Classic AUTOSAR专题 | I/O模块简介

news2024/11/16 21:57:23

书接上回，上期专题内容中小怿介绍了Classic AUTOSAR之存储模块，相信大家对存储以及NvM已经有了初步的认识了解。接下来我们将继续介绍Classic AUTOSAR专题之I/O模块，同时感兴趣的小伙伴还请持续关注后续内容~

01 AUTOSAR I/O功能概述

I/O(Input/OutPut)就是所说的输入输出功能，在Classic AUTOSAR平台架构中，与输入输出功能紧密配合的基础软件模块主要有：输入输出硬件抽象模块(I/O HW Abstraction)、输入输出驱动模块(I/O Drivers)、通信驱动模块(Communication Drivers)，分别位于ECU抽象层(ECU Abstraction Layer)和硬件抽象层(MCAL，MicroController Abstraction Layer)。

实际上不管是传统燃油车或是现在智能化程度更高的新能源车，都不可避免地要读取车辆传感器采集的电压、电流信号。又因为应用软件无法直接读取并处理这些电信号，所以电信号需要经过提取转换后抽象成应用软件能理解的数字信号，再由应用层SWC（Software Component）调用使用。那么如何精准地分工协作完成电信号的转换和抽象，这就是I/O这些模块需要解决的事情。

I/O功能涉及的Model

为了方便理解输入输出功能对信号转换和传递过程，举例简单说明传感器采集的信号是如何提供给上层SWC使用。

如下图，压力传感器通过压敏电阻将压力转换成电压信号（电信号）传递给ADC（数模转换器），I/O Drivers模块中的ADC Driver驱动ADC Hardware将电压信号再一步转换成数字信号传递给IoHwAb（I/O Hardware Abstraction）模块，IoHwAb将接收到的数字信号（数值）进行过滤、去抖后抽象成ECU Signal（电压值），应用层SWC再经RTE（RunTime Environment）调取ECU Signal，SWC根据电压和压力的转换关系，将电压信号再计算出传感器采集到的压力值。

输入输出功能示意图

所以ADC在将压力信号转换成数字信号前，实际上都是硬件电路中的电信号，经过转换后的数值才能作为软件的变量进行调用计算。

读到这里，大家也能想到，其实输入输出相比其他功能，例如通信来说，涉及的模块相对较少。IoHwAb作为ECU抽象层的模块之一，可以直接通过RTE由SWC调用，也可调用下层MCAL层各类Drivers的标准API驱动硬件电路，从而实现软硬件的解耦。因此IoHwAb作为输入输出功能的核心模块之一，接下来我们一起进入IoHwAb内部再进行探究。

02 IoHwAb功能简介

IoHwAb作为BSW（Basic Software）的ECU抽象层模块之一，又是一组更小的模块的组合，其内部又包含了多个模块。IoHwAb在BSW中的任务或目的就是：向下层MCAL提供访问接口，并将抽象出的信号提供给上层软件调用。

AUTOSAR 软件分层架构图

2.1 IoHwAb模块组成

IoHwAb内部包含的软件模块一般是针对ECU特定设计的，不同ECU其IoHwAb包含的软件模块也并非相同，但一般情况下都会包含以下几个模块。

I/O Signal Interface

输入输出信号接口模块，可以对数据进行处理，如进行信号抽象、过滤、去抖动等，可以直接通过RTE由应用层SWC调用，也能直接调用MCAL drivers，如果是外部设备，也可以调用外部芯片驱动模块（Driver for ext. ASIC）。

Driver for ext. ADC ASIC

外置ADC驱动，用于驱动外部芯片，可以调用MCAL模块，RTE不能直接调用该模块，需要通过I/O Signal Interface。

Driver for ext. I/O ASIC

外置I/O驱动，类似Driver for ext. ADC ASIC。

IoHwAb构成

2.2 IoHwAb与MCAL、应用层接口

IoHwAb位于MCAL drivers上层，IoHwAb可以直接调用Drivers的标准API接口来管理驱动硬件设备，这也意味着IoHwAb也要为上层软件组件提供所有访问MCAL drivers的接口。

IoHwAb与其他模块接口

IoHwAb可调用接收MCAL drivers的接口汇总表如下所示，可以看到IoHwAb能调用所有I/O Driver的接口。（不能接收DIO driver和PORT driver的通知信息。）

——“X”表示存在调用关系

从上图中，可以注意到，IoHwAb与上层SWC交互的接口均是AUTOSAR接口而并非标准AUTOSAR接口，这是因为各种各样的信号类型难以甚至无法做到标准化，所以IoHwAb模块实际上与复杂驱动类似，需要定制化开发。实际中AUTOSAR的目的也不是为了IoHwAb模块能够实现标准化，而是为整个系统能实现输入输出功能提供了指导性参考。

2.3 ECU Signals及其属性介绍

上节说到IoHwAb向上层暴露的是AUTOSAR接口，这就需要IoHwAb将下层收到的各种各样的电信号再次统一封装成ECU Signals，因此一个ECU signal也就代表着一个电信号。

ECU Signals

为了描述电信号的更多特征，ECU Signal就需要定义一些除电信号数值以外的其他属性信息，例如过滤消抖（Filtering/Debouncing）、时效（Age）。

Filtering/Debouncing

所有ECU Signal都应该有Filtering/Debouncing属性，以便上层SWC获取真实的数值。该属性实际只对输入的信号有影响。

Age

Age属性用来描述ECU Signal的时效性，不管是IoHwAb向下层输出的信号还是从下层获取的信号，都应该有单独对应的Age属性。Age定义了一个最大有效时间，在时效时间内IoHwAb向上或向下层传递的信号都是有效的。特别的，如果Age设置为0，IoHwAb就要立即进行传输。

2.4 IoHwAb调度介绍

上文说到，IoHwAb可以将电信号封装成应用层SWC期望的ECU Signal供上层调用，那IoHwAb作为一个Basic Software，接下来我们从软件的角度看看IoHwAb如何具体实现输入输出的。

下图是应用层Sensor / Actuator Component请求获取新的“af_pressure”信号时序图。可以看到为了完成读取功能，各模块经历了以下步骤：

① EcuM调用Adc_Init()和IoHwAb_Init()分别完成ADC模块和IoHwAb模块的初始化。

② 应用层调用IoHwAb模块IoHwAb_GetVoltage()方法获取af_pressure信号。

③ IoHwAb接着调用ADC模块Adc_StartGroupConversion()开始进行信号转换。

④ ADC转换完成后会通知IoHwAb和应用层，接着应用层可同步调用IoHwAb_ReadVoltage()读取af_pressure值。

获取ADC转换信号时序图

接下来再从IoHwAb软件内部行为理解这个过程。

首先ECU state manager触发BswModuleEntry完成IoHwAb模块的初始化，这里IoHwAb可以有多个初始化函数，可以根据不同的初始化参数将不同的配置传递给MCAL drivers。虽然IoHwAb可以同时使用Runnable Scheduling和BSW Scheduling，但初始化过程只能由ECU State Manager决定，不是由应用层SWC初始化。

RTE通过IoHwAb的P-Port(Server port)口触发调用Runnable Entry R1（R1），R1会去调用ADC driver接口启动转换，等待转换完成后，ADC driver触发BswModuleEntry R2（R2）读取转换结果并由另一P-Port（Sender/Receiver port）通过RTEevent发送给SWC。

IoHwAb runnables

2.5 IoHwAb的API介绍

前文提到ADC在转换完成后会调用IoHwAb模块的IoHwAb_AdcNotification<#groupID>告知IoHwAb模块转换结果。这就需要IoHwAb预先实现该接口，待ADC driver调用。那其实对于IoHwAb本身来说，并没有要求必须实现的接口，IoHwAb模块要实现的接口完全取决于IoHwAb所需要实现的功能以及上层SWC的需要。