探索 AUTOSAR 與 英飛凌 AURIX? TC4x MCAL 解決方案-上

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AURIX?  TC4x  微控制器的并行處理單元(PPU)簡(jiǎn)介

AURIX? TC4x免費開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹

英飛凌新一代MCU AURIX?  TC4x 即將量產(chǎn)

緣起今生：英飛凌車(chē)規MCU全系支持Rust 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)

在不斷發(fā)展的汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，電子系統標準化和互操作性的需求變得至關(guān)重要。隨著(zhù)車(chē)輛集成越來(lái)復雜的軟件功能，諸如 AUTOSAR（AUTomotive Open System Architecture 汽車(chē)開(kāi)放系統架構）之類(lèi)的框架已成為汽車(chē)行業(yè)的基礎支柱。AUTOSAR 的歷程不僅展示了標準化工作，還展示了為滿(mǎn)足現代車(chē)輛架構和軟件開(kāi)發(fā)范例的需求而不斷發(fā)展的過(guò)程。AUTOSAR 的起源可以追溯到 2000 年代初，當時(shí)主要汽車(chē)制造商和供應商認識到開(kāi)發(fā)汽車(chē)軟件時(shí)采用標準化方法的必要性。它是一個(gè)開(kāi)放、標準化的汽車(chē)軟件架構，支持應用軟件和基本車(chē)輛功能之間接口的標準化，有助于為所有AUTOSAR成員建立通用的ECU軟件架構。主要目標是解決車(chē)輛電子設備日益復雜和電子控制單元 (ECU) 激增帶來(lái)的挑戰。

從本質(zhì)上講，它是一個(gè)標準化的開(kāi)源平臺，可實(shí)現現代車(chē)輛內各種電子控制單元 (ECU) 之間的無(wú)縫通信和集成。它提供了結構化的軟件架構，使汽車(chē)制造商和供應商能夠高效協(xié)作、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間并提高軟件質(zhì)量。通過(guò)其分層方法，AUTOSAR 簡(jiǎn)化了復雜的軟件生態(tài)系統，促進(jìn)模塊化和可擴展性，同時(shí)確保不斷發(fā)展的汽車(chē)領(lǐng)域的安全性和可靠性。

AUTOSAR 旨在為成員提供固有的優(yōu)勢，以管理日益復雜的 E/E 車(chē)載環(huán)境，例如復雜 ECU 網(wǎng)絡(luò )中功能的輕松集成和交換以及整個(gè)產(chǎn)品生命周期的控制。

多年來(lái)，AUTOSAR 經(jīng)歷了多次迭代，每次迭代都旨在完善其架構、通信協(xié)議和軟件開(kāi)發(fā)方法。AUTOSAR 發(fā)展的重要里程碑包括：

1.

基礎軟件（BSW）堆棧：標準化基礎軟件模塊的開(kāi)發(fā)構成了 AUTOSAR 架構的核心。這些模塊提供了通信堆棧、診斷和操作系統服務(wù)等基本功能，確保了不同汽車(chē)平臺之間的一致性。

2.

通信協(xié)議：AUTOSAR 引入了 CAN（控制器局域網(wǎng)）、LIN（本地互連網(wǎng)絡(luò )）和 FlexRay 等標準化通信協(xié)議，實(shí)現了車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )內 ECU 之間的無(wú)縫通信。這些協(xié)議在支持實(shí)時(shí)、確定性通信方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，這對于安全關(guān)鍵型汽車(chē)系統至關(guān)重要。

3.

方法和工具：AUTOSAR 制定了開(kāi)發(fā)過(guò)程指南，包括軟件設計、配置和集成的方法。此外，圍繞  AUTOSAR 的生態(tài)系統已擴展到包括各種開(kāi)發(fā)工具、配置編輯器和代碼生成器，從而簡(jiǎn)化了汽車(chē)制造商和供應商的軟件開(kāi)發(fā)生命周期。

4.

自適應平臺：隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)擁抱電氣化、互聯(lián)化和自動(dòng)駕駛等趨勢，對更加靈活和可擴展的軟件架構的需求變得顯而易見(jiàn)。AUTOSAR 通過(guò)推出自適應平臺來(lái)滿(mǎn)足這些需求，該平臺旨在支持動(dòng)態(tài)軟件更新、無(wú)線(xiàn)（OTA）功能和高級駕駛員輔助系統 （ADAS）。

5.

與行業(yè)標準集成：AUTOSAR 不斷與其他行業(yè)標準和計劃保持一致，包括針對功能安全的 ISO 26262  和針對網(wǎng)絡(luò )安全的 ISO 21434。通過(guò)將這些標準集成到其框架中，AUTOSAR 確保汽車(chē)系統滿(mǎn)足最高的安全要求。

AUTOSAR 的初始階段側重于定義分層軟件架構，以促進(jìn)跨不同車(chē)輛領(lǐng)域的汽車(chē)軟件的開(kāi)發(fā)、集成和可擴展性。分層架構方法允許關(guān)注點(diǎn)分離，并實(shí)現軟件組件更大的模塊化和可重用性。經(jīng)典的 AUTOSAR 平臺在微控制器上運行，分為 3 個(gè)主要層；

1.

基本軟件架構（Basic Software Architecture） - It is common to any AUTOSAR ECU.

2.

AUTOSAR 運行時(shí)環(huán)境（AUTOSAR Runtime Environment）

3.

應用層（Application Layer）

最近，有必要支持可以在硬件或軟件擴展中實(shí)現的概念，使 AUTOSAR 能夠配置和利用高級硬件功能，而不受任何特定實(shí)現目標的限制。

轉向集中式和區域式 E/E 架構需要 OEM 為其架構上的許多功能更強大的 ECU 規劃更大規模的同步新一代 ECU，這通常與為 OEM 帶來(lái)更多軟件以及更多的內部 ECU 開(kāi)發(fā)相一致。

AUTOSAR 自適應平臺的推出是為了支持更多應用程序，例如汽車(chē)行業(yè)日益可用的高性能計算的功能和靈活性。隨后，經(jīng)典平臺和自適應平臺的通用功能已轉移到基本標準中，以確保保持互操作性。

雖然 AUTOSAR 自適應平臺擴展了 AUTOSAR 支持的  ECU 類(lèi)型，但 AUTOSAR 經(jīng)典平臺仍然適用于許多傳統  ECU，但專(zhuān)注于將高計算功能和服務(wù)整合到中央/區域/域  ECU 中并不能完全消除功能相對簡(jiǎn)單的 ECU 控制和監視輸入和輸出。Classic Platform 非常適合具有安全相關(guān)功能的控制功能，同時(shí)支持高達 ASIL D 的可用和網(wǎng)絡(luò )安全擴展，以確保免受惡意或系統故障造成的干擾。

經(jīng)典平臺作為編號版本發(fā)布到 4.4.0，其中第一個(gè) 4 代表主要平臺版本，概念的更改, 不兼容前代。第二個(gè) 4 代表增量版本，其中添加了新概念，這意味著(zhù)同代標準本身也不完全兼容。最后的 0 代表次要版本，對標準進(jìn)行澄清和修復，而不是概念更改或添加。該標準的所有 3 部分現已作為年度版本一起發(fā)布，即 R20-11，對應于 2020 年 11 月。大多數 OEM 為一代 E/E 架構使用特定版本已成為正常做法，通常是稍后（或有時(shí)更早）版本或特定于 OEM 系統設計的一些增強和/或定制。

在最近的版本中，根據 AUTOSAR 創(chuàng )建的目標，我們更加努力地協(xié)調經(jīng)典平臺和自適應平臺之間的架構和功能，從而簡(jiǎn)化兩個(gè)平臺在生產(chǎn) E/E 架構中協(xié)同工作的部署。

R20-11 版在經(jīng)典平臺中新增對 ieee802.3 g 規定的以太網(wǎng)10BASE-T1S 的支持，使以太網(wǎng)中的總線(xiàn)拓撲成為可能。經(jīng)典平臺和自適應平臺都將支持 OSI 模型第 1 層和第 2 層上的這一新擴展。

新增加了以太網(wǎng)喚醒（Ethernet Wakeup On Dataline）功能，擴展了以太網(wǎng)通信棧，結合現有通信功能（如部分網(wǎng)絡(luò )）使用符合 OA TC10 的以太網(wǎng)硬件（PHY）。

車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)管理中，通過(guò)動(dòng)態(tài)學(xué)習額外路由的可能性，擴展了基于靜態(tài)路由的現有 PNC 協(xié)調算法。

引入了"入侵檢測系統管理器 "概念，規定了基于 AUTOSAR 的入侵檢測系統 (IDS) 的框架。

此外還定義了車(chē)輛運動(dòng)控制接口、10BASE-T1S、經(jīng)典平臺靈活性，并針對經(jīng)典平臺和自適應平臺的交互進(jìn)行了升級，加強了兩個(gè)平臺之間的互動(dòng)。

R21-11 版在 R20-11 基礎上，進(jìn)一步定義和增強了經(jīng)典平臺的功能：

1.

定義了 10BASE-T1S 中支持兩種可用的 HW 解決方案：通過(guò) SPI 的 10BASE-T1S 外部 MAC 控制器和通過(guò) MII 的 PHYs。

2.

增強了 經(jīng)典平臺靈活性，支持位于應用軟件集群中的軟件組件基于信號和 SOME/IP 的通信--可獨立于主機軟件集群及其通信棧構建。

3.

重新設計與 PNC 相關(guān)的 ComM 和 NM，用專(zhuān)用  API 代替 ComM 和 Nm。

通過(guò)下層組件 MemAcc 和 Mem 擴展了現有內存堆棧，為多個(gè)上層模塊提供內存訪(fǎng)問(wèn)協(xié)調，并提供與內存技術(shù)無(wú)關(guān)的內存驅動(dòng)程序接口，從而支持空中下載（OTA）軟件更新等新用例。

盡管取得了許多成就，但 AUTOSAR 在快速變化的汽車(chē)領(lǐng)域不斷發(fā)展時(shí)也面臨著(zhù)一些挑戰。一項重大挑戰是在標準化和靈活性之間取得適當的平衡。雖然標準化促進(jìn)了互操作性和兼容性，但它也會(huì )抑制創(chuàng )新并阻礙汽車(chē)制造商之間的差異化。另一個(gè)挑戰是適應軟件定義車(chē)輛日益復雜的情況，以及高級駕駛輔助和自動(dòng)駕駛系統對人工智能（AI） 和機器學(xué)習（ML）算法的日益依賴(lài)。AUTOSAR 會(huì )不斷發(fā)展以支持這些新興技術(shù)，同時(shí)保持其模塊化、可擴展性和可靠性的核心原則。

如上介紹的，汽車(chē)開(kāi)放系統體系結構（AUTOSAR）是汽車(chē)工業(yè)遵循的標準，AUTOSAR 分層架構的其中一層是 MCAL（微控制器抽象層）。AUTOSAR 為屬于 MCAL 層的設備驅動(dòng)模塊提供了非常詳細的規范。通過(guò)提供 MCAL 層提供標準化的軟件接口和配置，使中間件軟件（BSW）和應用層獨立于底層硬件平臺。

英飛凌為 AURIX? TC4x 系列微控制器提供了 MCAL 層實(shí)現，其符合 AUTOSAR 4.6.0 (R20-11) 的定義，內存驅動(dòng)程序是符合 4.7.0 (R 21-11) 版本的。英飛凌還為沒(méi)有 AUTOSAR 標準的外設模塊提供復雜的驅動(dòng)程序。

所有MCAL驅動(dòng)模塊的開(kāi)發(fā)都符合 ISO-26262 Automotive SPICE 3.1 Level 3 和 ISO-21434 中定義的流程。所有源代碼的開(kāi)發(fā)都符合 MISRA C 編程語(yǔ)言和 SEI CERT-C (2016) 編碼標準。

TC4x MCAL 驅動(dòng)程序提供了完整的源代碼，基于 Tresos 配置工具的配置支持，文檔和演示軟件，使用戶(hù)能夠快速入門(mén)。

TC4x MCAL 從四個(gè)方面進(jìn)行了軟件提升：

1.

功能安全：避免 ASIL D 實(shí)現的額外驅動(dòng)程序；簡(jiǎn)化軟件分區，提供更大的靈活性（ASIL D 域執行）; 簡(jiǎn)化系統級安全論證

2.

信息安全：支持強制性網(wǎng)絡(luò )安全標準；英飛凌為報告的事件提供網(wǎng)絡(luò )安全事件響應

3.

多核虛擬化：?jiǎn)⒂脤μ摂M ECU 的支持；簡(jiǎn)化軟件分區，提供更大的靈活性（多核操作）

4.

產(chǎn)品質(zhì)量：支持最新標準: ASPICE ver3.1 level 3；避免需要密集的客戶(hù)審核

相較于TC3x MCAL，不僅有延續性和繼承性，還有以下增強：

1

功能安全：實(shí)現17個(gè) ASIL-D 系統故障回避流程

2.

MCAL功能：支持 AS20-11，其中內存驅動(dòng)支持AS21-11；支持多核、虛擬化、不同 ASIL 的軟件分區；新增外設驅動(dòng)；I2C 等外設驅動(dòng)更新

3.

信息安全：開(kāi)發(fā)符合 ISO21434 網(wǎng)絡(luò )安全標準（全面支持）

4.

產(chǎn)品質(zhì)量：支持最新標準: ASPICE ver3.1  level3，ISO26262:2018

下期預告

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