1 系列目標

本系列文章的目的是解釋 AUTOSAR 系列中基于信號的通信的基本概念，但不深入 AUTOSAR 本身。當我為一家 2 級汽車供應商從事基于信號的通信項目時，我意識到我對 AUTOSAR 的了解并不能幫助我順利開始該項目。相反，自始至終，這是一段艱難的旅程，我通過翻閱來自組織內部和外部的大量文件來了解車輛通信的細節。

大多數時候，我分散了必須處理的信息片段，卻不知道它與另一條信息之間的關系，以及當信息穿過 AUTOSAR 軟件組件的各個層時它如何影響其他東西。通過系列文章，我試圖帶來與車輛基于信號的通信概念相關的非常底層的信息。

本系列文章的目標受眾是汽車軟件開發人員，他們必須在經典 AUTOSAR 框架內處理車輛通信，并且需要對需要解析信號數據并進行通信的軟件組件進行建模或使用，以將其稱為應用軟件。祝讀者閱讀愉快。

2 簡介

AUTOSAR（汽車開放系統架構）是領先的汽車制造商和供應商的一項標準化計劃，成立于 2003 年秋季。目標是開發 ECU 軟件的參考架構，以管理現代車輛中日益復雜的 ECU。

AUTOSAR 體系結構的基本元素包括正式定義的軟件組件 (SWC)，具有與基本軟件 (BSW) 的明確指定接口，進而提供基本的標準服務，例如總線通信、內存管理、IO 訪問、系統和診斷服務。

另一個基本元素是將 SWC 與 BSW 連接起來的運行時環境 RTE。人們可能遇到的最高級別的分層架構圖如下圖所示。



AUTOSAR 架構中的重要層。

通過這樣的標準，汽車軟件社區的開發人員在應用層上競爭，同時標準化硬件及其接口，從而消除開發硬件（例如 ECU）和后來可以運行的應用軟件的巨大成本在新硬件之上。

從車主的角度來看，他可以選擇從他選擇的供應商處更換ECU，而不限于車輛公司指定的供應商。

綠色的 BSW 層進一步細分為 4 個重要的分層組件，即服務層、ECU 抽象層 (ECUAL)、微控制器抽象層 (MCAL) 和復雜驅動層



BSW 中的層。

BSW 中的每一層還包含標準化的軟件組件，這些組件為車輛的安全運行提供關鍵功能。此類組件從最頂層開始直接或通過其下層提供的通道與硬件交互。

BSW 中的組件。

3 BSW 內部的通信架構

我這篇文章的重點是AUTOSAR中基于信號的通信，其BSW層的相關組件在上圖中的黑框中突出顯示。可以在下圖中看到對這一層的仔細觀察。



AUTOSAR 中的通信層。

因此，從通信的角度來看，與 AUTOSAR 中的幾種通信機制（或汽車術語中的總線系統）相關的驅動程序和接口，即以太網、FlexRay、CAN 和 LIN 可以在上圖中看到。

所有這些都將數據（此處的信號）傳遞到稱為 PDU 路由器的基本軟件組件，然后信號再次通過 AUTOSAR COM 傳遞到 RTE，從 RTE 將信號發送到應用層內的相關應用軟件。

4 汽車中的總線系統

在不深入了解車輛通信協議在過去幾十年中如何演變的歷史細節的情況下，我想重點介紹廣泛用于車輛通信并受 AUTOSAR 標準支持的重要總線系統。

1.CAN或控制器局域網： 這個繁忙的系統由 Robert Bosch GmbH 在八十年代初開發，并于 1994 年成為國際標準化 (ISO 11898)。CAN 總線系統支持高達 1 Mbit/s 的數據速率。

2.CAN FD或控制器局域網靈活數據速率： 這是 CAN 總線系統的進一步發展。它支持更高的數據速率（最大 8 Mbit/s）和多達 64 個數據字節。

3.LIN或本地互連網絡： 專為汽車中智能傳感器和執行器的經濟高效通信而開發。LIN 總線系統特性：主/從架構（單主和多達 16 個從屬）、保證延遲時間、數據幀的可變長度、配置靈活性等等。

4.FlexRay： 該總線系統被設計為用于所有與安全相關的應用程序以及在汽車中傳輸大量數據的總線系統。FlexRay 總線系統特性包括高達 10 Mbit/s 的數據傳輸、所有網絡的冗余實現、確定性傳輸行為。

5.以太網：這是我們都知道的術語，并且已經過時了，由于其架構的固有性質，它很容易適應車輛通信的需求。對于汽車應用，使用以太網的特定標準 IEEE802.3。它們的優勢在于它們的大帶寬、網絡的可擴展性以及使用經過驗證的通信協議。

5 AUTOSAR中對通信概念的需求

AUTOSAR 中對通信概念的需求源于這樣一個事實，即現代車輛依靠軟件來感知其內部和外部環境并采取/計劃可能是先發制人的糾正措施或可能是駕駛員計劃的行動過程或車輛本身。

由于我們正處于自動駕駛汽車的風口浪尖，而且汽車中的軟件都是針對自動駕駛功能的，所以我會堅持汽車可以在一定程度上控制自己的想法。 在任何情況下，車輛從傳感器收集的數據都必須在某處進行處理，以便車輛可以決定需要采取什么行動才能安全運行并同時達到目標，例如從 A 點到 B 點。

在這一點上，我喜歡將自動駕駛汽車與人體進行類比： 車輛通信基礎設施與人類神經系統的類比

1. 人體具有眼睛、鼻子、皮膚、觸覺和耳朵等形式的傳感器，用于感知外部環境，并將數據發送到中央單元，即我們的大腦，稍后可以采取行動向我們的身體部位發送信號的形式，例如手和腿向某個方向移動。同樣，車輛具有雷達、激光雷達、攝像頭等傳感器，它們可以感知外部環境，將信號發送到可以處理這些數據的 ECU。

2. 大腦還通過向身體的各個部位發送信號來控制身體內部功能，例如消化食物、泵血、從血液中提取二氧化碳和許多其他功能，使我們能夠過上健康的生活，我們'不知道在我們的日常生活中。但是大腦能夠完成這些任務，因為它具有神經系統形式的通信基礎設施。

同樣，車輛還需要執行數百個基本功能以持續監控其內部環境，例如電池功耗、溫度以保持傳感器和 ECU 的安全運行水平等等，并且必須根據數據做出有凝聚力的決策保持車輛健康用于故障安全操作（自動駕駛汽車行業的流行詞）。為了實現這種連貫的功能，將所有傳感器信息傳送到中央單元或將信息分發到不同的單元，車輛需要一個通信基礎設施，可以認為傳感器通過電纜和電線連接到一個或多個處理 ECU。

為了標準化通信基礎設施的接口，需要一個通信概念，而 AUTOSAR 已經成功地提出了一個。

6 通信在車輛中的工作原理

在非常普遍的意義上，車輛傳感器檢測到這些變化。傳感器在此過程中產生的數據是信號形式的原始數據。正是這個信號首先被轉換為適合通過傳感器內的較小 ECU 通過通信基礎設施傳輸的信號。然后該信號通過電纜和電線發送，也稱為物理通道， 分配給處理它的ECU。在 AUTOSAR 術語中，它通常稱為通信總線。ECU 在其硬件層中接收原始信號數據，并在 MCAL、HWAL、服務層中進行處理，最后轉發到 AUTOSAR 運行時環境 (AUTOSAR RTE)，然后再將其發送到運行基于傳感器數據輸入的決策算法。如下圖所示。




AUTOSAR 中通信基礎設施的總體示意圖

在上圖中，已說明了一般草圖。實際上，車輛可能不支持所有通信系統和協議。但是應該帶走的信息是，通信發生在特定通道上，該通道旨在支持特定系統（LIN、CAN、FlexRay 或以太網）。

7 通信基礎設施

在第 5 節中，我介紹了通信基礎設施這一術語，它包含所有元素，包括高級和低級，可用于和定制以實現與依賴于車輛通信的通信和車輛服務相關的所需車輛功能。

在 AUTOSAR 中，通信基礎設施可以再次分解為高級元素，例如通信拓撲，這只是意味著通信點的布局（請參閱本文以了解網絡拓撲的概述）和由 AUTOSAR 元素組成的通信控制，即通信集群，物理通道和控制通過車輛通信網絡的數據流的ECU 。

8 結論

在本文中，我深入探討了 AUTOSAR 中信號通信的高級機制和術語，并解釋了這些高級元素是如何組合在一起的。



審核編輯：劉清