什么是AUTOSAR：架構及其應用

在汽車(chē)系統中，電子或電氣的復雜性正在增加。在現代車(chē)輛中，它們有 100 多個(gè)發(fā)動(dòng)機控制單元，稱(chēng)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。對于汽車(chē)來(lái)說(shuō)，借助其硬件使應用軟件獨立非常重要。為了實(shí)現這一目標，在 AUTOSAR 中執行基本功能，以創(chuàng )建和設置用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制單元的開(kāi)放式軟件架構。

AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture 的縮寫(xiě)，即汽車(chē)開(kāi)放系統架構）由全球的汽車(chē)制造商、供應商以及電子、半導體和軟件行業(yè)的其他公司聯(lián)合建立。AUTOSAR 標準旨在實(shí)現軟件標準化、重用和互操作性。

Autosar 簡(jiǎn)介

AUTOSAR 由不同的汽車(chē)制造公司于 2003 年開(kāi)發(fā)，如寶馬、大陸集團、戴姆勒-奔馳、羅伯特博世有限公司、西門(mén)子 VDO，旨在為汽車(chē)中的電氣和電子設備建立開(kāi)放的行業(yè)標準架構。同年 11 月，福特等著(zhù)名汽車(chē)公司以核心合伙人的身份加入。在十二月份，豐田汽車(chē)公司和PSA集團加入。2008 年 2 月，在通過(guò)大陸集團收購西門(mén)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(chē)行業(yè)發(fā)布了四大軟件架構。AUTOSAR 工作可分為 3 個(gè)階段。在 2004 年至 06 年的第一階段，完成了基礎開(kāi)發(fā)，在 2007 年至 09 年的第二階段;基本發(fā)展在架構和方法論方面得到了擴展。在 2010 年至 13 年的第 3 階段中，可以進(jìn)行保護和首選改進(jìn)。自適應平臺的工作已于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(chē)開(kāi)放系統架構”。它是標準化的開(kāi)放式汽車(chē)軟件架構。這種架構支持車(chē)輛的應用軟件和基本功能內的接口。還有助于為所有 AUTOSAR 員工建立熟悉的發(fā)動(dòng)機控制系統軟件架構。

AUTOSAR用于為會(huì )員提供內在的優(yōu)勢，以處理車(chē)輛中更復雜的電氣和電子系統，如簡(jiǎn)單的集成，在復雜的發(fā)動(dòng)機控制（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(chē)軟件架構是由不同的汽車(chē)制造商、工具開(kāi)發(fā)商和供應商聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。該平臺將增強汽車(chē)行業(yè)車(chē)輛的功能，而不會(huì )打擾現有模型。

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制單元包括以下功能

• 與執行器和傳感器等硬件的強大接口

• 與車(chē)輛內的總線(xiàn)系統接口

• 包括 16/32 位微控制器

• 內部或外部閃存

• 實(shí)時(shí)系統

Autosar 架構示例

AUTOSAR 層架構將軟件細分為五層。首先，我們觀(guān)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，它細分為三個(gè)部分，如基礎軟件、運行環(huán)境和應用層。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

AUTOSAR 架構的不同層在微控制器上運行，如應用層、RTE（運行時(shí)環(huán)境）、服務(wù)層和 BSW（基礎軟件）等。每一層都包含預定義的軟件模塊和服務(wù)，使應用軟件獨立于發(fā)動(dòng)機控制單元。

應用層

AUTOSAR 架構的第一層是支持實(shí)現自定義功能的應用層。它包括軟件組件以及幾個(gè)應用程序，用于根據說(shuō)明執行確切的任務(wù)。

該層包括三個(gè)組件，如應用軟件、軟件端口和端口接口。對于這些組件，該架構可確保應用程序層內的標準化接口。該層的軟件組件將有助于生成簡(jiǎn)單的應用程序，以支持車(chē)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 架構的概述，它支持實(shí)時(shí)供應和安全約束。根據MCU，標準平臺支持不同的應用，如安全和網(wǎng)絡(luò )，允許車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機控制單元接觸車(chē)輛的傳感器和執行器。

RTE（運行時(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)，應用程序包括AUTOSAR傳感器或執行器部件。這樣做的主要目的是使軟件組件獨立，以便映射到精確的發(fā)動(dòng)機控制系統。

RTE 的主要功能包括以下內容。

• 它特定于發(fā)動(dòng)機控制系統和應用。

• 它為每個(gè)發(fā)動(dòng)機控制單元生成。

• 它的界面完全獨立于發(fā)動(dòng)機控制單元。

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

• 內存服務(wù)

• 車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )通信

• 發(fā)動(dòng)機控制單元的狀態(tài)管理

• 問(wèn)題解決服務(wù)

該層為不同的應用程序提供基礎軟件模塊和服務(wù)。

服務(wù)層的主要功能包括以下內容。

• 專(zhuān)用于 MCU（微控制器單元）和 ECU 硬件的一個(gè)元素

• 其接口獨立于 ECU 和 MCU

BSW （基礎軟件）

基礎軟件層包括三層，即

• ECU 抽象層

• 復雜驅動(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備驅動(dòng)程序的接口主要為位于 MCU 內部或外部的設備提供訪(fǎng)問(wèn)權。

• 應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)獨立于發(fā)動(dòng)機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容。

• 安裝可能取決于 ECU 的硬件，而獨立于 MCU

• 高階接口可以獨立用于MCU和ECU硬件單元

復雜驅動(dòng)程序

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

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

復雜驅動(dòng)程序的主要功能包括以下內容。

• 安裝非常依賴(lài)于 ECU、MCU 等。

• 高階接口可以基于 AUTOSAR 的接口進(jìn)行安裝和標準化

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外設和外部設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，這些設備與內存映射。主要目的是創(chuàng )建一個(gè)獨立于 MCU 的更高軟件層。

MCAL 的主要特點(diǎn)包括以下內容。

• 安裝取決于 MCU

• 高階接口不依賴(lài)于 MCU。

  
  

AUTOSAR 自適應平臺

AUTOSAR Adaptive Platform 實(shí)現了 AUTOSAR Runtime for Adaptive Applications （ARA）。有兩種類(lèi)型的接口可用：服務(wù)和 API。該平臺由按服務(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

• 定義需求規范的聚類(lèi)

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

• 但是，不要限制實(shí)現 Adaptive Platform 的架構的最終 SW 設計。

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

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

AUTOSAR 自適應版本 R24-11

AUTOSAR 擴展了現有的 Methodology，以便能夠為兩者提供通用的方法：Classic Platform 和 Adaptive Platform。對功能應用程序的分布式、獨立和敏捷開(kāi)發(fā)的支持需要開(kāi)發(fā)方法的標準化方法。AUTOSAR 自適應方法涉及工作產(chǎn)品及其各自任務(wù)的標準化。工作產(chǎn)品描述諸如服務(wù)、應用程序、計算機及其配置之類(lèi)的工件。相應的任務(wù)定義了工作產(chǎn)品如何為基于 adaptive 平臺開(kāi)發(fā)產(chǎn)品所需的活動(dòng)交換設計信息。

AUTOSAR 的目標

AUTOSAR 的主要目標包括以下內容。

• 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 )內完成

• 在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內保持可維護性

• 整合來(lái)自眾多供應商的功能模塊

• 提高了 COTS 硬件的利用率。

• 汽車(chē)生命周期內的軟件更新。

• 可擴展到各種汽車(chē)

• 實(shí)現基本功能，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)勢包括以下內容。

• 可以在不同的公司之間共享軟件

• 軟件組件的可重用性

• 基本軟件架構是分層的。

• 接口的一致性

• 互作性

• 軟件代碼可以重復使用。

• 設計靈活性更強

• 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

• 透明度和獨特的界面將允許新的商業(yè)模式。

AUTOSAR 的缺點(diǎn)包括以下內容。

• 復雜性

• 初始投資

• 學(xué)習曲線(xiàn)

AUTOSAR 的應用

Autosar 架構的應用包括以下內容。

• 信息娛樂(lè )系統

• LIDAR 和 RADAR 等傳感器

• 預測性維護

• 電氣化

• 帶攝像頭的 ADAS 功能

• V2X 版本

• 地圖更新

• 汽車(chē)應用程序
  

AUTOSAR 標準提供兩個(gè)平臺來(lái)支持當前和將來(lái)幾代汽車(chē)電子控制單元 (ECU)：

• AUTOSAR Classic 平臺 - 此平臺支持傳統的內部應用，如動(dòng)力總成系統、底盤(pán)、車(chē)身和內部電子設備。

• AUTOSAR Adaptive 平臺 - 此平臺支持基于服務(wù)的應用，如自動(dòng)駕駛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、空口軟件更新 (OTA) 以及物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 中的車(chē)輛。

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

AUTOSAR 平臺

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

AUTOSAR Classic 平臺架構有三層：

• 應用軟件 - 在稱(chēng)為軟件組件的自包含單元中提供應用實(shí)現。構建軟件組件時(shí)會(huì )生成符合平臺要求的 AUTOSAR XML 描述和 C 代碼實(shí)現模塊。

• 運行時(shí)環(huán)境 (RTE) - 提供應用軟件和基本軟件之間的通信。軟件組件專(zhuān)門(mén)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)，包括內存和診斷。

AUTOSAR Adaptive 平臺架構具有與 AUTOSAR Classic 平臺類(lèi)似的層，但它是面向服務(wù)的架構 (SOA)，旨在為處理高度計算密集型應用奠定基礎。Adaptive 平臺支持 POSIX 操作系統。