AUTOSAR规范基础理论

AUTOSAR分层架构及软件组件。AUTOSAR定义的基于CAN总线时间同步的CanTSyn模块处理CAN总线上的时间信息分发，它以广播的形式将时间信息从master节点(TM) 传输到各slave节点(TS)，还可通过时间网关（TW）将时间同步到其他子网，以解决因各ECU节点的硬件时钟信号偏差、CAN总线传输延时如协议仲裁以及各ECU节点内的软件处理等原因导致的时间延迟。

AUTOSAR

• 官网：http://www.AUTOSAR.org/
• 1. 自适应AUTOSAR平台
  • AUTOSAR Adaptive Platform
• 2. 经典AUTOSAR平台
  • AUTOSAR Classic Platform
  • 2.1 分层架构
    • 分层架构实现软硬件分离的关键
    • 1. 应用软件层 ASW
      • Application Software Layer
      • 1.1. 软件组件的内部行为 IB
        • Internal Behaviour
        • 运行实体 RE
          • Runnable Entity（可以是一个也可以是多个） 运行实体是一段可执行的代码，其中封装了相关控制算法，其可由RTE事件（RTE Event）触发。 一个软件组件可以包含一个或者多个运行实体。
        • 运行实体的RTE Event
          • 每个运行实体都会被赋予一个RTE事件，这个事件可以引发这个运行实体的执行
          • 1.周期性事件 Timing Event
          • 2.数据接收事件 Data-Received Event
          • 3.客户端调用服务器事件 Server-Call Event
        • 运行实体与所属软件组件的端口访问 Port Access
          • 1.通信模式：S/R为例
            • 1.显示 Explicit
              • 数据读写是即时的
            • 2.隐式 Implicit
              • 当多个运行实体需要读取相同的数据时，若能在运行实体运行前先把数据读到缓存中，在运行实体运行结束后再把数据写出去，则可以改善运行效率。此为隐式模式
          • 2.通信模式：C/S为例
            • 1.同步 Synchronous
            • 2.异步 Asynchronous
        • 运行实体间变量 IRV
          • inter runnable variable 两个运行实体之间交互的变量
      • 1.2. n个软件组件 SWC
        • Software Component 软件组件间通过端口（Port）进行交互
        • 原子软件组件 Atomic SWC
          • 按用途分类
            • 1.应用软件组件 Application SWC
              • 主要用于实现应用层控制算法
            • 2.传感器/执行器软件组件 Sensor/Actator SWC
              • 用于处理具体传感器/执行器的信号，可以直接与ECU抽象层交互。
            • 3.标定参数软件组件 Parameter SWC
              • 主要提供标定参数值
            • 4.ECU抽象软件组件 ECU Abstractin SWC
              • 提供访问ECU具体I/O的能力，该软件组件一般提供应用C/S接口的供型端口，即server端，由其他软件组件（如传感器/执行器软件组件）的需型端口(client端)调用。此外，ECU抽象软件组件也可以直接和一些基础软件进行交互。
            • 5.复杂设备驱动软件组件 Complex Device Driver SWC
              • 可以定义端口与其他软件组件通信，还可以与ECU硬件直接交互，所以该类软件组件灵活性最强，但由于其和应用对象强相关，从而导致其可移植性较差。
            • 6.服务软件组件Service SWC
              • 主要用于基础软件层，可通过标准接口或标准AUTOSAR接口与其他类型的软件组件进行交互。
          • 按数据类型分类
            • 在AUTOSAR中，对于Application Data Type没有强制要求使用，用户可以直接使用Implementation Data Type。若使用了Application Data Type，则必须进行数据类型映射（Data type mapping），即将Application Data Type与Implementation Data Type进行映射，从而来对每个Application Data Type进行具体实现。
            • 1.应用数据类型 ADT
              • Application Data Type 1、是软件组件设计阶段抽象出来的数据类型，用于表征实际物理世界的量。 2、是提供给应用层使用的，仅仅是一种功能的定义，并不生成实际代码。
            • 2.实现数据类型 IDT
              • Implementation Data Type 1、是代码级别的数据类型，是对应用数据类型的具体实现。 2、它需要引用基础数据类型（Base Type），并且还可以配置一些计算方法（computer method）与限制条件（data constraint）
            • 3.基础数据类型 BT
              • BaseType
        • 部件 Composition SWC
          • 部件可以包含若干原子软件组件或部件
        • 端口
          • 1.需型端口 RPort
            • Require Port 用于从其他软件组件获得所需数据或者所请求的操作。
          • 2.供型端口 PPort
            • Provide Port 用于对外提供某种数据或者某类操作。
          • 3.供需端口 PRPort
            • Provide and Require Port 兼有需型端口与供型端口的特性。
        • 端口接口
          • 1.发送者-接收者接口S/R
            • Sender-Receiver Interface
          • 2.客户端-服务端接口S/C
            • Client-Service Interface 函数调用关系，服务器是操作的提供者，多个客户端可以调用同一个操作，但同一个客户端不能调用多个操作。 注：每个端口只能引用一种接口类型，并且引用相同端口接口类型的端口才可以进行交互。
          • 3.模式转换接口 MS
            • Mode Switch Interface
          • 4.非易失性数据接口 N-VD
            • Non-volatile Data Interface
          • 5.参数接口 Parameter Interface
          • 6.触发接口 Trigger Interface
    • 2. 运行时环境 RTE
      • runtime environment RTE封装了基础软件层的通信和服务，为应用层软件组件提供了标准化的基础软件和接口，使得应用层可以通过RTE接口函数调用基础软件的服务。
    • 3. 基础软件层 BSW
      • Basic Software Layer
      • 3.1. 服务层
        • Services Layer
        • 1.系统服务 System Service
        • 2.存储器服务 Memory Service
        • 3.通信服务 Communication Service
        • 备注：提供服务
          • 提供网络通信管理、存储管理、ECU模式管理和实时操作系统（real time operating system，RTOS）等服务。注：除了操作系统外，服务层的软件模块都与ECU平台无关。
      • 3.2. ECU抽象层
        • ECU abstraction Layer 1、该层将ECU结构进行抽象，负责提供统一的访问接口，实现对通信、存储器或者I/O的访问。 2、不需要考虑这些资源是由微控制器片内提供，还是由微控制器片外设备提供。 3、该层与ECU平台相关，但与微处理器无关。
        • 1.板载设备抽象 onboard devices abstraction
        • 2.存储器硬件抽象 memory hardware abstraction
        • 3.通信硬件抽象 communication hardware abstraction
        • 4.I/O硬件抽象 input/output hardware abstraction
      • 3.3. 微控制器抽象层 MCAL
        • Microcontroller Abstraction Layer 1、实现不同硬件接口统一化的特殊层。 2、通过该层可将硬件封装起来，避免上层软件直接对微控制器的寄存器进行操作。
        • 1.微控制器驱动 microcontroller drivers
        • 2.存储器驱动 memory drivers
        • 3.通信驱动 communication drivers
        • 4.I/O驱动 I/O drivers
        • 示意图片
      • 3.4. 复杂驱动
        • Complex Drivers 由于对复杂传感器和执行器进行操作的模块涉及严格的时序问题，难以抽象，所以在AUTOSAR规范中这部分没有被标准化。
      • 3.5. 示意图
    • 4. 微控制器
      • Microcontroller
  • 2.2 方法论
    • AUTOSAR Methodology
    • 1.系统级
      • 系统功能需求
      • 硬件资源
      • 系统约束
    • 2.ECU级
      • 描述文件 arxml
        • AUTOSAR Extensible Markup Language
      • 单个ECU内部系统实现方法示意
    • 3.软件组件级
      • "自顶向下"的软件组件设计
    • 4.开发前期准备
      • 1.软件组件描述 SW-Component description
        • 包含系统中所涉及的软件组件接口信息，例如数据类型、端口接口、端口等
      • 2.ECU资源描述 ECU Resource Description-HW only
        • 包含系统中每个ECU所需要的处理器及其外设、传感器、执行器等信息
      • 3.系统约束描述 System Constraint Description
        • 包含总线信号、软件组件间的拓扑结构和一些映射关系等信息
      • 资源整合
        • 系统配置根据ECU资源和时序要求，将软件组件映射到对应的ECU上，生成系统配置描述文件（system configuration description），系统配置描述文件中包含了设计过程中非常重要的一个描述--系统通信矩阵，其描述了网络中所有运行的数据帧及其对应的时序和内容。
      • ECU配置
        • ECU配置过程主要是对RTE和BSW的配置。 1、在RET配置阶段，需要将软件组件的运行实体映射到相应的操作系统任务。 2、在BSW配置阶段，需要详细配置BSW层中所需要用到的模块，一般有操作系统、通信服务、ECU抽象层和微控制器抽象层等。 依据ECU配置信息生成BSW和RTE代码，再结合软件组件级实现的应用代码，最终进行代码集成，编译链接，生成单片机可执行文件。
  • 2.3 应用接口
    • 1.AUTOSAR接口（AUTOASAR Interface）
      • 该接口属于应用接口，是从软件组件的端口衍生出来的通用接口，描述数据或者服务。他由RTE提供给软件组件，可以作为软件组件间的通信接口，也可以作为软件组件与I/O硬件抽象层或复杂设备驱动层间的接口。AUTOSAR接口非标准，可自定义，但在AUTOSAR规范中目前已对车身、底盘、及动力传动系统控制领域的应用接口做了些标准规范。
    • 2.标准AUTOSAR接口（Standardized AUTOSAR Interface）
      • 该接口是一种特殊的AUTOSAR接口，在AUTOSAR规范中有明确定义，由RTE向软件组件提供BSW中的服务，如存储器管理、ECU状态管理、“看门狗”管理等。
    • 3.标准接口（Standardized Interface）
      • 在AUTOSAR规范中，以C语言中API的形式明确定义，主要用于ECU上的BSW各模块间、RTE和操作系统间、RTE和通信模块间，应用软件不可访问。
    • AUTOSAR软件架构接口示意
  • 2.4 AUTOSAR虚拟功能总线 VFB
    • Virtual Function Bus VFB是AUTOSAR提供所有通信机制的抽象，通过VFB，无论软件组件使用的是在ECU内部的通信还是在ECU之间的通信，对于应用软件的开发者而言，没有本质区别。内部通信与外部通信的区别只有等到系统级设计与配置阶段，将软件组件分配到不同的ECU之后才会体现出来。最终，VFB的真实通信实现可以由RTE和基础软件来保证，所以，RTE是AUTOSAR VFB的具体实现。