MCAL（Microcontroller Abstraction Layer）介绍

目录

MCAL的核心作用

MCAL的模块组成

1. 微控制器驱动（Microcontroller Drivers）

2. I/O驱动（DIO, PWM, ADC等）

3. 通信驱动（Communication Drivers）

4. 存储驱动（Memory Drivers）

5. 复杂设备驱动（Complex Drivers）

MCAL的开发与配置流程

MCAL的典型应用场景

MCAL的优势与挑战

国产MCAL的发展现状

---

MCAL的核心作用

1. 硬件抽象
   将MCU的硬件特性（如寄存器配置、外设操作）封装成标准化的API，使上层软件无需关心具体硬件型号。

2. 统一接口
   提供跨平台的驱动程序接口（如GPIO控制、CAN通信），确保应用代码可移植到不同MCU。

3. 降低开发成本
   避免针对不同芯片重复开发驱动代码，加速ECU软件开发流程。

---

MCAL的模块组成

MCAL根据功能划分为多个子模块，每个模块对应一种硬件外设或功能：

        这个是24年11月份推出的CP架构图，也是目前最新的，其中RTE下面的就是BSW层和MCAL层。里面的driver和controller都属于MCAL。 而痛心协议栈和操作系统则属于BSW层。

1. 微控制器驱动（Microcontroller Drivers）

• 作用：配置MCU核心功能，如时钟、电源模式、中断控制器（如NVIC）。

• 关键功能：

  • 初始化MCU内核（如ARM Cortex-M/R系列）。

  • 管理低功耗模式（Sleep、Stop等）。

  • 控制内存保护单元（MPU）。

2. I/O驱动（DIO, PWM, ADC等）

• DIO（Digital Input/Output）
  控制数字引脚输入/输出状态（如开关量信号读取、LED控制）。

• PWM（Pulse Width Modulation）
  生成PWM波形（如电机调速、背光调节）。

• ADC（Analog-to-Digital Converter）
  采集模拟信号（如温度传感器、电池电压）。

3. 通信驱动（Communication Drivers）

• CAN（Controller Area Network）
  提供CAN控制器配置、报文收发接口（如车身网络通信）。

• LIN（Local Interconnect Network）
  支持LIN主从节点通信（如车窗控制）。

• FlexRay
  高速实时通信驱动（如线控系统）。

• Ethernet
  适用于Adaptive AUTOSAR的以太网驱动（如自动驾驶数据传输）。

4. 存储驱动（Memory Drivers）

• Flash驱动
  管理程序存储器的擦写操作（如OTA升级）。

• EEPROM驱动
  控制非易失性存储（如标定数据保存）。

• RAM测试
  实现内存自检（满足ISO 26262功能安全要求）。

5. 复杂设备驱动（Complex Drivers）

• 作用：处理非标准外设或高实时性需求（如直接控制传感器/执行器）。

• 示例：

  • 电机控制（如BLDC电机FOC算法）。

  • 高精度定时器（如喷油控制时序）。

        标准MCAL模块主要包括MCU、GPT、WDG、DIO、ICU、OCU、SPI、CAN、LIN、ETH、PORT、FR（FLEXRAY）、FLS、FEE、ADC、PWM一共16个，不知道为什么IIC不是标准模块。但是好像用IIC缺失比较少。这里还有一个问题需要注意，汽车电子领域用的MCU都是专供这个领域的，比如英飞凌的TC系列芯片（TC367、TC377、TC397）、NXP的S32K系列（S32K124、S32K324）、瑞萨的RH系列（RH850）。最近TI也想进这个领域分蛋糕，但是他们的芯片用过一次，属实一般。虽然他们的STM32还挺好用的。这里国产的旗芯微也不错。

---

MCAL的开发与配置流程

1. 硬件需求分析
   根据ECU需求选择MCU型号（如英飞凌TC3xx、NXP S32K），明确外设资源（CAN通道数、ADC精度等）。

2. 工具链配置
   使用AUTOSAR工具（如Vector DaVinci Configurator、EB Tresos）生成MCAL配置代码：

   • 定义引脚映射（如Port模块配置）。

   • 设置通信参数（如CAN波特率、报文ID过滤）。

   • 配置中断优先级、DMA通道等。

3. 代码生成与集成
   工具自动生成C代码（如Mcu_Cfg.c, Can_Cfg.c），与手动编写的复杂驱动代码集成。

4. 测试验证

   • 静态测试：检查配置是否符合MCU硬件限制。

   • 动态测试：通过HIL（硬件在环）验证外设功能（如ADC采样精度、CAN通信稳定性）。

   • 功能安全测试：验证内存保护、错误注入处理机制（如ASIL D要求）。

        工具链里面用的最多的就是EB其次是Vector的达芬奇。感觉EB更好用点，不知道是不是用的多的原因。但是瑞萨只支持达芬奇，用瑞萨的时候就得用达芬奇了。

---

MCAL的典型应用场景

1. 车身控制模块（BCM）

   • DIO控制车灯、车门锁。

   • LIN驱动车窗升降电机。

   • PWM调节车内氛围灯亮度。

2. 发动机控制单元（ECU）

   • ADC采集进气压力、氧传感器信号。

   • PWM控制燃油喷射脉宽。

   • 定时器驱动火花塞点火时序。

3. 电池管理系统（BMS）

   • ADC监测电池单体电压、温度。

   • CAN通信上报电池状态。

   • Flash存储电池健康数据。

4. 智能驾驶域控制器

   • Ethernet驱动高速数据传输（如摄像头、雷达数据）。

   • 复杂驱动处理多传感器同步采样。

        除了这些还有VCU、数字钥匙、智能流媒体后视镜、各种车身域控单元等等。后续给大家讲下车里的架构以及架构的发展。

---

MCAL的优势与挑战

优势：

• 硬件无关性：上层软件无需修改即可适配不同MCU。

• 标准化开发：减少底层驱动开发时间，提升代码复用率。

• 安全合规：内置内存保护、错误检测机制，支持ISO 26262 ASIL等级认证。

挑战：

• 硬件适配复杂性：不同MCU的寄存器差异需精细处理。

• 性能优化：高实时性场景（如电机控制）需优化驱动代码效率。

• 工具链依赖：MCAL配置高度依赖商业工具（如Vector、EB），成本较高。

---

国产MCAL的发展现状

• 技术突破：经纬恒润、东软睿驰、普华基础软件等企业已推出国产AUTOSAR MCAL解决方案，逐步替代海外产品。

• 生态建设：国产MCU厂商（如芯驰科技、赛腾微电子）与本土AUTOSAR供应商（三巨头）合作，提供“芯片+MCAL”一体化方案。

拿了这位作者一张国产芯片介绍表给大家看一下。（懒着整理了哈哈，如果侵权的话我后面自己整理一下）

22家国产汽车MCU公司及型号盘点 - 知乎

• 

• 挑战：

  • 工具链成熟度（如调试、测试功能）仍需提升。

  • 高端MCU（如车规级多核芯片）的MCAL支持能力不足。

简单介绍下国产AUTOSAR软件的三巨头：

1. 东软睿驰

   • 产品优势：东软睿驰的汽车基础软件平台产品NeuSAR具有软硬件协同能力强、软件模块覆盖完整度高等优势。其AUTOSAR产品NeuSAR版本为21-11，是目前国内最先进的，包括支持AUTOSAR Adaptive标准的NeuSAR aCore平台和支持AUTOSAR Classic标准的NeuSAR cCore平台。
   • 生态建设：东软睿驰致力于建立完整的开发生态，包括从整车SOA设计到域控制器的应用架构设计，同时配置相应的平台管理产品和中间件。此外，东软睿驰还牵头推进了中间件ASF、车云一体等技术规范、行业标准的建设，在汽车基础软件的应用与传播、技术交流学习的促进、行业共识的形成、行业标准的建设等方面起到了重要作用。
   • 会员等级：东软睿驰在2017年加入AUTOSAR时即为2级会员，后于2022年升级为1级会员。

2. 经纬恒润

   • 公司背景：经纬恒润成立之初靠代理销售国外汽车电子研发工具起家，2005年进入汽车电子领域，通过承接项目迎来汽车电子业务发展转折点。
   • 合作情况：经纬恒润与英飞凌等硬件芯片厂商有长期合作关系，其自主开发的AUTOSAR中间件也更贴近中国国情。
   • 会员等级：经纬恒润在2007年就已加入AUTOSAR，是最早加入的中国企业之一，后于2022年升级为1级会员。

3. 普华基础软件

   • 公司背景：普华基础软件由中央直属中国电子科技集团公司（CETC）控股，是纯软件企业，基本不涉及硬件生产制造。其汽车电子事业部专注于AUTOSAR基础软件的技术开发和产品推广应用。
   • 产品与服务：普华基础软件与意法半导体合作密切，并提供ST系列芯片的MCAL Demo工程和培训服务、集成服务等。此外，普华还自主研发了ORIENTAIS AUTOSAR汽车电子基础软件平台，该平台提供了操作系统、底层驱动等基础软件模块及集成开发环境。其操作系统严格遵循ISO 26262开发流程，满足行业最高的功能安全要求。
   • 合作与认证：普华基础软件在2017年加大与英飞凌的合作，并推出了基于AUTOSAR 4.2.2的英飞凌AURIX平台。同时，普华基础软件也通过了ASPICE 3级认证。

        不过我觉得这里面恒润是实力是稍强于另外两家的，我指的是技术实力哈，这个可以去整车厂采访一下，而且培养体系比较完善，就是工资一般，所以有汽车电子界的黄埔军校的称号。