什么是AUTOSAR：架構(gòu)及其應(yīng)用

在汽車系統(tǒng)中，電子或電氣的復(fù)雜性正在增加。在現(xiàn)代車輛中，它們有 100 多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，稱為 ECU。每個(gè) ECU 都包含許多功能，一旦更改了處理器等硬件，就必須從頭開(kāi)始頻繁地重新表述這些功能。對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，借助其硬件使應(yīng)用軟件獨(dú)立非常重要。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在 AUTOSAR 中執(zhí)行基本功能，以創(chuàng)建和設(shè)置用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的開(kāi)放式軟件架構(gòu)。

AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture 的縮寫，即汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)）由全球的汽車制造商、供應(yīng)商以及電子、半導(dǎo)體和軟件行業(yè)的其他公司聯(lián)合建立。AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)旨在實(shí)現(xiàn)軟件標(biāo)準(zhǔn)化、重用和互操作性。

Autosar 簡(jiǎn)介

AUTOSAR 由不同的汽車制造公司于 2003 年開(kāi)發(fā)，如寶馬、大陸集團(tuán)、戴姆勒-奔馳、羅伯特博世有限公司、西門子 VDO，旨在為汽車中的電氣和電子設(shè)備建立開(kāi)放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。同年 11 月，福特等著名汽車公司以核心合伙人的身份加入。在十二月份，豐田汽車公司和PSA集團(tuán)加入。2008 年 2 月，在通過(guò)大陸集團(tuán)收購(gòu)西門子 VDO 公司后，它不再是 AUTOSAR 的自主核心合作伙伴。

2003 年，AUTOSAR 為汽車行業(yè)發(fā)布了四大軟件架構(gòu)。AUTOSAR 工作可分為 3 個(gè)階段。在 2004 年至 06 年的第一階段，完成了基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)，在 2007 年至 09 年的第二階段;基本發(fā)展在架構(gòu)和方法論方面得到了擴(kuò)展。在 2010 年至 13 年的第 3 階段中，可以進(jìn)行保護(hù)和首選改進(jìn)。自適應(yīng)平臺(tái)的工作已于2016年開(kāi)始，主要的開(kāi)發(fā)行動(dòng)最終在Classic， Adaptive & Foundation of AUTOSAR的聯(lián)合版本中發(fā)布。

AUTOSAR 代表“汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)”。它是標(biāo)準(zhǔn)化的開(kāi)放式汽車軟件架構(gòu)。這種架構(gòu)支持車輛的應(yīng)用軟件和基本功能內(nèi)的接口。還有助于為所有 AUTOSAR 員工建立熟悉的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)。

AUTOSAR用于為會(huì)員提供內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)，以處理車輛中更復(fù)雜的電氣和電子系統(tǒng)，如簡(jiǎn)單的集成，在復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)控制（ECU）網(wǎng)絡(luò)中切換功能，以及控制整個(gè)產(chǎn)品的生命周期。

這種汽車軟件架構(gòu)是由不同的汽車制造商、工具開(kāi)發(fā)商和供應(yīng)商聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。該平臺(tái)將增強(qiáng)汽車行業(yè)車輛的功能，而不會(huì)打擾現(xiàn)有模型。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包括以下功能

• 與執(zhí)行器和傳感器等硬件的強(qiáng)大接口

• 與車輛內(nèi)的總線系統(tǒng)接口

• 包括 16/32 位微控制器

• 內(nèi)部或外部閃存

• 實(shí)時(shí)系統(tǒng)

Autosar 架構(gòu)示例

AUTOSAR 層架構(gòu)將軟件細(xì)分為五層。首先，我們觀察到一個(gè)基于 OSI 但特征層模型解釋了 AUTOSAR 軟件的分層排列。因此，它細(xì)分為三個(gè)部分，如基礎(chǔ)軟件、運(yùn)行環(huán)境和應(yīng)用層。在每一層中，某些軟件模塊被抽象出來(lái)，這些層通過(guò)接口進(jìn)行通信。

AUTOSAR 架構(gòu)

AUTOSAR 架構(gòu)的不同層在微控制器上運(yùn)行，如應(yīng)用層、RTE（運(yùn)行時(shí)環(huán)境）、服務(wù)層和 BSW（基礎(chǔ)軟件）等。每一層都包含預(yù)定義的軟件模塊和服務(wù)，使應(yīng)用軟件獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。

應(yīng)用層

AUTOSAR 架構(gòu)的第一層是支持實(shí)現(xiàn)自定義功能的應(yīng)用層。它包括軟件組件以及幾個(gè)應(yīng)用程序，用于根據(jù)說(shuō)明執(zhí)行確切的任務(wù)。

該層包括三個(gè)組件，如應(yīng)用軟件、軟件端口和端口接口。對(duì)于這些組件，該架構(gòu)可確保應(yīng)用程序?qū)觾?nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化接口。該層的軟件組件將有助于生成簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，以支持車輛功能。

這些組件之間的交互可以通過(guò)具有虛擬 Function Bus 的確切端口來(lái)允許。這些端口將促進(jìn)AUTOSAR的BSW和軟件組件之間的交互。
這是 AUTOSAR 架構(gòu)的概述，它支持實(shí)時(shí)供應(yīng)和安全約束。根據(jù)MCU，標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)支持不同的應(yīng)用，如安全和網(wǎng)絡(luò)，允許車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元接觸車輛的傳感器和執(zhí)行器。

RTE（運(yùn)行時(shí)環(huán)境）

RTE是一個(gè)中間件層，為AUTOSAR的軟件組件提供通信服務(wù)，應(yīng)用程序包括AUTOSAR傳感器或執(zhí)行器部件。這樣做的主要目的是使軟件組件獨(dú)立，以便映射到精確的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。

RTE 的主要功能包括以下內(nèi)容。

• 它特定于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和應(yīng)用。

• 它為每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元生成。

• 它的界面完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。

服務(wù)層

這是提供不同功能的主要軟件層，如下所示。

• 操作系統(tǒng)

• 內(nèi)存服務(wù)

• 車輛網(wǎng)絡(luò)通信

• 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的狀態(tài)管理

• 問(wèn)題解決服務(wù)

該層為不同的應(yīng)用程序提供基礎(chǔ)軟件模塊和服務(wù)。

服務(wù)層的主要功能包括以下內(nèi)容。

• 專用于 MCU（微控制器單元）和 ECU 硬件的一個(gè)元素

• 其接口獨(dú)立于 ECU 和 MCU

BSW （基礎(chǔ)軟件）

基礎(chǔ)軟件層包括三層，即

• ECU 抽象層

• 復(fù)雜驅(qū)動(dòng)程序

• MCAL （微控制器抽象層）

ECU 抽象層

• 與微控制器抽象層和外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口主要為位于 MCU 內(nèi)部或外部的設(shè)備提供訪問(wèn)權(quán)。

• 應(yīng)用程序編程接口用于與 MCU 連接。

• 該層的主要目的是創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元硬件布局的更高軟件層。

ECU 抽象層的主要功能包括以下內(nèi)容。

• 安裝可能取決于 ECU 的硬件，而獨(dú)立于 MCU

• 高階接口可以獨(dú)立用于MCU和ECU硬件單元

復(fù)雜驅(qū)動(dòng)程序

這些層用于其他層上不可用的多面函數(shù)。該層可以直接訪問(wèn) MCU。主要示例是電氣值控制、注射控制、位置增加檢測(cè)等。

主要目的是實(shí)現(xiàn)作復(fù)合傳感器和執(zhí)行器所需的特定功能和定時(shí)必需品。

復(fù)雜驅(qū)動(dòng)程序的主要功能包括以下內(nèi)容。

• 安裝非常依賴于 ECU、MCU 等。

• 高階接口可以基于 AUTOSAR 的接口進(jìn)行安裝和標(biāo)準(zhǔn)化

MCAL （微控制器抽象層）

這個(gè)軟件模塊可以直接通過(guò)片上MCU外設(shè)和外部設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)，這些設(shè)備與內(nèi)存映射。主要目的是創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立于 MCU 的更高軟件層。

MCAL 的主要特點(diǎn)包括以下內(nèi)容。

• 安裝取決于 MCU

• 高階接口不依賴于 MCU。

  
  

AUTOSAR 自適應(yīng)平臺(tái)

AUTOSAR Adaptive Platform 實(shí)現(xiàn)了 AUTOSAR Runtime for Adaptive Applications （ARA）。有兩種類型的接口可用：服務(wù)和 API。該平臺(tái)由按服務(wù)和 AUTOSAR Adaptive Platform Base 分組的功能集群組成。

功能集群...

• 組裝 Adaptive Platform 的功能

• 定義需求規(guī)范的聚類

• 從應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)的角度描述 Software Platform 的行為

• 但是，不要限制實(shí)現(xiàn) Adaptive Platform 的架構(gòu)的最終 SW 設(shè)計(jì)。

AUTOSAR Adaptive Platform Basis 中的功能集群必須每臺(tái)（虛擬）機(jī)器至少有一個(gè)實(shí)例，而服務(wù)可以分布在車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中。

與 AUTOSAR Classic Platform 相比，Adaptive Platform 的 AUTOSAR 運(yùn)行時(shí)環(huán)境在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接服務(wù)和客戶端。

AUTOSAR 自適應(yīng)版本 R24-11

AUTOSAR 擴(kuò)展了現(xiàn)有的 Methodology，以便能夠?yàn)閮烧咛峁┩ㄓ玫姆椒ǎ篊lassic Platform 和 Adaptive Platform。對(duì)功能應(yīng)用程序的分布式、獨(dú)立和敏捷開(kāi)發(fā)的支持需要開(kāi)發(fā)方法的標(biāo)準(zhǔn)化方法。AUTOSAR 自適應(yīng)方法涉及工作產(chǎn)品及其各自任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化。工作產(chǎn)品描述諸如服務(wù)、應(yīng)用程序、計(jì)算機(jī)及其配置之類的工件。相應(yīng)的任務(wù)定義了工作產(chǎn)品如何為基于 adaptive 平臺(tái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品所需的活動(dòng)交換設(shè)計(jì)信息。

AUTOSAR 的目標(biāo)

AUTOSAR 的主要目標(biāo)包括以下內(nèi)容。

• 激活冗余

• 從一個(gè) ECU 到另一個(gè) ECU 的功能可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)完成

• 在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)保持可維護(hù)性

• 整合來(lái)自眾多供應(yīng)商的功能模塊

• 提高了 COTS 硬件的利用率。

• 汽車生命周期內(nèi)的軟件更新。

• 可擴(kuò)展到各種汽車

• 實(shí)現(xiàn)基本功能，如全行業(yè)典型核心解決方案

• 安全要求

AUTOSAR 的優(yōu)缺點(diǎn)

AUTOSAR 的優(yōu)勢(shì)包括以下內(nèi)容。

• 可以在不同的公司之間共享軟件

• 軟件組件的可重用性

• 基本軟件架構(gòu)是分層的。

• 接口的一致性

• 互作性

• 軟件代碼可以重復(fù)使用。

• 設(shè)計(jì)靈活性更強(qiáng)

• 將降低成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間

• 可以在功能開(kāi)發(fā)中提高效率

• 透明度和獨(dú)特的界面將允許新的商業(yè)模式。

AUTOSAR 的缺點(diǎn)包括以下內(nèi)容。

• 復(fù)雜性

• 初始投資

• 學(xué)習(xí)曲線

AUTOSAR 的應(yīng)用

Autosar 架構(gòu)的應(yīng)用包括以下內(nèi)容。

• 信息娛樂(lè)系統(tǒng)

• LIDAR 和 RADAR 等傳感器

• 預(yù)測(cè)性維護(hù)

• 電氣化

• 帶攝像頭的 ADAS 功能

• V2X 版本

• 地圖更新

• 汽車應(yīng)用程序
  

AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)提供兩個(gè)平臺(tái)來(lái)支持當(dāng)前和將來(lái)幾代汽車電子控制單元 (ECU)：

• AUTOSAR Classic 平臺(tái) - 此平臺(tái)支持傳統(tǒng)的內(nèi)部應(yīng)用，如動(dòng)力總成系統(tǒng)、底盤、車身和內(nèi)部電子設(shè)備。

• AUTOSAR Adaptive 平臺(tái) - 此平臺(tái)支持基于服務(wù)的應(yīng)用，如自動(dòng)駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、空口軟件更新 (OTA) 以及物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 中的車輛。

AUTOSAR Classic、AUTOSAR Adaptive 和非 AUTOSAR ECU 可以在同一輛車內(nèi)互操作。

AUTOSAR 平臺(tái)

AUTOSAR 基于軟件架構(gòu)，分為兩個(gè)平臺(tái)：AUTOSAR Classic 平臺(tái)和 AUTOSAR Adaptive 平臺(tái)。AUTOSAR Classic 平臺(tái)是一款面向具有嚴(yán)格實(shí)時(shí)性和安全性約束的嵌入式系統(tǒng)的解決方案。AUTOSAR Adaptive 平臺(tái)是一款面向高性能計(jì)算 ECU 的解決方案，用于構(gòu)建自動(dòng)駕駛等故障操作系統(tǒng)。

AUTOSAR Classic 平臺(tái)架構(gòu)有三層：

• 應(yīng)用軟件 - 在稱為軟件組件的自包含單元中提供應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。構(gòu)建軟件組件時(shí)會(huì)生成符合平臺(tái)要求的 AUTOSAR XML 描述和 C 代碼實(shí)現(xiàn)模塊。

• 運(yùn)行時(shí)環(huán)境 (RTE) - 提供應(yīng)用軟件和基本軟件之間的通信。軟件組件專門通過(guò) RTE 與其他組件和/或基本軟件模塊通信，這使得軟件組件可獨(dú)立于任何特定的 ECU 和其他軟件組件。

• 基本軟件 (BSW) - 提供 ECU 抽象、微控制器抽象和服務(wù)，包括內(nèi)存和診斷。

AUTOSAR Adaptive 平臺(tái)架構(gòu)具有與 AUTOSAR Classic 平臺(tái)類似的層，但它是面向服務(wù)的架構(gòu) (SOA)，旨在為處理高度計(jì)算密集型應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。Adaptive 平臺(tái)支持 POSIX 操作系統(tǒng)。