韓 峰

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110411）

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汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR)的通訊機(jī)制研究

韓 峰

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110411）

摘 要：AUTOSAR是汽車開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已成為汽車電子軟件的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一。在汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)過程中，AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)制定了完整的通訊規(guī)范即AUOTOSAR COM其中也包括數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)屬性機(jī)制的定義。AUOTOSAR COM的實(shí)現(xiàn)，簡化和規(guī)范了在軟件開發(fā)過程中通訊控制和總線管理的設(shè)計(jì)方法。文章主要介紹了AUTOSAR體系結(jié)構(gòu)，并對AUTOSAR基于信號的通訊機(jī)制AUOTOSAR COM及其特有的數(shù)據(jù)控制機(jī)制進(jìn)行了深入的研究。

關(guān)鍵詞：汽車開放系統(tǒng)；AUTOSAR COM；數(shù)據(jù)控制

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.033

CLC NO.: U463.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-97-03

前言

汽車電子是車體汽車電子控制裝置和車載汽車電子控制裝置的總稱。由于汽車電子控制系統(tǒng)由多個電子控制單元（ECU）組成，各ECU之間功能獨(dú)立且安裝位置獨(dú)立，彼此之間通過總線通訊的方式來實(shí)現(xiàn)聯(lián)合工作和相互制約。但目前在汽車電子控制領(lǐng)域有多種總線機(jī)制，每種總線的原理、通訊方式、使用側(cè)重點(diǎn)各不相同，因此需要一種能夠基于多種總線的通訊機(jī)制來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的統(tǒng)一性和規(guī)范性，同時(shí)這也是汽車電子通訊機(jī)制發(fā)展的方向，而Autosar COM的技術(shù)特性就非常符合這一發(fā)展趨勢。

1、Autosar 體系結(jié)構(gòu)

Autosar即汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)（Automotive Open System Architecture）是由全球汽車制造商、部件供應(yīng)商及其它電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合建立，各成員保持開發(fā)合作伙伴關(guān)系。Autosar這種架構(gòu)非常有利于汽車電子系統(tǒng)軟件的交換與更新，并為高效管理愈來愈復(fù)雜的汽車電子軟件系統(tǒng)提供了一個基礎(chǔ)。此外，Autosar在確保產(chǎn)品及服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，也大大提高了開發(fā)成本效率。

Autosar采用分層的體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示，從上至下依次為應(yīng)用層、RTE層、服務(wù)層、ECU抽象層、微控制器抽象層、還有復(fù)雜驅(qū)動模塊。應(yīng)用層按功能可以劃分為多個模塊，每個模塊可以有多個SWC（Software Component）,各SWC之間通過VFB（Virtual Function Bus）進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)的交換，如圖2。

圖1　Autosar分層示意圖

圖2　VFB示意圖

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，下層為上層提供接口，上層對下層通過統(tǒng)一的接口對下層資源進(jìn)行調(diào)用和操作。

通常我們把RTE層以下各層統(tǒng)稱為底層。Autosar架構(gòu)是一種至上而下的開發(fā)方式，首先根據(jù)系統(tǒng)需求由設(shè)計(jì)者定義所需要的數(shù)據(jù)信息、硬件資源和接口，并實(shí)現(xiàn)需求的模型化。之后底層軟件根據(jù)該模型的描述文件，進(jìn)行底層資源的配置并通過映射的方法使應(yīng)用層與其所要使用的硬件資源一一對應(yīng)。底層所生成的接口函數(shù)不再需要任何的修改便可以直接被應(yīng)用層調(diào)用。

2、Autosar COM

AutosarCOM是Autosar標(biāo)準(zhǔn)的一部分，它是在OSEK COM的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。AutosarCOM提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的訪問ECU通訊系統(tǒng)的方法，它可以在不同的總線網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而無需考慮它的通訊速率。

AutosarCOM提供基本的通訊服務(wù)，它的操作對象為邏輯數(shù)據(jù)單元（PDU），PDU是服務(wù)層數(shù)據(jù)的實(shí)體化，同時(shí)AutosarCOM向上層RTE層提供接口，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)層與AutosarCOM的通訊。

I-PDU（Interaction Layer Protocol Data Unit）是兩個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⑤d體。在接收過程中，當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層接收到數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用COM提供的接口函數(shù)將數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，并直接把數(shù)據(jù)從底層復(fù)制到COM中并更新I-PDU，之后將該I-PDU中的數(shù)據(jù)再經(jīng)過數(shù)據(jù)重組后保存到應(yīng)用層。

在發(fā)送過程中，應(yīng)用層可以直接調(diào)用COM層提供的接口函數(shù)，由交互層將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包后保存到I-PDU中，之后再將I-PDU中的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送到底層。

3、通訊機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

在AutosarCOM中定義了數(shù)據(jù)傳輸方式與傳輸數(shù)據(jù)信息的類型和屬性，但不對具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行限制。

3.1 信號接收的實(shí)現(xiàn)

圖3　Autosar COM接收處理流程圖

在信號的接收處理過程中，當(dāng)系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)信號時(shí)，首先判斷該信號是內(nèi)部信號還是外部信號。如果該信號為內(nèi)部信號，則將該數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部接收處理,AutosarCOM直接將信號數(shù)據(jù)復(fù)制到信號數(shù)據(jù)接收區(qū)。如果是外部信號，則將該數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)外部接收處理。首先判斷對應(yīng)的I-PDU組是否已經(jīng)啟動，如果啟動，返回E_OK（啟動成功返回值，布爾型），否則返回COM_STOP（未啟動成功返回值，布爾型），取消并重啟I-PDU的相關(guān)超時(shí)監(jiān)測定時(shí)器，將數(shù)據(jù)復(fù)制到I-PDU數(shù)據(jù)區(qū)，I-PDU中的數(shù)據(jù)按在AutosarCOM中已定義的數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行處理，之后將重組的數(shù)據(jù)復(fù)制到接收信號數(shù)據(jù)區(qū)，再向上層發(fā)送數(shù)據(jù)處理結(jié)束消息，之后上層軟件就可以調(diào)用相關(guān)API函數(shù)（API函數(shù)已在AutosarCOM中定義，設(shè)計(jì)者可按需求進(jìn)行選擇）進(jìn)行信號的接收和處理。具體接收流程如圖3。

3.2 信號發(fā)送的實(shí)現(xiàn)

圖4　Autosar COM發(fā)送處理流程圖

在信號的發(fā)送處理過程中，首先根據(jù)該信號的屬性判斷是內(nèi)部信號還是外部信號。如果該信號為內(nèi)部信號，則將該數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)送處理。在系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)送處理機(jī)制中，系統(tǒng)無需做任何操作可直接將數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，并發(fā)送數(shù)據(jù)處理結(jié)束消息通知上層。如果該信號為外部信號，則將該數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)外部發(fā)送處理。在系統(tǒng)外部發(fā)送處理過程中，首先要判斷該信號是否為觸發(fā)發(fā)送模式，若該信號為觸發(fā)模式則立即發(fā)送該信號，將該信號數(shù)據(jù)保存到對應(yīng)的I-PDU中，同時(shí)修改該I-PDU的數(shù)據(jù)更新信息。若該信號為延遲發(fā)送模式，則該信號不符合立即發(fā)送條件，系統(tǒng)不發(fā)送該信號，并返回到發(fā)送列表中直到檢測該信號延遲結(jié)束。當(dāng)檢測到I-PDU中的數(shù)據(jù)為有效狀態(tài)時(shí)（該狀態(tài)由讀取I-PDU更新信息確定），系統(tǒng)啟動相關(guān)定時(shí)器進(jìn)行超時(shí)檢測。當(dāng)未檢測到該信號發(fā)生超時(shí)錯誤時(shí)，發(fā)送機(jī)制將立即發(fā)送該信號，否則返回。具體發(fā)送流程如圖4。

4、 結(jié)論

AUTOSAR架構(gòu)提供了一種層次化、單元化的軟件開發(fā)方法，雖然AUTOSAR發(fā)展時(shí)間不長但是其規(guī)范、靈活的軟件開發(fā)方法被越來越多的汽車廠商、部件供應(yīng)商等所青睞?？梢哉fAutosar架構(gòu)與未來汽車電子行業(yè)發(fā)展的需求是相一致的。因此對Autosar架構(gòu)的研究、應(yīng)用和開發(fā)將是汽車電子發(fā)展的主流方向。

參考文獻(xiàn)

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Research of Communication System Based On Autosar Architecture

Han Feng
（Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110141）

Abstract:Autosaris automotive open system architecture,now it has been one of the industry standard of the automotive electronic software.In the process of automotive electronic control system development,the standard of the Autosarestablishs a complete specification of communicationwhich is called AutosarCOM,and it also includes the definition of data types and mechanism of data attributes.The implementation of the AutosarCOM,simplifies and standardizes the communication control in the process of software development and the designs method of bus management.This article mainly introduces architecture of the Autosar, the Autosarcommunication mechanism based on signal AutosarCOM and unique data control mechanism carries on the thorough research.

Keywords:Automotive open system architecture; AutosarCOM; Data control

作者簡介：韓峰，就職于華晨汽車工程研究院。

中圖分類號：U463.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-97-03