введение

AUTOSAR Стандарт (AUTOmotive Open System Архитектура, архитектура автомобильной открытой системы)Является крупнейшим в миремашина Продукт сотрудничества компании。этомашина Электротехническая промышленность/Открытые стандарты электронной архитектуры,В 2003 В ежегодном собрании принимают участие производители автомобильного оборудования, поставщики и другие компании, работающие в области программного обеспечения, полупроводников и электроники. AUTOSAR Разработано Организацией сотрудничества в целях развития.

Vector Informatik GmbH (2016): Autosar - Основы, руководство по курсу AUTOSAR Страница 3

Целью настоящего стандарта является предоставление набора спецификаций, описывающих основные программные модули, определяющих программные связи и реализующих общие методы дальнейшей разработки на основе стандартизированного формата. Этот стандартизированный формат гарантирует, что стандарт применяется к транспортным средствам разных производителей, а также может быть реализован различными производителями электронного оборудования, используемого в этих транспортных средствах.

AUTOSARлозунг：“Cooperate on standards and compete on implementation.”

То есть «сотрудничать в разработке стандартов и конкурировать в реализации».

Почему AUTOSAR важен

AUTOSAR важен прежде всего потому, что он позволяет автомобильной промышленности реагировать на растущую сложность транспортных средств и быстро меняющиеся технологические потребности.

С помощью AUTOSAR можно разрабатывать независимое программное обеспечение, которое можно переносить или использовать в различных системах или ЭБУ. Поэтому его можно адаптировать к различным транспортным средствам, платформам или оборудованию.

Вот важность AUTOSAR:

🛵 Независимость и переносимость программного обеспечения: Стандарт AUTOSAR позволяет разрабатывать независимые программные компоненты, которые можно свободно переносить и повторно использовать в различных автомобильных системах или электронных блоках управления (ЭБУ). Это означает, что автопроизводители могут с большей легкостью использовать одни и те же функции программного обеспечения в разных моделях, платформах или конфигурациях оборудования, что снижает затраты на разработку и обслуживание.

🛵 Решение сложных задач автомобиля: Сложность современных автомобилей продолжает расти: каждое транспортное средство обычно содержит более 100 ЭБУ, и каждый ЭБУ выполняет тысячи функций. AUTOSAR упрощает управление и обслуживание этих сложных систем, предоставляя унифицированную архитектуру программного обеспечения и стандартизированные интерфейсы.

🛵 Аппаратная независимость: Принятие стандарта AUTOSAR означает, что программное обеспечение больше не ограничивается конкретными конфигурациями оборудования. Это означает, что даже при изменении аппаратного обеспечения программное обеспечение может остаться прежним или потребовать лишь минимальных корректировок, что значительно ускоряет внедрение новых технологий и время вывода автомобиля на рынок.

🛵 Общеотраслевая стандартизация: AUTOSAR — это стандарт, совместно разработанный крупнейшими мировыми производителями и поставщиками автомобилей, что означает, что он пользуется широкой поддержкой и признанием в отрасли. Эта стандартизация делает автомобильную экосистему более надежной и способствует сотрудничеству и взаимодействию внутри отрасли.

Поэтому гигантам автомобилестроения срочно необходимо объединить усилия, чтобы сделать программное обеспечение независимым от аппаратного обеспечения. Для достижения этой цели они установили AUTOSAR в качестве общеотраслевого стандарта, основного решения для повторного использования программного обеспечения. Сделайте разработку программного обеспечения более гибкой, эффективной и устойчивой.

Трехуровневая архитектура AUTOSAR

Стандарт AUTOSAR использует трехуровневую архитектуру, включающую следующие компоненты:

🌴 Базовое программное обеспечение (BSW)：Базовое программное обеспечение — это стандартизированные программные модули, необходимые для уровней программного обеспечения высокого уровня. Эти модули включают драйверы низкого уровня, операционные системы, стеки протоколов связи и другие функции, связанные с оборудованием. Базовое программное Обеспечение предоставляет интерфейс для связи и управления базовым оборудованием, позволяя современному программному обеспечению работать на различных аппаратных платформах без изменений.

🌴 Операционная среда (RTE)：Операционная среда — это промежуточное программное обеспечение в архитектуре AUTOSAR, отвечающее за реализацию программных компонентов и базового программное Связь между обеспечением. RTE предоставляет стандартизированный механизм связи, который позволяет различным компонентам программного обеспечения взаимодействовать и взаимодействовать друг с другом без необходимости понимания лежащего в основе Базового программного обеспечения. программное предоставление конкретных деталей. Такая несвязанная конструкция помогает повысить гибкость и удобство обслуживания системы.

🌴 Прикладной уровень (Aplication Layer)：Прикладной уровень содержит компоненты прикладного программного обеспечения, которые взаимодействуют с RTE. Эти компоненты реализуют определенные функции системы машины, такие как управление двигателем, тормозная система, функции безопасности и т. д. Прикладной уровеньпроходитьRTEи Базовое программное Программное обеспечение взаимодействует с другими компонентами приложения для реализации функций и услуг системного уровня.

Эти три уровня представляют собой архитектуру платформы AUTROSAR Classic и важны для обеспечения связи внутри электронных блоков управления (ECU) и между ними. Кроме того, прикладное программное обеспечение можно разрабатывать и использовать независимо от платформы, не требуя знания базовых уровней.

Помимо классической платформы позже были разработаны и более новые. AUTOSAR Адаптивная архитектура платформы (AP, AUTOSAR Adaptive Platform Architecture),и AUTOSAR Классическая платформа (CP, AUTOSAR Classic Platform) Разница в том, что в Классической На платформе (CP) одно транспортное средство ECU Вместо статической интеграции в систему и невозможности изменения первоначальной конфигурации в дальнейшем основным преимуществом этой новой платформы является интеграция приложений в систему во время выполнения.

В этой главе мы используем Классическую (CP), чтобы объяснить AUTOSAR Важнейшие части и элементы архитектуры.

Прикладной уровень

Программные компоненты (SWC) подобны небольшим специалистам по задачам в автомобильных электронных системах, каждый из которых сосредоточен на выполнении определенной задачи. Они общаются через порты, как и телефонные линии, а порты представляют собой отправную точку связи. Важно то, что каждый порт принадлежит определенному компоненту, так же, как каждый номер телефона принадлежит конкретному человеку.

Виртуальная функциональная шина (VFB) похожа на коммуникационный центр, который обеспечивает связь между SWC. Однако связь между каждым компонентом и электронным блоком управления (ЭБУ) не определена до завершения настройки системы. Только после завершения настройки системы вы можете определить, какие SWC к какому ЭБУ привязаны. Таким образом, виртуальная шина фактически представляет собой связь внутри и между ЭБУ, а виртуальная шина представляет собой набор интерфейсов RTE, которые не были развернуты для конкретного электронного блока управления. Поскольку связь происходит через порты, к этим портам необходимо подключать интерфейсы связи.

Подобно коммутатору в телефонной системе, виртуальная шина отвечает за передачу информации от одного SWC к другому, а интерфейс связи подобен телефонной розетке, которую необходимо подключить к порту для бесперебойной связи.

Кроме того, каждый программный компонент содержит один или несколько элементов запуска, которые фактически содержат реализацию программного компонента и делают его исполняемым. Эти выполняемые элементы можно рассматривать как небольшие программы внутри программного компонента, содержащие часть кода или набора команд, позволяющие программному компоненту выполнять определенные задачи. Эти исполняемые файлы можно активировать двумя способами:

⭐ активация цикла：（Зависит от ВПериоды и планировщики）Активация на основе запланированного периода и планировщика。как таймер,Программные компоненты периодически выполняют задачи,для обеспечения нормальной работы системы.

⭐ Активировать после наступления события：（Например, получение данных）когда происходит событие,Например, получение конкретных данных или срабатывание определенных условий.,Соответствующий элемент запуска будет активирован. Это похоже на то, что происходит при нажатии кнопки или получении сообщения.,Выполняйте соответствующие задачи по мере необходимости.

Благодаря этим двум методам активации программные компоненты могут выполнять задачи в определенные моменты времени для реализации функций и логики системы.

Среда выполнения (RTE)

В архитектуре АВТОСАР программные компоненты (ППК) и Базовое программное Связь между программным обеспечением (BSW) достигается через интерфейс среды выполнения (RTE). Это означает, что программные компоненты могут взаимодействовать с другими компонентами и/или Базовым только через RTE. программное программный модуль для связи. Такая конструкция обеспечивает независимость не только между компонентами программного обеспечения, но также между компонентами программного обеспечения и отдельными электронными блоками управления (ЭБУ).

Среда выполнения (RTE) — это уровень абстракции, который управляет планированием работы между операционными системами, службами связи, аппаратными интерфейсами и программными компонентами. Другими словами, это своего рода «большая экономка» автомобильной электронной системы, отвечающая за координацию выполнения различных задач и передачу информации. Через RTE программные компоненты могут взаимодействовать с другими компонентами, не зная основных деталей, тем самым повышая гибкость и масштабируемость системы.

В AUTOSAR RTE (среда выполнения) помогает программным компонентам (SWC) использовать два разных типа связи:

📞 Связь клиент/сервер имеет два режима работы: синхронный и асинхронный. В синхронном режиме клиент инициирует запрос на связь, а сервер выполняет запрошенную услугу и отвечает на запрос. В асинхронном режиме клиент и сервер работают в разных контекстах, а запросы и ответы на связь разделяются. Программный компонент может выступать в роли клиента или сервера по мере необходимости, в зависимости от того, как он реализован.

Например:Точно так же, как когда ты звонишь другу。в режиме синхронизации,ты звонишь другу,Она сразу отвечает на ваши вопросы. в асинхронном режиме,Оставьте сообщение своим друзьям,Она отвечает вам, когда ей удобно. В системе машины,Программные компоненты могут отправлять запросы так же, как клиенты.,Ожидание ответа от сервера (другой программный компонент).

📞Существует два режима связи отправителя/получателя: явный (используйте явные вызовы API RTE для получения и отправки частичных данных) и неявный (RTE автоматически считывает определенные наборы данных перед вызовом исполняемого компонента). Коммуникацию отправителя/получателя можно разделить следующим образом:

Например:Точно так же, как когда вы отправляете текстовое сообщение или электронное письмо другу。в явном режиме,Вы явно отправляете сообщения своим друзьям,Она ясно получила и ответила. в неявном режиме,Вы размещаете информацию в одном месте,Друзья прочитают, когда понадобится. В системе машины,Программные компоненты могут отправлять и получать информацию явно.,Или RTE автоматически обрабатывает передачу информации, когда это необходимо.

• 📌 Прямая связь (Rte_Read, Rte_Write): RTE напрямую обращается к буферу данных для обеспечения связи 1:N и передачи начального значения. Компоненты передают данные другим компонентам посредством вызовов Rte_Write и получают элементы данных связи от других компонентов посредством вызовов Rte_Read.
• 📌 Буферизованная связь (Rte_IRead, Rte_IWrite, Rte_IWriteRef): RTE генерирует копию данных перед выполнением исполняемого компонента и копирует данные в глобальный буфер после выполнения. В процессе выполнения данные не изменяются.
• 📌 Связь в очереди (Rte_Receive, Rte_Send): RTE считывает данные из определенной очереди приема и может обмениваться данными с помощью Rte_Receive и Rte_Send.

Базовое программное обеспечение (Базовый сервис)

Базовое программное обеспечение（BSW）Зависит от Базовое программное программный модуль (BSWM), представляющий собой набор файлов программного обеспечения (кода и инструкций), определяющий ECU некоторые основные функции программного обеспечения. Базовое программное обеспечение Зависит от 3 Состав слоя:

🔋 Услуги Layer）- Это Базовое программное Высший уровень обеспечения. ввод/вывод Посетил ECU Организация уровня абстракции, уровень обслуживания предоставляет следующие услуги:

• 🌎 службы операционной системы：Управлять работой всей системы,Убедитесь, что все части работают вместе.
• 🌎 Услуги связи и управления автомобильной сетью：Отвечает за связь и координацию между различными частями автомобиля.。
• 🌎 Управление NVRAM：Отвечает за управление энергонезависимой памятью.,Используется для хранения критически важных данных.
• 🌎 диагностические услуги：Помогите обнаружить и устранить проблемы в вашей системе。
• 🌎 Управление статусом ЭБУ：Отслеживайте и управляйтеECUстатус,Убедитесь, что система работает правильно.

🔋 ECU Уровень абстракции (ECU Abstraction Layer）- Предоставляет интерфейс прикладного программирования для устройства независимо от его местоположения. Задача этого слоя — сделать верхний слой независимым от ECU Аппаратная компоновка.

🔋 Уровень абстракции микроконтроллера (Микроконтроллер Abstraction Layer）- Это Базовое программное Самый низкий уровень обеспечения. Этот уровень содержит драйверы, которые имеют прямой доступ к микроконтроллеру, внутренней периферии и микроконтроллерам, отображаемым в памяти внешних устройств. Уровень абстракции Задача микроконтроллера — сделать верхний уровень независимым от микроконтроллера.

🔋 Комплексный драйвер устройства (Комплексный Device Drivers）- Управляйте специальными датчиками и исполнительными механизмами с прямым доступом к микроконтроллеру. они есть AUTOSAR Особый случай в многоуровневой архитектуре программного обеспечения.

🏆 Например:

Давайте возьмем пример автомобильной ABS (антиблокировочной тормозной системы), чтобы проиллюстрировать иерархию и функциональность базового программного обеспечения (BSW):

🍭 уровень обслуживания：

• службы операционной системы：убеждатьсяABSСистема работает корректно,Управляйте планированием системных задач и распределением ресурсов.,и обрабатывать различные события в системе.
• Услуги связи и управления автомобильной сетью：Ответственныйи Взаимодействие с другими системами автомобиля,Например, связь с блоком управления двигателем (ECU) или датчиками колес.,для получения необходимой информации о состоянии автомобиля.
• Управление NVRAM：Ответственный за управлениеABSЭнергонезависимая память системы,В нем хранятся ключевые параметры конфигурации и калибровки системы.
• диагностические услуги：мониторABSСостояние системы,А при возникновении неисправности генерируется соответствующий диагностический код для обнаружения и устранения.
• Управление статусом ЭБУ：отслеживатьABSсистемастатус,Например, активна или неактивна система.

🍭 Уровень абстракции ЭБУ：

Систему ABS может установить Уровень абстракции ЭБУ связывается с любым ЭБУ автомобиля, не заботясь о конкретном ЭБУ. компоновка Это означает, что система ABS совместима с различными конфигурациями оборудования автомобиля без доработок.

🍭 Уровень абстракции микроконтроллера：

На уровне абстракции микроконтроллера драйвер системы ABS напрямую взаимодействует с микроконтроллером автомобиля и связанными с ним периферийными устройствами. Например, через этот слой система ABS может напрямую контролировать давление в колесных тормозах для достижения антиблокировочной функции.

🍭 Сложный драйвер устройства：

В системе ABS могут быть водители, которые напрямую взаимодействуют со специальными датчиками или исполнительными механизмами, такими как датчики скорости колес или тормозные клапаны. Эти драйверы непосредственно управляют работой этих устройств для реализации функциональности системы ABS.

Благодаря этой иерархии системы ABS могут работать в различных конфигурациях транспортных средств и аппаратных средах, сохраняя при этом свою функциональность и производительность.

Заключение

В этой статье описывается архитектура AUTOSAR, технические аспекты и важность этой архитектуры для автомобильной промышленности. Сегодня мы можем сказать, что все крупные компании автомобильной промышленности применяют стандарт AUTOSAR и различные определенные в нем аспекты.

Даже крупнейшие в мире компании-разработчики автомобильного программного обеспечения внедряют AUTOSAR в свою работу и разрабатывают программные решения, поскольку цели AUTOSAR включают масштабируемость для различных вариантов транспортных средств и платформ, переносимость программного обеспечения, соответствие требованиям удобства использования и безопасности. Внимательность, сотрудничество между различными партнерами, устойчивое использование. ресурсов и удобства сопровождения на протяжении всего жизненного цикла программного продукта.

Я участвую в последнем конкурсе эссе для специального учебного лагеря Tencent Technology Creation 2024, приходите и разделите со мной приз!