【摘" 要】文章以SOMEIP服務(wù)通信為例，主要介紹如何通過PREEvision工具開發(fā)滿足AUTOSAR AP標(biāo)準(zhǔn)的通信模型，以流程為導(dǎo)向，從機(jī)器部署、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和服務(wù)實(shí)例3個(gè)方面剖析建模方法，以O(shè)SI模型為切入點(diǎn)，從物理層到應(yīng)用層的5層結(jié)構(gòu)角度，配合實(shí)際ARXML的表現(xiàn)，研究AUTOSAR AP的實(shí)現(xiàn)機(jī)制、理念以及PREEvision建模配置當(dāng)中的原理，并評(píng)估建模過程中的重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】PREEvision；自適應(yīng)平臺(tái)；通信；建模；AUTOSAR

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）04-0048-03

PREEvision Communication Modeling Based on AUTOSAR AP Research on Methods and Principles

CHUAI Mengyang，GUAN Jing，KONG Xiangming，LI Guohui，LI Changlong，LI Xiang

（China FAW Corporation Limited，Chuangchun 130011，China）

【Abstract】The article takes SOMEIP service communication as an example and mainly introduces how to develop a communication model that meets the AUTOSAR AP standard through the PREEvision tool. It analyzes modeling methods from three aspects：machine deployment，network design，and service instance based on a process-oriented approach. From the perspective of the OSI model as a starting point，the five-layer structure from the physical layer to the application layer is studied，along with the actual representation of ARXML. The implementation mechanism and concept of AUTOSAR AP，as well as the principles in PREEnvision modeling configuration，are studied，and evaluate the key focus items during the modeling process.

【Key words】PREEvision；AP；communication；modeling；AUTOSAR

1" 前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷優(yōu)化，以及電子電氣架構(gòu)的不斷升級(jí)，越來越多的OEM和TIER1選擇認(rèn)同AUTOSAR的理念，開發(fā)滿足其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件分離。作為AUTOSAR的兩大平臺(tái)之一，自適應(yīng)平臺(tái)（AUTOSAR Adaptive Platform，AP）是能夠提供高性能計(jì)算和通信機(jī)制的軟件平臺(tái)，是為補(bǔ)充其經(jīng)典平臺(tái)（AUTOSAR Classic Platform，CP）在MCU上深度定義無法適配操作系統(tǒng)而擴(kuò)展的中間件平臺(tái)，其特點(diǎn)是基于統(tǒng)一的AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)體系下能夠提供靈活的軟件配置，可廣泛應(yīng)用于基于操作系統(tǒng)的MPU開發(fā)當(dāng)中[1]。

PREEvision作為Vector開發(fā)的符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的配置工具鏈，可以通過建模反映架構(gòu)師的設(shè)計(jì)意圖，并基于AP的不同版本導(dǎo)出ARXML供下游銜接開發(fā)。作為OEM的配置工具，PREEvision憑借其靈活的配置能力、標(biāo)準(zhǔn)的接口對(duì)接，使得OEM的上層設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與下游開發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠快速對(duì)接起來。通信建模在整個(gè)建模過程中上承軟件接口、下啟協(xié)議棧配置，是PREEvision建模中的核心。

文章以SOMEIP服務(wù)通信為例，從PREEvision在AP側(cè)的通信建模方法和建模原理兩方面進(jìn)行研究，了解其在機(jī)器部署、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和服務(wù)實(shí)例方面的建模方法，挖掘其在OSI模型物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)的原理機(jī)制。

2" AP側(cè)PREEvision通信建模方法

2.1" 機(jī)器部署建模

按照AP的實(shí)現(xiàn)原理，同一設(shè)備內(nèi)的不同應(yīng)用APP之間的信息交互是通過ARA（AP的Runtime）完成的，此時(shí)并沒有產(chǎn)生通信。通信按照介質(zhì)劃分，可以劃分為有線通信和無線通信。有線通信是指?jìng)鬏斆劫|(zhì)為導(dǎo)線、電纜、光纜、波導(dǎo)、納米材料等形式的通信，其特點(diǎn)是媒質(zhì)能看得見，摸得著（明線通信、電纜通信、光纜通信、光纖光纜通信）；無線通信是指?jìng)鬏斆劫|(zhì)看不見、摸不著（如電磁波）的一種通信形式[2]，如微波通信、短波通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、散射通信。不論是哪種通信方式，通信的產(chǎn)生都是通過向總線收發(fā)數(shù)據(jù)，其核心目的主要有兩種：應(yīng)答（接收）和命令（發(fā)送），通信的基礎(chǔ)都是不同的設(shè)備之間有信息交互的需求。因此，在AP建模中最基礎(chǔ)也是最先需要明確的就是各個(gè)設(shè)備的信息，AP中稱之為Machine，即機(jī)器。機(jī)器的部署分為2個(gè)部分：機(jī)器模式和服務(wù)發(fā)現(xiàn)配置。

2.1.1" 機(jī)器模式

機(jī)器模式主要是搭建機(jī)器模式的框架，包括創(chuàng)建Function Groups和Mode Declaration Group，創(chuàng)建完成后實(shí)際的模式如何應(yīng)用是在下游開發(fā)當(dāng)中體現(xiàn)，不需要在前端架構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行約束。機(jī)器模式配置示例如圖1所示。

2.1.2" 服務(wù)發(fā)現(xiàn)配置

服務(wù)發(fā)現(xiàn)配置的內(nèi)容包括機(jī)器部署與機(jī)器的映射配置、機(jī)器部署與服務(wù)發(fā)現(xiàn)的映射配置、服務(wù)發(fā)現(xiàn)的IP地址配置、服務(wù)發(fā)現(xiàn)的組播端口配置。重點(diǎn)是配置后面2項(xiàng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)的參數(shù)，前面2項(xiàng)映射的配置與前文2.1.1一樣，只需要?jiǎng)?chuàng)建出來即可。服務(wù)發(fā)現(xiàn)的配置有兩點(diǎn)注意事項(xiàng)：①按照SOMEIP規(guī)范，服務(wù)發(fā)現(xiàn)必須用組播，組播必須采用UDP傳輸，端口號(hào)默認(rèn)為30490；②按照PREEvision配置需求，同一個(gè)傳輸層端口不能被多個(gè)設(shè)備引用，但是不同的傳輸層端口可以用同一個(gè)端口號(hào)。服務(wù)發(fā)現(xiàn)配置示例如圖2所示。

2.2" 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)建模

機(jī)器部署建模完成后各個(gè)設(shè)備的單一信息就完整了，距離通信產(chǎn)生的必要條件還缺少一個(gè)通信介質(zhì)的建模，即設(shè)備與設(shè)備之間如何通過物理連接在一起的。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)建模的本質(zhì)是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行建模，會(huì)體現(xiàn)全部設(shè)備間的包含關(guān)系和連接關(guān)系[3]。比如一個(gè)控制器包含了很多芯片工程，那么每個(gè)芯片工程都可以建模為一個(gè)Computer電腦，Computer下再創(chuàng)建硬件相關(guān)的Bus Co-nnector總線連接器和MicroProcessor微處理器，多個(gè)Computer間創(chuàng)建Switch交換機(jī)以及Switch上的Bus Connector，在Ethernet Cluster以太網(wǎng)集下創(chuàng)建Bus Connector間的Bus System總線系統(tǒng)，即總線連接線路。這樣，每個(gè)Computer利用它的Bus Connector通過對(duì)應(yīng)的Bus System連接到Switch上打通整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信鏈路。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Ｊ纠鐖D3所示。

2.3" 服務(wù)實(shí)例建模

服務(wù)實(shí)例是AP通信建模的核心，在設(shè)備和連接關(guān)系都配置好的基礎(chǔ)上，通過服務(wù)實(shí)例建模能夠明確服務(wù)的提供方和消費(fèi)方，明確服務(wù)的實(shí)際通信行為和APP的監(jiān)測(cè)端口信息。服務(wù)實(shí)例建模分為3個(gè)部分：服務(wù)實(shí)例與接口/進(jìn)程的映射、服務(wù)實(shí)例TP/IP配置、服務(wù)實(shí)例SD參數(shù)配置。

2.3.1" 服務(wù)實(shí)例與接口/進(jìn)程的映射

服務(wù)實(shí)例與接口/進(jìn)程的映射（圖4）主要是PREEvision軟件運(yùn)行信號(hào)路由生成，定義了服務(wù)實(shí)例、APP的接口、APP的進(jìn)程這三者的映射關(guān)系。

2.3.2" 服務(wù)實(shí)例TP/IP配置

APP在監(jiān)控服務(wù)時(shí)是通過Socket套接字接口來實(shí)現(xiàn)的，Socket由IP和Port端口組成，IP和Port的配置就是在此處完成[4-5]，其配置示例如圖5所示。

IP可以唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)，而IP加Port可以唯一標(biāo)識(shí)主機(jī)中的APP，因此不同服務(wù)可以是相同Socket接口，也可以是不同Socket接口，取決于提供或消費(fèi)服務(wù)的APP是否為同一個(gè)。

另外，由于SOMEIP的特殊性，其作為中間件，本質(zhì)也是一種APP，所以即便是不同的APP，只要部署在同一個(gè)設(shè)備，其SOMEIP服務(wù)監(jiān)控所使用的Socket就可以是同一個(gè)，在不同APP調(diào)用SOMEIP時(shí)由SOMEIP的APP去協(xié)調(diào)服務(wù)的應(yīng)用。

2.3.3" 服務(wù)實(shí)例SD參數(shù)配置

服務(wù)分為事件和方法，服務(wù)實(shí)例分為提供服務(wù)實(shí)例和消費(fèi)服務(wù)實(shí)例，接口實(shí)例最終要與提供/消費(fèi)服務(wù)實(shí)例進(jìn)行關(guān)聯(lián)，因此服務(wù)和服務(wù)實(shí)例排列組合會(huì)使服務(wù)實(shí)例關(guān)聯(lián)4種接口實(shí)例：①事件的提供服務(wù)實(shí)例關(guān)聯(lián)提供事件組（事件）實(shí)例；②事件的消費(fèi)服務(wù)實(shí)例關(guān)聯(lián)消費(fèi)事件組實(shí)例；③方法的提供服務(wù)實(shí)例關(guān)聯(lián)提供方法實(shí)例；④方法的消費(fèi)服務(wù)實(shí)例關(guān)聯(lián)消費(fèi)方法實(shí)例[6-9]。

不論是哪種服務(wù)實(shí)例，亦或是事件組的接口服務(wù)實(shí)例，按照SOMEIP規(guī)范都需要有SD時(shí)間參數(shù)，這些參數(shù)就是在此處進(jìn)行配置的。服務(wù)實(shí)例SD參數(shù)配置示例如圖6所示。

服務(wù)提供方和消費(fèi)方的時(shí)間參數(shù)如果不匹配，可能會(huì)影響SOMEIP協(xié)議棧的工作效率，嚴(yán)重的還會(huì)影響到實(shí)際訂閱效果，導(dǎo)致應(yīng)用服務(wù)無法按預(yù)期進(jìn)行發(fā)布，因此同一個(gè)服務(wù)的SD參數(shù)對(duì)于提供方和消費(fèi)方來說，可以統(tǒng)一為同一個(gè)指標(biāo)，甚至不同的服務(wù)其SD參數(shù)也可以進(jìn)行統(tǒng)型，以保證服務(wù)通信的穩(wěn)定性。

另外，一個(gè)服務(wù)與其部署的設(shè)備并非一一綁定關(guān)系，一個(gè)服務(wù)可以實(shí)例化多次，即不同設(shè)備可以提供同一服務(wù)，這種場(chǎng)景下，不同設(shè)備提供的服務(wù)需要用服務(wù)實(shí)例ID來區(qū)分，因此提供服務(wù)實(shí)例SD參數(shù)配置除了時(shí)間參數(shù)外還需要配置服務(wù)實(shí)例ID。

3" AP側(cè)PREEvision通信建模原理研究

3.1" 物理層和媒體訪問控制層建模原理

AP作為一種平臺(tái)中間件，其本身并不關(guān)注物理層和媒體訪問控制層的信息，這兩層比較靠近硬件，對(duì)于應(yīng)用和中間件來說屬于底層開發(fā)，在產(chǎn)品開發(fā)當(dāng)中，一般會(huì)有專門的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行單獨(dú)配置。所以基于這個(gè)事實(shí)，不論按照AP的哪個(gè)版本導(dǎo)出生成ARXML，其中都不會(huì)包含物理層和絕大部分媒體訪問控制層的信息，只有媒體訪問控制層的VLAN信息會(huì)體現(xiàn)在ARXML當(dāng)中，如圖7所示。

PREEvision之所以需要進(jìn)行物理層和媒體訪問控制層的相關(guān)配置，歸根結(jié)底還是因?yàn)樾枰_定設(shè)備間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，明確通信行為，以保證建模的基礎(chǔ)。所以，在建模過程中，物理層和媒體訪問控制層的信息只需要保證物理連接和部署的正確性即可，相關(guān)的名稱、參數(shù)對(duì)于通信建模來說都沒有實(shí)際意義，在建模過程中要有策略性、傾向性地調(diào)整關(guān)注點(diǎn)。

3.2" 網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層建模原理

網(wǎng)絡(luò)層即IP層，傳輸層即UDP/TCP，是Socket的組成部分，既是以太網(wǎng)協(xié)議棧中的銜接層，又是上層識(shí)別應(yīng)用服務(wù)的唯一接口。按照AP的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，只關(guān)注自己的IP和Port是什么，不關(guān)注對(duì)端的信息，無論對(duì)端是什么，只要滿足媒體訪問控制層的規(guī)則，就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的對(duì)接。所以基于這個(gè)事實(shí)，不論按照AP的哪個(gè)版本導(dǎo)出生成ARXML，其中都只會(huì)有自己的IP和Port信息，如圖8所示。

PREEvision之所以需要全量的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層配置是因?yàn)镻REEvision是全局建模，在一個(gè)模型中體現(xiàn)全部的通信行為，但各設(shè)備的IP和Port信息只對(duì)各自負(fù)責(zé)。所以，在建模過程中，網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的信息只需要保證要導(dǎo)出ARXML的設(shè)備其信息的正確性即可，其余不導(dǎo)出ARXML的設(shè)備其IP、Port在沒有沖突的前提下對(duì)于通信建模來說都沒有實(shí)際意義，在建模過程中也可差異化對(duì)待。

另外，如果使用PREEvision自帶的信號(hào)路由，則會(huì)生成一些Signal、Pdu、Socket Address、Transmission等過程產(chǎn)物，因?yàn)锳P的機(jī)制不需要這些元素，所以從模型的體量考慮，可以將這些無用的元素刪除掉。

3.3" 應(yīng)用層建模原理

應(yīng)用層軟件的開發(fā)是ECU開發(fā)當(dāng)中非常重要的一環(huán)，往往在應(yīng)用層中凝聚了整個(gè)ECU最為精華的算法與策略。對(duì)于AP來說，應(yīng)用層是一個(gè)封裝好的盒子，而且是一個(gè)只知道接口不知道邏輯功能的黑盒子，而AP只需要負(fù)責(zé)提供和管理這些接口即可[10]。故不論按照AP的哪個(gè)版本導(dǎo)出生成ARXML，其中都只會(huì)包含接口的描述。

PREEvision的應(yīng)用接口是以服務(wù)為單位，即便一個(gè)服務(wù)當(dāng)中有非常多的事件或方法，建模中提供給應(yīng)用的接口都只有一個(gè)，而對(duì)于這個(gè)服務(wù)的調(diào)用，則完全交由操作系統(tǒng)來完成，建模過程只需要將服務(wù)定義整個(gè)移到模型當(dāng)中即可，這樣就大大減少了架構(gòu)師的建模工作量。ARXML中詳細(xì)的服務(wù)定義見圖9。

所以，在建模過程中，應(yīng)用層的信息需要非常完整和準(zhǔn)確，服務(wù)的調(diào)用都將基于應(yīng)用層的定義開展，哪怕有一個(gè)數(shù)值寫錯(cuò)都可能造成功能的故障，在建模過程中需要尤其關(guān)注服務(wù)定義的正確性。

4" 結(jié)束語(yǔ)

PREEvision作為上層架構(gòu)設(shè)計(jì)的配置工具，其建模過程中的配置項(xiàng)非常自由，但配置方法非常復(fù)雜，配置項(xiàng)數(shù)量也非常多。在掌握建模方法的基礎(chǔ)上，了解并思考如何更加便捷、規(guī)范、準(zhǔn)確地進(jìn)行建模，是架構(gòu)工程師和網(wǎng)絡(luò)工程師需要重點(diǎn)對(duì)待的課題。希望通過文章能夠讓讀者朋友們對(duì)于如何應(yīng)用PREEvision進(jìn)行通信建模有更深一步的了解。

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（編輯" 凌" 波）