AUTOSAR 学习笔记

AUTOSAR 学习笔记

概述

​ 本文章为0基础小白记录AUTOSAR学习笔记。如有错误，欢迎评论区指正。个人笔记模式习惯采用提问式记录，也是这篇文章的主要记录模式。

补充，大篇幅文章推荐：

《AutoSAR入门到精通系列讲解》作者：雪云飞星

https://blog.csdn.net/xyfx_fhw/category_9291827.html?fromshare=blogcolumn&sharetype=blogcolumn&sharerId=9291827&sharerefer=PC&sharesource=weixin_51105931&sharefrom=from_link

1.AUTOSAR基础认知

1.1 什么是AUTOSAR？为什么要学习AUTOSAR？怎么用AUTOSAR？

Autosar 指 汽车开放系统架构（AUTomotive Open System Architecture）。就是一套规定好的标准、模型、架构。

学AUTOSAR的原因是它为汽车电子软件开发提供了标准和框架，在这个标准模式下，汽车生产商（OEM，Original Equipment Manufacturer）、Tier1（1级供应商）和Tier2（2级供应商）等各个公司之间开发效率可以大大提升。具体来说：OEM软件的可移植性和复用性提升，同时软件应用层在的可靠性大大提升，节省研发和测试费用。Tier1应对严苛的指标要求，处理更加高效，利用软件配置工具提高开发效率。Tier2由于OEM和Tier软件需求变明确，可以专心各个层级的开发工作。

AUTOSAR如何使用，AUTOSAR框架下有专门的工具链，我们使用对应的工具链，按照AUTOSAR标准进行配置使用，便是基于AUTOSAR开发。

补充：

《什么是OEM，Tier1、Tier2？》作者：这里是胡诌诌

https://zhuanlan.zhihu.com/p/681252603

OSEK是AUTOSAR的前身，AUTOSAR相当于软硬件之间的一层隔离。其优势就是解决传统开发的软硬件耦合严重导致的问题。缩短开发周期，增强了原有代码的复用性，支持多人同时开发和维护，有图形化配置界面，生成的代码相对传统更有保障性。

1.2 AUTOSAR分类Classic Platform和Adaptive Platform，有什么区别？

进入AUTOSAR官网，会发现AUTOSAR分为Classic Platform和Adaptive Platform

这两者有什么区别呢？
Classic platform（经典平台）是 AUTOSAR 针对传统车辆控制嵌入式系统的解决方案，具有严格的实时性和安全性限制。从架构来看如下图所示，软件自上而下分别为应用软件层（Application Software Layer，ASW）、运行时环境（Runtime Environment，RTE）、基础软件层（Basic Software Layer，BSW）和微控制器（硬件）（Microcontroller/Hardware）。为保证上层与下层的无关性，在通常情况下，每一层只能使用下一层所提供的接口，并向上一层提供相应的接口。

Adaptive AUTOSAR（自适应平台）是在异构多核（CPU/AI/GPU）高性能SOC处理器和更高带宽的以太通信技术驱动下，提出的一种新型汽车电子系统软件架构标准。它除了继承大量经典平台CP标准内容外，还采用了面向对象高级编程C++语言、面向服务的SOA架构和基于 POSIX 标准的操作系统以适应异构处理的分布式并行处理需求，同时在满足功能安全和信息安全的车规要求下，支持灵活的软件配置、动态部署以及持续的软件迭代更新。

在对比这两个平台之前，还要补充E/E架构（Electrical/Electronic）即电子电气架构相关知识。
传统E/E架构，多条CAN总线连接整个汽车的各个ECU，随着汽车功能和传感器的增加，ECU不断增加，传输的数据大小也在增加，我们会把功能类似的ECU集成到一起，形成域。即使这样，传统E/E架构难以满足ECU的大量增加和联网的需求（CAN通信被网络读取所有信息，行车不安全），于是便提出了新型E/E架构，如下图。

现在最新的架构是中央+区域集成。

回归到AUTOSAR，软件架构便逐渐由 Classic AutoSAR 向 Classic AutoSAR+Adaptive AutoSAR 混合式方向发展。Classic AutoSAR 基础软件分为四层，分别为服务层ASW、 ECU 抽象层BSW、微控制器抽象层MCALL和运行时环境RTE，运行时环境使应用软件从底层软件和硬件平台相互独立。除此之外还包括复杂驱动程序，由于对复杂传感器和执行器进行操作的模块涉及严格的时序问题，这部分暂时未被标准化。

Adaptive AutoSAR 相较于 Classic AutoSAR 具有软实时、可在线升级、操作系统可移植等优势。Classic AutoSAR 是基于强实时性（微秒级） 的嵌入式操作系统上开发出来的软件架构， 可满足传统汽车定制化的功能需求，但受网络的延迟、干扰影响较大，无法满足强实时性。随着自动驾驶、车联网等应用的复杂化， 软实时性的软件架构系统 Adaptive AutoSAR 诞生，其主要用于域控制器/中央计算平台，相对于 Classic AutoSAR的优点：

• 为软实时系统，偶尔超时也不会造成灾难性后果；
• 更适用于多核动态操作系统的高资源环境，如 QNX；
• 软件功能可灵活在线升级。
  

补充：

分布式架构的极限是 L2 级别的自动驾驶，L3 级别已经超出承受范围。 ---《一文看懂第三代E/E架构》 作者：阿宝1990
实现 OTA 和“软件定义汽车”，智能车必须解耦软硬件。分布式架构的 ECU 来自不同供应商，有着不同的嵌入式软件和底层代码，软件生态复杂，OEM 无法自主进行整车维护，更无法实现 OTA。而 Tier1 更新 ECM 的周期和新车型的研发周期相匹配，一般为 2-3 年，率先实现 OTA 的特斯拉更新频率则为几个月一次，用户体验差异明显。在特斯拉已经掌握 OTA 技术的情况下，如果不尽早开始布局，传统车企或将重蹈诺基亚和摩托罗拉的覆辙。 ---《一文看懂第三代E/E架构》 作者：阿宝1990

参考引用：

《Adaptive AUTOSAR （AP）简介 》作者：Auto阿勋

https://blog.csdn.net/qq_44960487/article/details/140011740?spm=1001.2014.3001.5502
《一文看懂第三代E/E架构》 作者：阿宝1990

https://mp.weixin.qq.com/s/yVhVxlAXyxgC1ZDQ8_T3VQ

1.3 AUTOSAR架构有哪几层？分别有什么作用？

如下图，我们这里说的架构是classic autosar，也是现在普遍使用的架构。由ASW软件应用层（Application Layer，Appl）、RTE实时运行环境层（Runtime Environment）、BSW基础软件层（Basic Software）和微控制器层（Microcontroller）构成。

其中，应用层是执行用户代码的区域；实时运行环境层提供应用层所需要的资源，将应用层和底层分离管理同时调度SWC，将SWC与BSW之间做映射。（SWC指应用层组件）；基础软件层将对硬件的操作封装成统一AutoSAR标准的接口，供上层RTE调用。硬件层便是基础硬件资源了。此外，BSW是比较庞大的，还有横向与纵向描述，在BSW层再详细描述。

参考引用：

《Autosar入门随笔5——怎么去学习Autosar》 作者：因上努力，果上随缘.

https://blog.csdn.net/tim_lucia/article/details/143904155?spm=1001.2014.3001.5502

2.ASW层知识

2.1 Application Layaer（ASW、Appl）应用软件层包括哪些内容？

应用软件层内有多个软件组件（Software Component，SWC），软件组件之间通过端口（Port）交互。每个SWC可以运行任意个实体（Runnable Entity，RE

），实体中有相关控制算法，可由RTE事件触发。

2.2 SWC具体指啥？好几种不同命名SWC说的是啥？

软件组件（SWC）指应用程序的核心，也是一些抽象层、复杂驱动层等实现的载体。可把每个SWC理解为一组.c和.h文件，其能实现了特定的功能，比如控制开关灯。

SWC大体上可分为原子组件（Atomic SWC）和部件（Composition SWC）。其中，部件可包含若干原子软件组件或部件。原子组件可根据不同用途分为以下几种类型：

1）应用软件组件（Application SWC）；
2）传感器/执行器软件组件（Sensor/Actuator SWC）；
3）标定参数软件组件（Parameter SWC）；
4）ECU抽象软件组件（ECU Abstraction SWC）；
5）复杂设备驱动软件组件（Complex Device Driver SWC）；
6）服务软件组件（Service SWC）；

应用软件组件主要用于实现应用层控制算法。

传感器/执行器软件组件用于处理具体传感器/执行器的信号，可以直接与ECU抽象层交互。

标定参数软件组件主要提供标定参数值。

ECU抽象软件组件提供访问ECU具体I/O的能力。该软件组件一般提供引用C/S接口的供型端口，即Server端，由其他软件组件（如传感器/执行器软件组件）的需型端口（Client端）调用。

此外，ECU抽象软件组件也可以直接和一些基础软件进行交互。

复杂设备驱动软件组件推广了ECU抽象软件组件，它可以定义端口与其他软件组件通信，还可以与ECU硬件直接交互。所以，该类软件组件灵活性最强，但由于其和应用对象强相关，从而导致其可移植性较差。

服务软件组件主要用于基础软件层，可通过标准接口或标准AUTOSAR接口与其他类型的软件组件进行交互。

2.3 Ports的作用是啥？不同类型之间有什么区别？

Ports是用于SWC之间做接口（interface）通信使用，或者SWC通过RTE和BSW做接口通信使用。可分三类，R-Ports、P-Ports和PR-Ports（Provide and Require Port,PR在AUTOSAR 4.1.1标准提出），分别是：

1）需型端口：用于从其他软件组件获得所需数据或所请求的操作；
2）供型端口：用于对外提供某种数据或某类操作；
3）供需端口：兼有需型端口与供型端口的特性。

AUTOSAR软件组件端口：

由于端口仅定义了方向，所以AUTOSAR中用端口接口（Port Interface）来表征端口的属性，端口接口类型主要有如下几种：
1）发送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface， S/R）；
2）客户端-服务器接口（Client-Server Interface，C/S）；
3）模式转换接口（Mode Switch Interface）；
4）非易失性数据接口（Non-volatile Data Interface）；
5）参数接口（Parameter Interface）；
6）触发接口（Trigger Interface）；

最常用的端口接口是1）、2）。

如下图，软件组件SWC1具有2个端口：其中一个引用的端口接口类型为发送者-接收者（S/R）接口，另一个引用的端口接口类型为客户端-服务器（C/S）接口。
对于引用发送者-接收者接口的一组端口而言，需型接口为接收者（Receiver），供型端口为发送者（Sender）。对于引用客户端-服务器接口的一组端口而言，需型端口为客户端（Client），供型端口为服务器（Server）。
AUTOSAR软件组件端口接口：

1）发送者-接收者端口
用于数据的传递关系，发送者发送数据到一个或多个接收者。该类型接口中定义一系列的数据元素（Data Elemet，DE），这些数据元素之间相互独立。如下图，发送者-接收者接口SR_Interface中定义了2个数据元素，名字分别为DE_1、DE_2，并且需要为每个数据元素赋予相应的数据类型。

注意：一个软件组件的多个需型端口、供型端口、供需端口可以引用同一个发送者-接收者接口，且它们可以使用该接口中所定义的任意一个或多个数据元素，而不一定使用所有数据元素。

2）客户端-服务器接口
客户端-服务器接口用于操作（Operation，OP），即函数调用关系，服务器是操作的提供者，多个客户端可以调用同一个操作，但同一个客户端不能调用多个操作。客户端-服务器接口定义了一系列操作（Operation），即函数，它（们）由引用该接口的供型端口所在地软件组件来实现，并提供给引用该接口的需型端口所在地软件组件调用。如下图所示，该客户端-服务器接口CS_Interface中定义了两个操作OP_1与OP_2，对于每个操作需要定义相关参数及其方向，即函数的形参。

客户端-服务器端口定义：

注意：每个端口只能引用一种接口类型，并且引用相同端口接口类型的端口才能进行交互。

2.4 Runnable Entity是什么，如何理解？

Runnable 就是SWC中的函数，在AUTOSAR架构下，软件生成时，为空函数，需要手动添加代码。

2.5 ASW工作流程（原理）是什么样的？

看了很多文章，对ASW层的工作流程理解还是有点模糊。基于雪云飞星大佬和明明1109大佬的文章，谈下我的个人认知。

软件组件SCW，在代码层面它是一个功能组件的所有.c和.h合集，在实物层面看作车灯、车灯开关。
Port就是每个组件的接口，有用于信息传输的也有用于接收的。
Runnanble就是SCW文件中的具体函数。
如下图，可以把7个SWC分配到两个控制器中（即2个MCU），MCU内部通信为RTE，外部通信采用总线通信。

补充：
ASW层通常由OEM整机厂开发。

AUTOSAR规范定义了三种数据类型（Data Type）：
1）应用数据类型（Application Data Type，ADT）；
2）实现数据类型（Implementation Data Type，IDT）；
3）基础数据类型（Base Type）。

应用数据类型是在软件组件设计阶段抽象出来的数据类型，用于表征实际物理世界的量，是提供给应用层十一点，仅仅是一种功能的定义，并不生成实际代码。

实现数据类型是代码级别的数据类型，是对应用数据类型的具体实现；它需要引用基础暑假类型，并且还可以配置一些计算方法（Compute Method）与限制条件（Data Constaint）。

AUTOSAR中，对于Application Data Type没有强制要求使用，用户可以直接使用Implementation Data Type。若使用了Application Data Type，则必须进行数据类型映射（Data Type Mapping），即将Application Data Type与Implementation Data Type进行映射，从而对每个Application Data Type进行具体实现。

3.RET层知识

3.1 什么是RTE？它的功能和作用是什么？

RTE如其全称Runtime Environment，实时运行环境，其为SWC提供了运行环境。

它的作用是实现ECU内外部的通信管理，runnable的触发和唤醒均是在RTE中实现

4.BSW层知识

5.微控制器层知识