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自2003年組建以來，AUTOSAR(AUTomotive Open System ARchitecture，汽車開放系統架構)聯盟一直致力于改變車載網絡和電子控制單元(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居于現代車輛中心的ECU的行業標準方法。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據格式來交換設計信息。本文探討了AUTOSAR標準的一些預期商業回報，并解釋了一些基本術語和設計方法。 AUTOSAR聯盟的會員包括汽車OEM以及由零部件和服務提供商組成的支持性生態系統。該聯盟的宗旨是針對汽車電氣/電子(E/E)架構創造和建立全球性開放標準。該標準在車輛架構級別提供支持，讓OEM網絡設計人員能設計和管理車輛功能之間的復雜關系；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級別的定義和驗證； ● 通過改善網絡效率和功能運用而減少整體硬件成本； ● 能減少整體網絡架構分析和設計審查的成本； ● 通過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進行重新設計，還是需要在整個公司內部設計周期內改進�？梢栽谡{整新的工具流程或采用更高的安全標準時轉向AUTOSAR方法，以保持與ISO26262標準的一致。不論如何實施調整，首個基于AUTOSAR的ECU設計項目都要比現有/傳統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省和效益提升。傳統的ECU資產向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應用代碼可實現重復使用。實現了AUTOSAR封裝，就能夠導入其他純AUTOSAR ECU，從而降低轉向AUTOSAR方法的風險。 什么是AUTOSAR？ 從本質而言，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。應用軟件開發人員可在應用軟件中指定各個汽車功能的細節，而不用擔心相關軟件服務和接口。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都能夠實現互連和得到測試。這使得設計人員專注于應用層而不是相關軟件架構成為可能。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硬件之前實現所有車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，但對架構設計階段來說卻是很有用的測試環境。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運行時環境(RTE) 每個ECU都有它量身定制的運行時環境(RTE)，通�？赏ㄟ^配套的設計工具來自動創建。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，而運行時環境通過生成工具進行配置，以便實現相連AUTOSAR組件所需的通信路徑。運行時環境可以切實實現虛擬功能總線和架構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，但為運行時環境提供依賴于硬件和獨立于硬件的服務。所需的服務包括內存服務(NVRAM管理器)、網絡通信管理服務、診斷服務和狀態管理。當應用層中定義的AUTOSAR軟件組件要求服務時，運行時環境的任務是在真正的ECU上完成映射。 運行時環境不提供任何機制來從遠程ECU獲取服務，AUTOSAR規范也不允許這樣做。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(OS或OSEK)不了解AUTOSAR“可運行實體”的概念。操作系統擁有一個可調度活動列表，這些活動通過調度算法進行管理(圖3)。 圖3：將軟件功能分配給真正的ECU。 關于硬件 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。運行時環境和操作系統與微控制器抽象層(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，使操作系統和基礎軟件能夠訪問數字輸入/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標準的發展，存在誤解的可能性越來越小。這個標準已經與硬件無關，因此能夠很好地利用新行業趨勢的好處，如車內以太網、混合技術車輛網絡(CAN/Flexray)、異構多核平臺以及車載網關布置。 想要試試看？ 包括Mentor Graphics公司在內的一些商業機構為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和以太網的ECU硬件開發板。這些工具以Eclipse為基礎，利用開源工具鏈進行從源代碼到運行實現的一系列設計。相對于大規模地將車內ECU一次性改到AUTOSAR方法來說，低風險的AUTOSAR研究和試驗更可取。 結論 AUTOSAR為車載網絡和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。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，因為它支持一個可重復、定義明確，且自上而下的設計流程。 |
