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自2003年組建以來(lái)，AUTOSAR(AUTomotive Open System ARchitecture，汽車(chē)開(kāi)放系統架構)聯(lián)盟一直致力于改變車(chē)載網(wǎng)絡(luò )和電子控制單元(ECU)的設計方式。AUTOSAR為原始設備制造商(OEM)及其一級供應商提供設計和開(kāi)發(fā)居于現代車(chē)輛中心的ECU的行業(yè)標準方法。該標準能幫助減少設計過(guò)程中人為錯誤的可能性，并為供應商和制造商提供一種明確且機器可讀的數據格式來(lái)交換設計信息。本文探討了AUTOSAR標準的一些預期商業(yè)回報，并解釋了一些基本術(shù)語(yǔ)和設計方法。 AUTOSAR聯(lián)盟的會(huì )員包括汽車(chē)OEM以及由零部件和服務(wù)提供商組成的支持性生態(tài)系統。該聯(lián)盟的宗旨是針對汽車(chē)電氣/電子(E/E)架構創(chuàng )造和建立全球性開(kāi)放標準。該標準在車(chē)輛架構級別提供支持，讓OEM網(wǎng)絡(luò )設計人員能設計和管理車(chē)輛功能之間的復雜關(guān)系；并且還在供應商級別提供支持，以在制造之前詳細定義獨立ECU接口的細節。 為何改用AUTOSAR？ 一款現代化豪華汽車(chē)可能包含多達100個(gè)ECU，包括從簡(jiǎn)單的傳感器接口到復雜的信息娛樂(lè )及遠程信息單元。將它們一次性全部改用AUTOSAR方法和標準的風(fēng)險很高，但原始設備制造商和一級供應商做出這樣的改變會(huì )獲得廣泛的利益。預計到2020年，所有車(chē)輛都將擁有一些基于A(yíng)UTOSAR的ECU，因此該標準不能被忽視。 改用AUTOSAR的一些原因和好處包括： ● 能在新的汽車(chē)平臺和架構中更好地重新使用ECU； ● 能更好地使用預先驗證和測試過(guò)的(表現車(chē)輛功能的)軟件組件； ● 能減少測試和安全認證成本； ● 能減少下游設計錯誤—一套AUTOSAR方法可讓功能得到架構級別的定義和驗證； ● 通過(guò)改善網(wǎng)絡(luò )效率和功能運用而減少整體硬件成本； ● 能減少整體網(wǎng)絡(luò )架構分析和設計審查的成本； ● 通過(guò)使用標準化的數據交換格式(AUTOSAR XML或arxml)，改善原始設備制造商和一級供應商之間的通信。 改用AUTOSAR可加速設計調整，不論是需要對ECU進(jìn)行重新設計，還是需要在整個(gè)公司內部設計周期內改進(jìn)�？梢栽谡{整新的工具流程或采用更高的安全標準時(shí)轉向AUTOSAR方法，以保持與ISO26262標準的一致。不論如何實(shí)施調整，首個(gè)基于A(yíng)UTOSAR的ECU設計項目都要比現有/傳統的設計流程所花費的時(shí)間更長(cháng)，這是因為設計人員需要時(shí)間來(lái)熟悉新的方法。隨之而來(lái)的是成本節省和效益提升。傳統的ECU資產(chǎn)向AUTOSAR標準轉變也是有可能的—采用“AUTOSAR封裝”的概念，在這種方法中，重要的現有和公認ECU應用代碼可實(shí)現重復使用。實(shí)現了AUTOSAR封裝，就能夠導入其他純AUTOSAR ECU，從而降低轉向AUTOSAR方法的風(fēng)險。 什么是AUTOSAR？ 從本質(zhì)而言，AUTOSAR提供標準的ECU接口定義，使設計人員能夠指定每個(gè)汽車(chē)ECU中都需要的可重復使用的標準化軟件層和組件。該標準不受硬件的影響，這意味著(zhù)應用軟件和硬件平臺是相互獨立的。應用軟件開(kāi)發(fā)人員可在應用軟件中指定各個(gè)汽車(chē)功能的細節，而不用擔心相關(guān)軟件服務(wù)和接口。過(guò)去，軟件和硬件緊密地集成在一起，因此很難實(shí)現便攜性和可重復使用(圖1)。 圖1：用AUTOSAR將硬件與軟件分開(kāi)。 將設計與硬件決策分開(kāi)，使車(chē)輛生產(chǎn)商/OEM能夠基于所需的車(chē)輛功能進(jìn)行自上而下的設計。存在于這一設計階段的虛擬功能總線(xiàn)(VFB)概念，使得所有軟件ECU都能夠實(shí)現互連和得到測試。這使得設計人員專(zhuān)注于應用層而不是相關(guān)軟件架構成為可能。通過(guò)采用虛擬功能總線(xiàn)，應用軟件組件(SWC)間彼此獨立。軟件組件向虛擬功能總線(xiàn)發(fā)出輸出信號，虛擬功能總線(xiàn)再將信息傳送給目標組件的輸入端口。AUTOSAR為輸入和輸出端口以及交換信息格式提供定義。這種分離方法使得在定義相關(guān)硬件之前實(shí)現所有車(chē)輛軟件功能和接口交互驗證成為可能。設計調整也因此變得容易得多，同時(shí)所有功能在虛擬功能總線(xiàn)上都被定義為軟件組件(圖2)。 圖2：在虛擬功能總線(xiàn)上測試軟件組件。 虛擬功能總線(xiàn)不提供ECU之后在真實(shí)車(chē)輛中如何分布和互連的信息，但對架構設計階段來(lái)說(shuō)卻是很有用的測試環(huán)境。時(shí)序檢查和接口定義可針對所有車(chē)輛信號進(jìn)行。 一旦設計人員對各項功能感到滿(mǎn)意，這些功能便會(huì )被映射或聚集到特定的硬件ECU中。AUTOSAR為軟件組件的映射和聚集過(guò)程提供支持。一個(gè)復雜的ECU可能包含很多軟件組件，必要時(shí)可進(jìn)行分級組織。 AUTOSAR運行時(shí)環(huán)境(RTE) 每個(gè)ECU都有它量身定制的運行時(shí)環(huán)境(RTE)，通�？赏ㄟ^(guò)配套的設計工具來(lái)自動(dòng)創(chuàng )建。例如，真正的ECU之間的實(shí)際通信將作為CAN或FlexRay總線(xiàn)的一部分來(lái)實(shí)現，而運行時(shí)環(huán)境通過(guò)生成工具進(jìn)行配置，以便實(shí)現相連AUTOSAR組件所需的通信路徑。運行時(shí)環(huán)境可以切實(shí)實(shí)現虛擬功能總線(xiàn)和架構設計流程的通信和連接拓撲。由于A(yíng)UTOSAR標準支持很多不同類(lèi)型的軟件組件，運行時(shí)環(huán)境必須考慮各種軟件組件存在的限制和變化。 為AUTOSAR組件提供服務(wù) —基礎軟件層和操作系統 基礎軟件(BSW)是一種標準化軟件，不包含任何功能，但為運行時(shí)環(huán)境提供依賴(lài)于硬件和獨立于硬件的服務(wù)。所需的服務(wù)包括內存服務(wù)(NVRAM管理器)、網(wǎng)絡(luò )通信管理服務(wù)、診斷服務(wù)和狀態(tài)管理。當應用層中定義的AUTOSAR軟件組件要求服務(wù)時(shí)，運行時(shí)環(huán)境的任務(wù)是在真正的ECU上完成映射。 運行時(shí)環(huán)境不提供任何機制來(lái)從遠程ECU獲取服務(wù)，AUTOSAR規范也不允許這樣做。所有服務(wù)要求都必須在“本地”ECU上得到滿(mǎn)足。在真正的ECU上運行的基本操作系統(OS或OSEK)不了解AUTOSAR“可運行實(shí)體”的概念。操作系統擁有一個(gè)可調度活動(dòng)列表，這些活動(dòng)通過(guò)調度算法進(jìn)行管理(圖3)。 圖3：將軟件功能分配給真正的ECU。 關(guān)于硬件 AUTOSAR分層軟件架構可以分離硬件的應用邏輯，以便重復利用和攜帶。運行時(shí)環(huán)境和操作系統與微控制器抽象層(MCAL)相連，可以訪(fǎng)問(wèn)主微控制器上的物理端口。微控制器抽象層為每個(gè)微控制器所特有，使操作系統和基礎軟件能夠訪(fǎng)問(wèn)數字輸入/輸出、模擬數字轉換、FLASH和EEPROM支持等設備。圖4顯示了AUTOSAR ECU中不同硬件和軟件層之間的關(guān)系。 圖4：組件在真正的ECU中如何組裝在一起。 支持新方法 有了一個(gè)自上而下的AUTOSAR設計方法，汽車(chē)OEM可以操作整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的完整模型。AUTOSAR設計工具允許提取單個(gè)ECU，連接性和接口信息在A(yíng)UTOSAR XML(arxml)中有定義。這個(gè)接口定義之后將傳給一級供應商，進(jìn)行進(jìn)一步的細節設計和實(shí)施。由于擁有標準化格式，相同的定義可以在公開(kāi)投標時(shí)同時(shí)傳給幾個(gè)一級供應商。標準描述的好處在于在ECU描述中可以避免任何的設計不定性，并且隨著(zhù)AUTOSAR標準的發(fā)展，存在誤解的可能性越來(lái)越小。這個(gè)標準已經(jīng)與硬件無(wú)關(guān)，因此能夠很好地利用新行業(yè)趨勢的好處，如車(chē)內以太網(wǎng)、混合技術(shù)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )(CAN/Flexray)、異構多核平臺以及車(chē)載網(wǎng)關(guān)布置。 想要試試看？ 包括Mentor Graphics公司在內的一些商業(yè)機構為AUTOSAR設計提供評估套件，這些套件包括架構設計到單個(gè)ECU配置。Mentor Graphics還擁有其VSX工具套件以及支持CAN、FlexRay、LIN和以太網(wǎng)的ECU硬件開(kāi)發(fā)板。這些工具以Eclipse為基礎，利用開(kāi)源工具鏈進(jìn)行從源代碼到運行實(shí)現的一系列設計。相對于大規模地將車(chē)內ECU一次性改到AUTOSAR方法來(lái)說(shuō)，低風(fēng)險的AUTOSAR研究和試驗更可取。 結論 AUTOSAR為車(chē)載網(wǎng)絡(luò )和ECU設計提供預定義的標準方法，找到了進(jìn)入每個(gè)汽車(chē)OEM和一級機構的方式。AUTOSAR標準提供了改善工藝和重新利用組件的機會(huì )，但是也存在學(xué)習一個(gè)新ECU設計流程和工具的挑戰。AUTOSAR的早期采用者一直在將這些知識運用到主流設計中，可用于量產(chǎn)的工具和資源如今已廣泛推出。AUTOSAR的采用還將幫助機構達到功能安全標準ISO26262的要求，因為它支持一個(gè)可重復、定義明確，且自上而下的設計流程。 |
