AutoSAR技術(shù)整理

1、AUTOSAR技術(shù)概述前言為了各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)“模塊性”、“可量測性”、“可移植性”和“復(fù)用性”，AUTOSAR為車輛系統(tǒng)提供了如下圖所示的基于不同層面的標(biāo)準(zhǔn)接口的通用的軟件底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。AUTOSAR能夠進(jìn)行全系統(tǒng)和組態(tài)過程的優(yōu)化（比如分區(qū)和資源使用），在需要時(shí)也允許那些為了滿足特定的設(shè)備和硬件限制的運(yùn)行需求的局部優(yōu)化。如要進(jìn)一步的詳細(xì)信息，請(qǐng)點(diǎn)擊右側(cè)的相應(yīng)模塊。模塊性汽車軟件元件的模塊性是指根據(jù)某些電子控制單元及其任務(wù)的個(gè)別需求，可以對(duì)軟件模塊進(jìn)行裁減。可量測性函數(shù)的可量測性將保證通用軟件模塊在不同的車輛平臺(tái)的適應(yīng)性，來禁止實(shí)現(xiàn)類似功能時(shí)發(fā)生軟件增生?？梢浦残院瘮?shù)的可移植性將優(yōu)化對(duì)現(xiàn)有的整個(gè)車

2、輛電子結(jié)構(gòu)資源的使用。復(fù)用性函數(shù)的復(fù)用性將會(huì)提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，并增強(qiáng)不同生產(chǎn)線之間的公司品牌形象。標(biāo)準(zhǔn)化接口功能接口的標(biāo)準(zhǔn)化穿越制造商和供應(yīng)商之間，不同軟件層之間接口的標(biāo)準(zhǔn)化可以看成是AUTOSAR實(shí)現(xiàn)其技術(shù)目標(biāo)的一個(gè)基礎(chǔ)。下圖顯示了AUTOSAR實(shí)現(xiàn)途徑的一個(gè)縮影。其基本理念就是：AUTOSAR軟件構(gòu)件（SW-C）。AUTOSAR軟件構(gòu)件封裝了一個(gè)能在AUTOSAR底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上運(yùn)行的應(yīng)用。AUTOSAR軟件構(gòu)件具有由AUTOSAR描述和標(biāo)準(zhǔn)化的明確定義的接口。軟件構(gòu)件描述為了AUTOSAR軟件構(gòu)件集成所需的接口和其他方面，AUTOSAR提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的描述格式，也就是軟件構(gòu)件描述

3、。虛擬功能總線（VFB）虛擬功能總線（VFB）是所有通訊機(jī)制和對(duì)AUTOSAR提供的基本軟件的核心接口在技術(shù)獨(dú)立和技術(shù)水平上的抽象的總和，對(duì)于一個(gè)具體的系統(tǒng)，當(dāng)定義了AUTOSAR軟件構(gòu)件間的連接后，VFB將在開發(fā)過程的初期對(duì)構(gòu)件進(jìn)行虛擬集成。系統(tǒng)約束和ECU描述為了將AUTOSAR軟件構(gòu)件集成到ECU網(wǎng)絡(luò)中，AUTOSAR為成套系統(tǒng)提供了和單個(gè)ECU資源和配置一樣的描述格式。這些描述和軟件構(gòu)件描述保持獨(dú)立。在ECU上的映射為了建立具體的ECU系統(tǒng)，須將不同的描述元件的信息收集到一起，AUTOSAR定義了其所需的方法論和工具支持。這里面特別包括了在每個(gè)ECU上的運(yùn)行期環(huán)境和基本軟件的配置和生成

4、。運(yùn)行期環(huán)境從AUTOSAR軟件構(gòu)件的角度來看，運(yùn)行期環(huán)境實(shí)現(xiàn)了指定ECU的虛擬功能總線的功能。同時(shí)運(yùn)行期環(huán)境能夠盡可能分發(fā)這些任務(wù)給基本軟件?；A(chǔ)軟件基礎(chǔ)軟件提供ECU的底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)功能。1、AUTOSAR軟件構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)與底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)無關(guān)AUTOSAR的基本設(shè)計(jì)理念是：應(yīng)用與底層結(jié)構(gòu)的分離。AUTOSAR中的應(yīng)用由AUTOSAR軟件構(gòu)件的互聯(lián)組成。下圖顯示了一個(gè)應(yīng)用由三個(gè)AUTOSAR軟件構(gòu)件組成，它們之間由幾個(gè)“連接器”互聯(lián)。AUTOSAR軟件構(gòu)件互聯(lián)實(shí)例每個(gè)AUTOSAR軟件構(gòu)件封裝了應(yīng)用的部分功能。AUTOSAR沒有規(guī)定軟件構(gòu)件有多大。根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求，一個(gè)AUTOSAR軟件構(gòu)件

5、可能是一個(gè)可以復(fù)用的小函數(shù)（比如濾波器），或者是一個(gè)封裝了整個(gè)汽車功能的大模塊。但是AUTOSAR軟件構(gòu)件是所謂的“軟件元構(gòu)件”，它不能被分布在幾個(gè)AUTOSAR控制器中。因此在一部車輛中一個(gè)AUTOSAR構(gòu)件的實(shí)例只能分配給一個(gè)ECU。1.1、AUTOSAR軟件構(gòu)件描述AUTOSAR軟件構(gòu)件描述包括以下信息：· 構(gòu)件需要的和能提供的作用和數(shù)據(jù)；· 底層結(jié)構(gòu)上的構(gòu)件需求；· 構(gòu)件所需的資源（內(nèi)存，CPU處理時(shí)間等）；· 構(gòu)件指定的執(zhí)行動(dòng)作的有關(guān)信息。AUTOSAR軟件構(gòu)件描述的結(jié)構(gòu)和格式稱為“軟件構(gòu)件模版”。1.2、AUTOSAR軟件構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)與底層基礎(chǔ)

6、結(jié)構(gòu)無關(guān)AUTOSAR構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)要從根本上與以下幾點(diǎn)無關(guān)：· AUTOSAR構(gòu)件映射的ECU微控制器種類；· AUTOSAR構(gòu)件映射的ECU種類。AUTOSAR底層結(jié)構(gòu)關(guān)注于給構(gòu)件提供一個(gè)ECU的標(biāo)準(zhǔn)的視圖（比如ECU外圍輸入輸出）；· 與本構(gòu)件有互相影響的其他構(gòu)件的位置。構(gòu)件描述精確地描述了構(gòu)件所提供和所需的數(shù)據(jù)和服務(wù)。構(gòu)件不需要知道在其所在的ECU或其它ECU中是否有構(gòu)件為其提供數(shù)據(jù)和服務(wù)。因此構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無關(guān)；· 構(gòu)件在一個(gè)系統(tǒng)或ECU中被實(shí)例化的次數(shù)。1.3、傳感器/執(zhí)行器軟件構(gòu)件傳感器/執(zhí)行器構(gòu)件是特殊的AUTOSAR構(gòu)件，用來封裝應(yīng)用

7、中的傳感器或執(zhí)行器的屬性。如圖舉例說明了從物理信號(hào)到軟件信號(hào)（如汽車速度）和軟件信號(hào)到物理信號(hào)（如車燈）的典型轉(zhuǎn)換過程。AUTOSAR底層結(jié)構(gòu)注重隱藏微控制器和ECU的電子細(xì)節(jié)。硬件之間的相互作用AUTOSAR底層結(jié)構(gòu)并不隱藏傳感器和執(zhí)行器具體細(xì)節(jié)。作為一種特殊的“AUTOSAR軟件構(gòu)件”，一個(gè)具體的傳感器或執(zhí)行器的屬性被稱為“傳感器/執(zhí)行器構(gòu)件”。傳感器/執(zhí)行器構(gòu)件與其所要映射的ECU無關(guān)，而與所要設(shè)計(jì)的傳感器或執(zhí)行器有關(guān)。舉個(gè)例子，傳感器構(gòu)件的輸入是一個(gè)ECU輸入端子上的電信號(hào)的軟件表達(dá)（如傳感器產(chǎn)生的電流），輸出則是傳感器采集的物理量（如現(xiàn)在的車速）。由于性能和時(shí)效的原因，這類構(gòu)件必須在

8、有和傳感器或執(zhí)行器物理連接的ECU上才能運(yùn)行。2、虛擬功能總線（VFB）為了實(shí)現(xiàn)可重定位性這個(gè)目標(biāo)，AUTOSAR軟件構(gòu)件被設(shè)計(jì)成與底層硬件無關(guān)。將虛擬功能總線作為虛擬硬件及獨(dú)立系統(tǒng)集成映射的方法，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的無關(guān)性。這樣可以實(shí)現(xiàn)AUTOSAR構(gòu)件的虛擬集成，從而可以在比現(xiàn)行開發(fā)進(jìn)程更早的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行汽車軟件集成的部分工作。2.1、概念虛擬功能總線是整個(gè)車輛的AUTOSAR軟件構(gòu)件互聯(lián)關(guān)系的抽象。不同構(gòu)件以及構(gòu)件和環(huán)境（如硬件驅(qū)動(dòng)，操作系統(tǒng)，服務(wù)，等等）之間的通訊被定義成與任何底層硬件無關(guān)。VFB的功能由明確定義的通訊模式來提供。服務(wù)和通訊協(xié)議由基礎(chǔ)軟件實(shí)現(xiàn)。就如編程語言的標(biāo)準(zhǔn)庫為用戶增加擴(kuò)

9、展功能一樣，AUTOSAR服務(wù)為VFB用戶提供擴(kuò)展功能。為了重復(fù)使用所有AUTOSAR構(gòu)件的擴(kuò)展功能，AUTOSAR服務(wù)接口必須標(biāo)準(zhǔn)化。從VFB的角度來看，AUTOSAR構(gòu)件端口、復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)、ECU抽象和AUTOSAR服務(wù)是連在一起的。復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)、ECU抽象和AUTOSAR服務(wù)是基礎(chǔ)軟件的一部分。AUTOSAR服務(wù)的接口是標(biāo)準(zhǔn)化的，而負(fù)責(zé)設(shè)備驅(qū)動(dòng)和ECU抽象與ECU特征有關(guān)。連接到虛擬功能總線的軟件元構(gòu)件和AUTOSAR服務(wù)示意圖2.2、構(gòu)件、端口和AUTOSAR接口構(gòu)件是AUTOSAR的核心結(jié)構(gòu)元件。構(gòu)件具有明確定義的端口，構(gòu)件通過這些端口與其它構(gòu)件互聯(lián)。一個(gè)端口明確歸屬于一個(gè)構(gòu)件。AU

10、TOSAR接口概念定義了構(gòu)件端口所提供或所需要的服務(wù)或數(shù)據(jù)。AUTOSAR接口既可以是一個(gè)客戶端服務(wù)器接口（定義了一系列可能涉及的操作），也可以是發(fā)送端接收端接口（允許使用通過VFB的面向數(shù)據(jù)的通訊機(jī)制）。一個(gè)端口可以是PPort或RPort。PPort提供AUTOSAR接口，而RPort則需要AUTOSAR接口。當(dāng)一個(gè)構(gòu)件的Pport端口提供接口時(shí)，此端口所屬的構(gòu)件提供在客戶端服務(wù)器接口中的操作的實(shí)現(xiàn)，（構(gòu)件）并各自產(chǎn)生在面向數(shù)據(jù)的發(fā)送端接收端接口中描述的數(shù)據(jù)。當(dāng)構(gòu)件的Rport需要一個(gè)AUTOSAR接口時(shí)，此構(gòu)件能調(diào)用操作（接口是客戶端服務(wù)器接口），也能讀取發(fā)送端接收端接口描述的數(shù)據(jù)元素。

11、2.3、通訊客戶端服務(wù)器模式通訊在分布式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的通訊模式是客戶端服務(wù)器模式，在此模式中服務(wù)器提供服務(wù)，客戶端使用服務(wù)?？蛻舳顺跏蓟ㄓ崟r(shí)，請(qǐng)求服務(wù)器運(yùn)行服務(wù)，并傳送需要的參數(shù)集。服務(wù)器等待從客戶端傳入的通訊請(qǐng)求，運(yùn)行所請(qǐng)求的服務(wù)，并發(fā)送對(duì)該客戶端請(qǐng)求的響應(yīng)。不管AUTOSAR軟件構(gòu)件是客戶端還是服務(wù)器，初始化的方向過去習(xí)慣于分類。單個(gè)構(gòu)件要看軟件實(shí)現(xiàn)的情況，既可以是客戶端，也可以是服務(wù)器。在服務(wù)器請(qǐng)求初始化之后，同步通訊客戶端可被阻塞，異步通訊客戶端不能被阻塞，直到收到服務(wù)器的響應(yīng)之后。如圖顯示了在虛擬功能總線視圖中一個(gè)由三個(gè)軟件構(gòu)件組成，模擬兩個(gè)連接的客戶端服務(wù)器通訊的情況。在虛擬功

12、能總線視圖中的客戶端服務(wù)器通訊模式在虛擬功能總線視圖中異步非阻塞通訊的數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送端接收端通訊模式發(fā)送端接收端通訊模式給出了一個(gè)異步信息發(fā)送解決方案，由發(fā)送端給一個(gè)或多個(gè)接收端發(fā)送信息。發(fā)送端不會(huì)被阻塞（異步通訊），既不等待也不獲取從接收端來的響應(yīng)，也就是說，發(fā)送端只管提供信息，接收端自行決定何時(shí)以及如何使用此信息。發(fā)送信息是通訊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的職責(zé)。發(fā)送端構(gòu)件不知道支持AUTOSAR軟件構(gòu)件移植性和互換性的接收端的特性和數(shù)目。如圖舉例說明了如何在AUTOSAR視圖中模擬發(fā)送端接收端通訊。3、AUTOSAR電子控制單元軟件結(jié)構(gòu)下圖顯示了電控單元的軟件結(jié)構(gòu)。下面將描述其層次和主要元件。AUTOSAR電

13、控單元軟件結(jié)構(gòu)示意圖3.1、AUTOSAR軟件AUTOSAR軟件（位于AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境之上）由映射于ECU的AUTOSAR軟件構(gòu)件組成。在AUTOSAR軟件構(gòu)件和軟件元構(gòu)件之間所有的相互作用都由AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境引導(dǎo)。AUTOSAR接口則保證AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境周圍軟件元件的連通性。AUTOSAR電控單元軟件結(jié)構(gòu)示意圖3.2、AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境在系統(tǒng)設(shè)計(jì)級(jí)（即在不考慮硬件情況下繪制整個(gè)系統(tǒng)邏輯圖時(shí)）RTE充當(dāng)ECU內(nèi)部和ECU之間信息交換的通訊中心。不管是使用ECU間通訊通道（比如CAN、LIN、FlexRay、MOST等）還是在ECU內(nèi)部通訊，通過提供相同的接口和服務(wù)

14、，RTE為AUTOSAR軟件構(gòu)件提供通訊抽象。因?yàn)檫\(yùn)行在RTE頂端的軟件構(gòu)件的通訊需求與應(yīng)用有關(guān)，RTE需要剪裁，部分取決于指定ECU的生成，部分取決于配置。因此作為結(jié)果，各個(gè)ECU之間RTE將不同。AUTOSAR電控單元軟件結(jié)構(gòu)示意圖3.3、AUTOSAR基礎(chǔ)軟件基礎(chǔ)軟件是標(biāo)準(zhǔn)化的軟件層，它為AUTOSAR軟件構(gòu)件提供服務(wù)，是運(yùn)行軟件功能部件所必須的。基礎(chǔ)軟件位于AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境下面，并不完成任何功能工作本身。基礎(chǔ)軟件包含ECU特定的標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件。標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件包括：· 服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)，比如診斷協(xié)議，NVRAM（NonVolatile Random Access Memory,非易

15、失隨機(jī)存儲(chǔ)器），F(xiàn)LASH（閃存）和內(nèi)存管理· 通訊通訊構(gòu)架（如CAN，LIN，F(xiàn)lexRay），輸入/輸出管理，網(wǎng)絡(luò)管理· 操作系統(tǒng)因?yàn)锳UTOSAR的目標(biāo)是對(duì)所有車輛領(lǐng)域通用的體系結(jié)構(gòu)，所以也規(guī)定了AUTOSAR操作系統(tǒng)的要求。下列是一些要求的例子：操作系統(tǒng)是o 靜態(tài)設(shè)定和縮減；o 經(jīng)得起實(shí)時(shí)性能的論證；o 提供基于優(yōu)先級(jí)的時(shí)序調(diào)度；o 提供運(yùn)行時(shí)的保護(hù)功能；o 可在低端控制器上運(yùn)行而不需外部資源AUTOSAR允許在基礎(chǔ)軟件構(gòu)件中包含第三方的操作系統(tǒng)。為了使第三方的操作系統(tǒng)的接口適應(yīng)AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，必須將其提取到AUTOSAR操作系統(tǒng)中。標(biāo)準(zhǔn)的OSEK操作系統(tǒng)（IS

16、O 17356-3）作為AUTOSAR操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)。· 微控制器抽象為了避免從上層軟件直接存取微控制器寄存器，硬件操作必須通過微控制器抽象層（MCAL，Microcontroller Abstraction layer）。MCAL是用來確保與基礎(chǔ)軟件構(gòu)件連接的標(biāo)準(zhǔn)接口的硬件特征。它管理微控制器外設(shè)，并提供帶有與微控制器無關(guān)的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)軟件構(gòu)件。MCAL實(shí)現(xiàn)通知機(jī)制，用以支持對(duì)不同處理器發(fā)布命令、響應(yīng)和信息。除此之外，MACL還包括：o 數(shù)字輸入輸出（DIO）o 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）o 脈寬調(diào)制器（PWM波，PWD）o EEPROMo FLASHo 捕獲比較單元（CCU）o 看門

17、狗o 串行外圍接口o I2C總線ECU特定構(gòu)件是：· ECU抽象為了減弱上層軟件與所有下層硬件的相關(guān)性，ECU抽象為任何特定ECU的電氣數(shù)值提供了軟件接口。· 復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)（CDD）CDD允許對(duì)硬件的直接操作，特別是在資源要求嚴(yán)格的應(yīng)用中。AUTOSAR電控單元軟件結(jié)構(gòu)示意圖3.4、接口分類在圖中顯示有三種不同的接口，分別是“AUTOSAR接口”，“標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR接口”和“標(biāo)準(zhǔn)接口”。請(qǐng)注意不要把定義不同模塊接口分類的方框，也就是圖中的接口方框，看作是單獨(dú)的模塊或?qū)印＿@幾個(gè)類別的含義如下：· AUTOSAR接口一個(gè)AUTOSAR接口描述構(gòu)件所需或所提供的數(shù)據(jù)和服務(wù)，接口通過AUTOSAR接口定義語言來指定和實(shí)現(xiàn)。AUTOSAR接口的一部分由AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)化，即接口包含原始設(shè)備制造商的指定特征。使用AUTOSAR接口可以使軟件構(gòu)件在幾個(gè)ECU中分布。ECU的RTE將維護(hù)軟件構(gòu)件分布的透明性（開放性）。· 標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR接口標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR接口是由AUTOSAR項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。· 標(biāo)準(zhǔn)接口如果存在一個(gè)具體的標(biāo)準(zhǔn)API（Application