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自2003年組建以來，AUTOSAR(AUTomotive Open System ARchitecture，汽車開放系統(tǒng)架構(gòu))聯(lián)盟一直致力于改變車載網(wǎng)絡和電子控制單元(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發(fā)居于現(xiàn)代車輛中心的ECU的行業(yè)標準方法。該標準能幫助減少設計過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(shù)據(jù)格式來交換設計信息。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)語和設計方法。 AUTOSAR聯(lián)盟的會員包括汽車OEM以及由零部件和服務提供商組成的支持性生態(tài)系統(tǒng)。該聯(lián)盟的宗旨是針對汽車電氣/電子(E/E)架構(gòu)創(chuàng)造和建立全球性開放標準。該標準在車輛架構(gòu)級別提供支持，讓OEM網(wǎng)絡設計人員能設計和管理車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(jié)。 為何改用AUTOSAR？ 一款現(xiàn)代化豪華汽車可能包含多達100個ECU，包括從簡單的傳感器接口到復雜的信息娛樂及遠程信息單元。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獲得廣泛的利益。預計到2020年，所有車輛都將擁有一些基于AUTOSAR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： ● 能在新的汽車平臺和架構(gòu)中更好地重新使用ECU； ● 能更好地使用預先驗證和測試過的(表現(xiàn)車輛功能的)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(gòu)級別的定義和驗證； ● 通過改善網(wǎng)絡效率和功能運用而減少整體硬件成本； ● 能減少整體網(wǎng)絡架構(gòu)分析和設計審查的成本； ● 通過使用標準化的數(shù)據(jù)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(diào)整，不論是需要對ECU進行重新設計，還是需要在整個公司內(nèi)部設計周期內(nèi)改進。可以在調(diào)整新的工具流程或采用更高的安全標準時轉(zhuǎn)向AUTOSAR方法，以保持與ISO26262標準的一致。不論如何實施調(diào)整，首個基于AUTOSAR的ECU設計項目都要比現(xiàn)有/傳統(tǒng)的設計流程所花費的時間更長，這是因為設計人員需要時間來熟悉新的方法。隨之而來的是成本節(jié)省和效益提升。傳統(tǒng)的ECU資產(chǎn)向AUTOSAR標準轉(zhuǎn)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(xiàn)有和公認ECU應用代碼可實現(xiàn)重復使用。實現(xiàn)了AUTOSAR封裝，就能夠?qū)肫渌傾UTOSAR ECU，從而降低轉(zhuǎn)向AUTOSAR方法的風險。 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汽車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，這意味著應用軟件和硬件平臺是相互獨立的。應用軟件開發(fā)人員可在應用軟件中指定各個汽車功能的細節(jié)，而不用擔心相關(guān)軟件服務和接口。過去，軟件和硬件緊密地集成在一起，因此很難實現(xiàn)便攜性和可重復使用(圖1)。 圖1：用AUTOSAR將硬件與軟件分開。 將設計與硬件決策分開，使車輛生產(chǎn)商/OEM能夠基于所需的車輛功能進行自上而下的設計。存在于這一設計階段的虛擬功能總線(VFB)概念，使得所有軟件ECU都能夠?qū)崿F(xiàn)互連和得到測試。這使得設計人員專注于應用層而不是相關(guān)軟件架構(gòu)成為可能。通過采用虛擬功能總線，應用軟件組件(SWC)間彼此獨立。軟件組件向虛擬功能總線發(fā)出輸出信號，虛擬功能總線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)硬件之前實現(xiàn)所有車輛軟件功能和接口交互驗證成為可能。設計調(diào)整也因此變得容易得多，同時所有功能在虛擬功能總線上都被定義為軟件組件(圖2)。 圖2：在虛擬功能總線上測試軟件組件。 虛擬功能總線不提供ECU之后在真實車輛中如何分布和互連的信息，但對架構(gòu)設計階段來說卻是很有用的測試環(huán)境。時序檢查和接口定義可針對所有車輛信號進行。 一旦設計人員對各項功能感到滿意，這些功能便會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程提供支持。一個復雜的ECU可能包含很多軟件組件，必要時可進行分級組織。 AUTOSAR運行時環(huán)境(RTE) 每個ECU都有它量身定制的運行時環(huán)境(RTE)，通常可通過配套的設計工具來自動創(chuàng)建。例如，真正的ECU之間的實際通信將作為CAN或FlexRay總線的一部分來實現(xiàn)，而運行時環(huán)境通過生成工具進行配置，以便實現(xiàn)相連AUTOSAR組件所需的通信路徑。運行時環(huán)境可以切實實現(xiàn)虛擬功能總線和架構(gòu)設計流程的通信和連接拓撲。由于AUTOSAR標準支持很多不同類型的軟件組件，運行時環(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 —基礎(chǔ)軟件層和操作系統(tǒng) 基礎(chǔ)軟件(BSW)是一種標準化軟件，不包含任何功能，但為運行時環(huán)境提供依賴于硬件和獨立于硬件的服務。所需的服務包括內(nèi)存服務(NVRAM管理器)、網(wǎng)絡通信管理服務、診斷服務和狀態(tài)管理。當應用層中定義的AUTOSAR軟件組件要求服務時，運行時環(huán)境的任務是在真正的ECU上完成映射。 運行時環(huán)境不提供任何機制來從遠程ECU獲取服務，AUTOSAR規(guī)范也不允許這樣做。所有服務要求都必須在“本地”ECU上得到滿足。在真正的ECU上運行的基本操作系統(tǒng)(OS或OSEK)不了解AUTOSAR“可運行實體”的概念。操作系統(tǒng)擁有一個可調(diào)度活動列表，這些活動通過調(diào)度算法進行管理(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(gòu)可以分離硬件的應用邏輯，以便重復利用和攜帶。運行時環(huán)境和操作系統(tǒng)與微控制器抽象層(MCAL)相連，可以訪問主微控制器上的物理端口。微控制器抽象層為每個微控制器所特有，使操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件能夠訪問數(shù)字輸入/輸出、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)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 有了一個自上而下的AUTOSAR設計方法，汽車OEM可以操作整個網(wǎng)絡的完整模型。AUTOSAR設計工具允許提取單個ECU，連接性和接口信息在AUTOSAR XML(arxml)中有定義。這個接口定義之后將傳給一級供應商，進行進一步的細節(jié)設計和實施。由于擁有標準化格式，相同的定義可以在公開投標時同時傳給幾個一級供應商。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AUTOSAR標準的發(fā)展，存在誤解的可能性越來越小。這個標準已經(jīng)與硬件無關(guān)，因此能夠很好地利用新行業(yè)趨勢的好處，如車內(nèi)以太網(wǎng)、混合技術(shù)車輛網(wǎng)絡(CAN/Flexray)、異構(gòu)多核平臺以及車載網(wǎng)關(guān)布置。 想要試試看？ 包括Mentor Graphics公司在內(nèi)的一些商業(yè)機構(gòu)為AUTOSAR設計提供評估套件，這些套件包括架構(gòu)設計到單個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硬件開發(fā)板。這些工具以Eclipse為基礎(chǔ)，利用開源工具鏈進行從源代碼到運行實現(xiàn)的一系列設計。相對于大規(guī)模地將車內(nèi)ECU一次性改到AUTOSAR方法來說，低風險的AUTOSAR研究和試驗更可取。 結(jié)論 AUTOSAR為車載網(wǎng)絡和ECU設計提供預定義的標準方法，找到了進入每個汽車OEM和一級機構(gòu)的方式。AUTOSAR標準提供了改善工藝和重新利用組件的機會，但是也存在學習一個新ECU設計流程和工具的挑戰(zhàn)。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(gòu)達到功能安全標準ISO26262的要求，因為它支持一個可重復、定義明確，且自上而下的設計流程。 |
