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wzjs 2025/7/27 14:56:30
三合一网站什么意思,百度关键词排名销售,做家务的男人网站,网站网络营销外包AUTOSAR 扩展定点数学库 (EFX) 详解 基于AUTOSAR标准规范的扩展定点数学功能解析目录 1. 概述 1.1 EFX库的作用1.2 架构定位 2. 架构设计 2.1 EFX库在AUTOSAR架构中的位置2.2 EFX库的组件结构 3. 功能组件详解 3.1 控制器函数3.2 控制器函数流程 4. API详解 4.1 通用API4.2 版…

AUTOSAR 扩展定点数学库 (EFX) 详解

基于AUTOSAR标准规范的扩展定点数学功能解析

目录

  • 1. 概述
    • 1.1 EFX库的作用
    • 1.2 架构定位
  • 2. 架构设计
    • 2.1 EFX库在AUTOSAR架构中的位置
    • 2.2 EFX库的组件结构
  • 3. 功能组件详解
    • 3.1 控制器函数
    • 3.2 控制器函数流程
  • 4. API详解
    • 4.1 通用API
    • 4.2 版本管理API
    • 4.3 控制器API
  • 5. 总结

1. 概述

1.1 EFX库的作用

AUTOSAR扩展定点数学库(EFX)是AUTOSAR基础软件层中的系统服务组件，提供了一系列用于定点数学计算的函数。这些函数广泛应用于需要高精度、确定性数学计算的嵌入式系统，尤其是在资源受限且不支持浮点运算的平台上。

EFX库的主要特点：

  • 提供完整的定点数数学运算支持
  • 所有函数均支持可重入性，可被多个runnable同时调用
  • 符合AUTOSAR标准规范，具有良好的兼容性
  • 优化的实现确保高效执行和低资源占用

1.2 架构定位

EFX库作为AUTOSAR架构中的一部分，位于基础软件层的系统服务中。它为上层应用软件组件提供标准化的定点数学函数接口，隐藏了底层实现细节，提高了软件的可移植性和重用性。

2. 架构设计

2.1 EFX库在AUTOSAR架构中的位置

在这里插入图片描述

组件 EFX库:

  • 职责: 提供AUTOSAR标准的扩展定点数学功能
  • 功能点:
    • 提供定点数学计算API
    • 支持多种控制器和滤波器算法
    • 实现高精度数学运算
    • 确保计算结果的确定性

层 应用层:

  • 范围: 包含具体应用功能的软件组件
  • 包含模块: 应用软件组件等

层 运行时环境:

  • 范围: 连接应用层和基础软件层的中间层
  • 包含模块: RTE组件

层 基础软件层:

  • 范围: 提供标准化的基础软件功能
  • 包含模块:
    • 系统服务（包括AUTOSAR库、操作系统等）
    • 微控制器抽象层（包括硬件驱动等）

关系 应用软件组件–>EFX库:

  • 应用软件通过标准API调用EFX库提供的数学函数进行复杂计算

关系 基础软件层–>ECU硬件:

  • 基础软件层通过微控制器抽象层控制底层硬件资源

代码示例:

/* 应用层调用EFX库函数的示例 */
#include "Efx.h"void Application_ControlFunction(void)
{sint32 input = 1000;    /* 输入值 */sint32 output;          /* 输出值 */uint16 factor = 16384;  /* 控制因子, 对应0.5 (16384/32768) *//* 调用EFX库的低通滤波函数处理传感器输入 */output = Efx_LpFiltFac1_s32_s32(input, factor);/* 使用处理后的输出进行控制 */Actuator_SetValue(output);
}

2.2 EFX库的组件结构

在这里插入图片描述

组件 EFX库:

  • 职责: 提供完整的定点数学功能集合
  • 结构: 包含多个功能模块，每个模块提供特定类别的数学功能

组件 控制器函数:

  • 职责: 实现各种控制器算法
  • 功能点:
    • PT1控制器: 一阶低通滤波控制器，用于平滑信号
    • DT1控制器: 微分时间控制器，用于处理信号变化率
    • PD控制器: 比例-微分控制器，用于快速响应系统变化
    • I控制器: 积分控制器，用于消除静态误差
    • PI控制器: 比例-积分控制器，结合P和I优点
    • PID控制器: 比例-积分-微分控制器，用于全面控制系统

组件 滤波函数:

  • 职责: 提供信号滤波算法
  • 功能点:
    • 低通滤波器: 允许低频信号通过，滤除高频干扰
    • 高通滤波器: 允许高频信号通过，滤除低频干扰
    • 移动平均: 计算信号的滑动平均值，平滑数据

组件 三角函数:

  • 职责: 提供定点数实现的三角函数
  • 功能点:
    • 正弦函数: 计算角度的正弦值
    • 余弦函数: 计算角度的余弦值
    • 反正弦函数: 计算正弦值对应的角度
    • 反余弦函数: 计算余弦值对应的角度

组件 限幅函数:

  • 职责: 限制信号在特定范围内
  • 功能点:
    • 斜率限制器: 限制信号变化速率
    • 分段限制器: 根据不同条件应用不同限制
    • 滞环函数: 实现带滞回特性的限幅功能

组件 数学函数:

  • 职责: 提供基础数学运算
  • 功能点:
    • 平方根: 计算数值的平方根
    • 斜坡函数: 生成斜坡信号
    • 死区: 处理信号中的死区
    • 轴角计算: 计算斜边长度（勾股定理）

组件 数组操作:

  • 职责: 提供数组处理算法
  • 功能点:
    • 升序排序: 将数组元素按升序排列
    • 降序排序: 将数组元素按降序排列
    • 中值排序: 找出数组的中值

代码示例:

/* EFX库组件之间的交互示例 */
#include "Efx.h"/* 控制器状态和参数结构体 */
Efx_StatePT1_Type pt1State;
Efx_ParamPD_Type pdParam;/* 传感器信号处理处理函数 */
void ProcessSignal(sint32 rawSignal, sint32* processedSignal)
{sint32 filteredSignal;sint32 limitedSignal;sint32 controlOutput;/* 使用低通滤波器消除噪声 */filteredSignal = Efx_LpFiltFac1_s32_s32(rawSignal, 16384); /* 因子0.5 *//* 使用斜率限制器限制变化速率 */limitedSignal = Efx_SlewRate_s32(filteredSignal, 100); /* 最大变化率100 *//* 使用PT1控制器处理信号 */controlOutput = Efx_PT1_s32(limitedSignal, &pt1State);/* 返回处理后的信号 */*processedSignal = controlOutput;
}

3. 功能组件详解

3.1 控制器函数

控制器函数是EFX库中最重要的组件之一，它们用于实现各种控制算法。这些控制器使用拉普拉斯-Z变换推导参数，以实现精确的定点数控制计算。

主要控制器类型:

  • PT1控制器: 一阶低通滤波控制器，使用滞后环节平滑输入信号
  • DT1控制器: 微分-时间控制器，对输入信号的变化率进行处理
  • PD控制器: 比例-微分控制器，结合比例控制和微分控制的优点
  • I控制器: 积分控制器，消除静态误差
  • PI控制器: 比例-积分控制器，结合快速响应和稳态精度
  • PID控制器: 比例-积分-微分控制器，提供全面的控制性能

控制器系统状态结构体:

/* PT1控制器状态结构体 */
typedef struct {sint32 X1; /* 前一时间步输入值 */sint32 Y1; /* 前一时间步输出值 */
} Efx_StatePT1_Type;/* DT1-Type1控制器状态结构体 */
typedef struct {sint32 X1; /* 前一时间步输入值 */sint32 X2; /* 前两个时间步输入值 */sint32 Y1; /* 前一时间步输出值 */
} Efx_StateDT1Typ1_Type;/* PD控制器参数结构体 */
typedef struct {sint32 K_C;  /* 比例系数 */sint32 Tv_C; /* 前置时间 */
} Efx_ParamPD_Type;

3.2 控制器函数流程

在这里插入图片描述

控制器函数的一般流程包括:

  1. 输入控制器参数: 包括放大系数K、前置时间Tv、跟随时间Tn和衰减时间常量T1等
  2. 创建控制器状态结构体: 用于存储控制器的状态变量，如前一时间步的输入和输出
  3. 应用系统参数换算: 进行参数转换，如计算Tnrec、T1rec和TeQ等值
  4. 根据控制器类型执行计算: 不同控制器使用不同的计算公式
  5. 执行饱和限制处理: 确保输出在有效范围内，防止溢出
  6. 更新控制器状态: 保存当前输入和输出作为下一步的状态
  7. 输出计算结果: 返回控制器的计算结果

详细解释:

PT1控制器计算:

  • PT1控制器实现一阶低通滤波功能
  • 计算公式: Yn = (Xn + X1) / 2 + TeQ * (Yn-1 - Xn)
  • 其中TeQ是时间等效参数，由TeQ = exp(-dT/T1)计算得出
  • 饱和处理确保输出不会超出sint32范围

代码示例:

/* PT1控制器函数实现示例 */
sint32 Efx_PT1_s32(sint32 Xn, Efx_StatePT1_Type* State)
{sint32 Yn;sint32 TeQ = 16384; /* 时间等效参数，这里使用0.5作为示例 */if (State == NULL_PTR) {return 0; /* 错误处理 */}/* 执行PT1控制器计算 */Yn = ((Xn + State->X1) >> 1) + /* (Xn + X1) / 2 */((TeQ * (State->Y1 - Xn)) >> 15); /* TeQ * (Yn-1 - Xn) / 32768 *//* 执行饱和限制处理 */if (Yn > INT32_MAX) {Yn = INT32_MAX;}else if (Yn < INT32_MIN) {Yn = INT32_MIN;}/* 更新控制器状态 */State->X1 = Xn;State->Y1 = Yn;return Yn;
}

4. API详解

4.1 通用API

EFX库提供了一套标准化的API，遵循AUTOSAR命名规范。主要API类别包括：

控制器API:

  • Efx_PT1_*: PT1控制器函数
  • Efx_DT1_*: DT1控制器函数
  • Efx_PD_*: PD控制器函数
  • Efx_I_*: I控制器函数
  • Efx_PI_*: PI控制器函数
  • Efx_PID_*: PID控制器函数

滤波器API:

  • Efx_LpFilt*: 低通滤波器函数
  • Efx_HpFilt*: 高通滤波器函数
  • Efx_MovingAverage_*: 移动平均函数

数学函数API:

  • Efx_Sin_*: 正弦函数
  • Efx_Cos_*: 余弦函数
  • Efx_Arcsin_*: 反正弦函数
  • Efx_Arccos_*: 反余弦函数
  • Efx_Sqrt_*: 平方根函数
  • Efx_Hypot_*: 斜边计算函数

限幅函数API:

  • Efx_SlewRate_*: 斜率限制器
  • Efx_Limiter_*: 分段限制器
  • Efx_Hysteresis_*: 滞环函数

数组操作API:

  • Efx_SortAscend_*: 升序排序函数
  • Efx_SortDescend_*: 降序排序函数
  • Efx_MedianSort_*: 中值排序函数

4.2 版本管理API

根据AUTOSAR标准，EFX库提供了版本信息查询功能：

/* 版本信息结构体定义 */
typedef struct {uint16 vendorID;        /* 供应商ID */uint16 moduleID;        /* 模块ID */uint8  sw_major_version; /* 软件主版本号 */uint8  sw_minor_version; /* 软件次版本号 */uint8  sw_patch_version; /* 软件补丁版本号 */
} Efx_VersionInfoType;/* 获取EFX库版本信息的函数 */
void Efx_GetVersionInfo(Efx_VersionInfoType* versioninfo);

4.3 控制器API

控制器API是EFX库的核心功能，提供了各种控制算法的实现：

PT1控制器:

/* PT1控制器函数 */
sint32 Efx_PT1_s32(sint32 Xn, Efx_StatePT1_Type* State);
sint16 Efx_PT1_s16(sint16 Xn, Efx_StatePT1_Type* State);

DT1控制器:

/* DT1控制器函数 - 类型1 */
sint32 Efx_DT1Typ1_s32(sint32 Xn, Efx_StateDT1Typ1_Type* State);/* DT1控制器函数 - 类型2 */
sint32 Efx_DT1Typ2_s32(sint32 Xn, Efx_StateDT1Typ2_Type* State);

PID控制器:

/* PID控制器函数 */
sint32 Efx_PID_s32(sint32 Xn, Efx_StatePID_Type* State, Efx_ParamPID_Type* Param);

5. 总结

AUTOSAR扩展定点数学库(EFX)是AUTOSAR标准的重要组成部分，为嵌入式系统提供了标准化、高效的定点数学功能。通过提供一系列控制器、滤波器、三角函数等数学功能，EFX库使开发者能够在资源受限的平台上实现复杂的数学计算。

EFX库的主要优势:

  • 标准化接口: 符合AUTOSAR标准，提高软件可移植性
  • 可重入性: 所有函数支持可重入性，适合并发环境
  • 高效实现: 优化的定点数实现，减少资源消耗
  • 全面功能: 提供丰富的数学函数和控制算法

应用场景:

  • 汽车电子控制单元(ECU): 执行各种控制算法
  • 实时系统: 需要确定性计算结果的场景
  • 资源受限平台: 不支持浮点硬件的微控制器
  • 安全关键系统: 需要高可靠性数学计算的场景

EFX库作为AUTOSAR标准的一部分，将持续发展以满足现代嵌入式系统日益增长的复杂计算需求。

http://www.dtcms.com/wzjs/88582.html

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