CP_AUTOSAR分层软件架构内容简介

news2024/9/22 11:24:47

0、前言

随着汽车功能需求日益增加，稳定安全的AUTOSAR分层软件架构逐渐作为一个热词呈现在汽车电子软件开发领域。那么AUTOSAR分层软件架构到底包括了哪些内容？架构之间的是什么关系？本篇博文旨在介绍分层软件架构的概念，不涉及到软件架构的详细设计和动态的软件接口。作为一个AUTOSAR软件开发工程师需要具备有全局视野，先了解顶层设计再找准自己的技术栈，才能更好的在整个架构中理解自己的角色。

1、综述

1.1 AUTOSAR应用范围及拓展性

AUTOSAR，为汽车ECU而生！这些ECU都会有如下共同的特征：

与硬件强交互，如传感器，执行器；
连接到车辆网络上，像CAN，LIN，FlexRay 或者以太网；
典型的16位/32位微控制器，其通常只有有限的计算能力和内存资源；
实时操作系统；
从片内/片外的闪存中执行程序指令。

NOTE：在 AUTOSAR 概念中，ECU通常是指一个微控制器加上一些外设和一些软件配置。

AUTOSAR 拓展性：
AUTOSAR 软件架构是总体的方法论：

模块是标准的，但功能是可以扩展的；
当前架构中不存在的模块，可以集成到复杂驱动模块，即 Complex Drivers，CDD；
未来标准模块也会继续拓展。

1.2 架构总体介绍

在前面章节介绍了AUTOSAR的软件架构，在最高的抽象级别上被划分为三层，从上到下依次是：应用层（Application Layer）、运行时环境（Runtime Environment，RTE）、基础软件层（Basic Software，BSW）。

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AUTOSAR基础软件层可以进一步划分为四个部分：服务层（Services Layer）、ECU抽象层（ECU Abstraction Layer）、微控制器抽象层（Microcontroller Abstraction Layer）、复杂驱动层（Complex Drivers）。

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AUTOSAR基础软件层可以进一步划分为功能组，例如系统服务层、内存和通信服务等。

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一、基础软件层，Basic Software Layer：
微控制器抽象层（Microcontroller Abstraction Layer），位于基础软件层的最底层。它主要包含一些内部驱动程序，可以实现对微控制器和外设的直接访问，如内存，通信，I/O接口等。其主要任务，就是制作出一个更高级别的软件层，使其独立于微控制器而存在。这样做的好处是，当平台切换不同的芯片时，软件架构基本上不需要大的改变。
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ECU抽象层（ECU Abstraction Layer），为微控制器抽象层提供接口，也会包含了一些外部设备的驱动。它主要负责提供诸多的应用层接口（API），使其被调用时便可以直接访问一些外设和设备，而不去管这些设备的位置（在μC内部/外部）和连接方式（pin脚，或者其它）。其主要任务，就是制作一个更高级别的软件层，使其独立于ECU硬件的布置。这样做的好处是，当平台切换不同的硬件时，比如EE存储，摄像头等，软件架构基本上不需要大的改变。
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复杂驱动层（Complex Drivers Layer），范围从硬件跨越到RTE层。其主要任务，是为集成一些特殊功能组件提供可能性，比如设备的驱动：

这些驱动未曾出现在AUTOSAR的标准模块；
带有非常高的时效性；
出于移植目的。

服务层（Services Layer），位于基础软件层的最上层，其主要应用于应用层软件相关的：当访问属于ECU抽象层内的I/O信号时，服务层（Services Layer）主要提供如下功能：
操作系统功能组件；
车辆网络通讯和管理服务；
内存服务（NVM管理）；
诊断服务（包括UDS通讯、错误内存和故障处理）；
ECU状态管理和模式管理；
逻辑和临时程序流监控（看门狗管理）；
其主要任务是为了应用程序、RTE和基础软件模块提供基础服务。

二、运行时环境，Runtime Environment，RTE：
RTE是为应用层软件提供通讯服务的一层，应用层软件主要为（AUTOSAR软件组件，SWC、传感器/执行器组件）。通过RTE，可以实现AUTOSAR应用组件和其它组件之间的通信。其主要任务，就是将应用层组件独立于特定ECU的映射。
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软件架构—服务类型介绍：

输入/输出，Input/Output（I/O）：访问传感器、执行器和板载外设的标准接口；
内存，Memory：访问内/外部内存（非易失性存储）的标准接口；
加密，Crypto：对加密原语的标准化访问，包括内部/外部硬件加速器；
通讯，Communication：访问：车辆网络系统，ECU车载通信系统，ECU内部软件；
车外通讯，Off-board Communication：访问：车到端通信、无线网络系统、ECU车外通讯；
系统，System：提供标准化（操作系统，计时器，错误内存）、提供ECU特定服务（ECU状态管理，看门狗）和库函数；

基础软件层模块类型—内部驱动介绍：
内部驱动（驱动包含了控制和访问内部和外部设备的功能），位于微控制器抽象层。而内部设备位于微控制器上，例如：

内部EEPROM；
CAN控制器；
ADC；

基础软件层模块类型—外部驱动介绍：
外部驱动，位于ECU抽象层，其通过微控制器抽象层来访问外部设备。外部设备位于微控制器之外，比如：

外部EEPROM；
外部看门狗；
外部闪存；

比如：带有SPI接口的外部EEPROM的驱动通过SPI总线的处理程序/驱动程序，来访问外部EEPROM设备。

基础软件层模块类型—接口介绍：
接口模块，Interface (interface module) 包含了从模块中抽象出来的功能，这些功能都被架构性的放置在接口里面。例如，接口模块从特定设备的硬件实现中抽象出来。它可以提供一个通用的API，可以来访问特定类型的设备，与该类型的现有设备的数量无关，与不同设备的硬件实现也无关。
接口不会改变数据的内容。
一般来说，接口位于ECU抽象层。
举例：CAN通信系统的接口提供了一个通用的API，来访问CAN通信网络，这与ECU内部的CAN控制器的数量无关，与硬件实现(片上或片外)也无关。

基础软件层模块类型—处理程序介绍：
处理程序是一个特定的接口，它控制一个或多个客户端对一个或多个驱动程序的并发、多重和异步访问。也就是说，它执行缓冲、排队、仲裁和多路复用。
处理程序不改变数据的内容。
处理程序功能通常包含在驱动程序或接口中(例如SPI HandlerDriver, ADC driver)。

基础软件层模块类型—管理模块介绍：
管理模块为多个客户提供特定的服务。在单纯的处理程序功能不足以从多个客户端抽象的所有情况下，都需要它。
除了处理程序功能之外，管理模块还可以评估、更改或调整数据的内容。
一般来说，接口位于服务层。
案例：NVRAM管理模块，管理着内/外部存储设备(如闪存和EEPROM存储器)的并发访问。它还执行分布式和可靠的数据存储，数据检查，提供默认值等。

软件层—库介绍：
库是服务于某些功能的函数集合，库：