達控制與診斷功能、MCAL（Microcontroller Abstraction Layer）的硬體周邊配置方式，以及相關開發環境與工具鏈。透過本研究，希望能為業界提供符合AUTOSAR標準的SiC馬達驅動控制器開發參考，促進電動車技術的標準化與應用發展。

基於AUTOSAR架構之電動車馬達驅控器軟體開發與實現

AUTOSAR於 2003 年由多家汽車製造商與零部件供應商共同發起，旨在標準化車輛 ECU 軟體架構，以解決軟體整合、開發成本高昂以及系統複雜度增加等問題。AUTOSAR的主要目標是支援在不同車輛平台之間重用和交換應用軟體元件，從而降低開發成本並縮短上市時間。

1. AUTOSAR 主要目的

傳統上，嵌入式系統的開發往往依賴硬體提供的韌體或函式庫來進行程式編寫，這導致當硬體更換時，現有的軟體必須重新編寫。AUTOSAR通過引入中介軟體來減少硬體更換帶來的影響，並在軟硬體之間定義了一個標準接口。這樣一來，開發者可以針對這一標準接口進行軟體開發，而硬體則需遵循此接口規範。因此，在需要更換硬體時，原有的軟體程式無需修改。儘管AUTOSAR在推動標準化方面具有良好的初衷，其架構相對複雜且高度依賴開發工具，這使得開發成本顯著上升。

現今AUTOSAR 架構有兩大平台，Classic Platform （CP） 和 Adaptive Platform （AP）。CP強調傳統電子控制單元 （Electronic Control Unit, ECU） 的相容性和標準化，強調高即時性與功能安全，如動力系統、底盤控制等應用場景。而 AP 則是著重於動態、高性能運算，如先進駕駛輔助系統、自動駕駛等場合。兩個平台之間並非取代，而是兼容的關係。本文後續將著重於討論 Classic Platform。

2. AUTOSAR 軟體分層

AUTOSAR 軟體架構分為三個主要層：由下而上分別為基礎軟體層 （Basic Software, BSW）、運行環境（Runtime Environment, RTE）和應用層（Application Layer），如圖1所示。每一層有特定的功能和職責，共同實現軟體標準化。BSW之下直接對應控制器硬體（Microcontroller），因此BSW 主要負責硬體抽象、提供通訊管理、記憶體管理和診斷功能等基本服務，BSW是上層軟體的基礎。BSW 之上是 RTE 層，用於管理系統模組間通訊。它處理不同軟體模組之間的數據交換，同時確保即時性能和資源優化。最上層是實現特定功能的應用層，例如: 馬達磁場導向控制、驅控器診斷與保護功能。