面向汽車應(yīng)用的AUTOSAR設(shè)計(jì)技巧

汽車OEM正在開發(fā)基于AUTOSAR的電子系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)當(dāng)代汽車中日益復(fù)雜的軟件。AUTOSAR簡(jiǎn)化了開發(fā)流程并使得ECU軟件具有復(fù)用性。從2004年AUTOSAR面世開始，這項(xiàng)創(chuàng)新性的前沿技術(shù)就在許多研究性的項(xiàng)目中進(jìn)行測(cè)試；現(xiàn)在，AUTOSAR開始通過(guò)產(chǎn)品化ECU進(jìn)入真正的實(shí)現(xiàn)階段。AUTOSAR軟件代表了當(dāng)前的技術(shù)水平，并通過(guò)不斷的版本更新來(lái)保證技術(shù)上的不斷進(jìn)步。?

??? 汽車工業(yè)正在面臨新的時(shí)代。復(fù)雜的汽車功能越來(lái)越多，使得汽車電子的開發(fā)越來(lái)越復(fù)雜。顧客對(duì)于產(chǎn)品的功能和個(gè)性化要求，以及象診斷這種非功能性需求的增加，更加劇了ECU開發(fā)過(guò)程的復(fù)雜度。汽車，尤其是高級(jí)豪華車，大約有超過(guò)1000個(gè)軟件功能，幾條車內(nèi)總線網(wǎng)絡(luò)，以及超過(guò)70個(gè)ECU。由于汽車電子領(lǐng)域硬件平臺(tái)的多樣性，ECU軟件開發(fā)嚴(yán)重依賴硬件和系統(tǒng)配置。每次相關(guān)的約束條件的更改都將導(dǎo)致重新編寫程序或?qū)浖男薷摹?

??? 為了降低ECU軟件開發(fā)的復(fù)雜度，AUTOSAR開發(fā)成員提供了一套經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的軟件架構(gòu)，并以此作為開發(fā)可重用應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。AUTOSAR這一開放的系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)是由全世界的汽車OEM，零部件供應(yīng)商以及軟件、半導(dǎo)體和電子工業(yè)的企業(yè)共同制定。AUTOSAR可以使得用戶避免因?yàn)椴捎盟接械慕鉀Q方案導(dǎo)致日益增長(zhǎng)的開發(fā)成本。?

??? AUTOSAR將電子架構(gòu)分成若干層和模塊。在定義接口的同時(shí)，AUTOSAR也定義了軟件組件和易于交換的硬件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。AUTOSAR開發(fā)成員不僅提供了基礎(chǔ)軟件模塊的規(guī)范，還提供了用于開發(fā)分布式系統(tǒng)應(yīng)用程序的方法。這種方法以基于模型的軟件和分布式系統(tǒng)描述開始，以自動(dòng)代碼生成和可重復(fù)的測(cè)試結(jié)束。這種方法簡(jiǎn)化了工具鏈的使用。?

??? 在AUTOSAR面世之后三年，AUTOSAR開發(fā)成員在2007年發(fā)布了2.1版本。此時(shí)，AUTOSAR的發(fā)展到達(dá)了一個(gè)穩(wěn)定的階段。幾個(gè)不同的開發(fā)項(xiàng)目對(duì)AUTOSAR的實(shí)用性進(jìn)行了測(cè)試。在商業(yè)領(lǐng)域里，“AUTOSAR評(píng)估系統(tǒng)”已經(jīng)完成。現(xiàn)在，AUTOSAR已經(jīng)做好進(jìn)入到產(chǎn)品ECU的準(zhǔn)備了。?

??? 為了實(shí)現(xiàn)AUTOSAR的目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和基礎(chǔ)模塊之間的分離，汽車電子被抽象成幾個(gè)層。與實(shí)際微控制器之間的連接，也就是物理基礎(chǔ)，抽象為微控制器抽象層用于映射微控制器的功能和外圍接口。微控制器抽象層定義了內(nèi)存接口、I/O驅(qū)動(dòng)接口和通信連接接口，同時(shí)還可以模擬一些微控制器無(wú)法提供的功能。第二層是ECU抽象層（ECU Abstraction Layer）。這一層在ECU相關(guān)硬件的基礎(chǔ)上，為ECU提供外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。第三層是服務(wù)層（Services Layer）。這一層提供了各種服務(wù)，例如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)通信和操作系統(tǒng)。服務(wù)層在很大程度上獨(dú)立于硬件系統(tǒng)。第四層的RTE真正實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序和基礎(chǔ)軟件之間的分隔。RTE負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程序集成以及應(yīng)用程序與基礎(chǔ)軟件模塊之間的數(shù)據(jù)交換。RTE的存在是真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序重用的基礎(chǔ)。由于RTE預(yù)定義了相關(guān)的接口，所以開發(fā)人員可以在對(duì)硬件一無(wú)所知的情況下進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)，并將這個(gè)軟件應(yīng)用在任何符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的ECU中。?

??? 虛擬功能總線（Virtual Functional Bus）形成了這些層的配置基礎(chǔ)。通過(guò)這條虛擬總線，所有汽車電子通信組件都可以進(jìn)行抽象，同時(shí)使用預(yù)先定義的端口；而對(duì)于虛擬功能總線來(lái)說(shuō)，ECU內(nèi)部通信和外部總線通信并沒(méi)有什么區(qū)別。這種區(qū)別要等到系統(tǒng)布局以及ECU的具體功能最終確定才會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。軟件組件本身對(duì)于這種區(qū)別并不關(guān)注，因此我們可以在獨(dú)立的情況下開發(fā)軟件組件。軟件組件被分成若干個(gè)可執(zhí)行單元，即運(yùn)行實(shí)體。當(dāng)某一個(gè)規(guī)定的事件發(fā)生時(shí)，就會(huì)有對(duì)應(yīng)的運(yùn)行實(shí)體被觸發(fā)。這樣的事件有可能是一個(gè)新的傳感器信號(hào)，也有可能是一個(gè)周期性定時(shí)。從虛擬功能總線的角度對(duì)電子系統(tǒng)的形式化描述最終定義了相關(guān)軟件組件的接口。因此，應(yīng)用軟件的開發(fā)可以獨(dú)立于具體的ECU。?

??? RTE實(shí)現(xiàn)了對(duì)于I/O、內(nèi)存和其它基本服務(wù)的訪問(wèn)。利用基于模型的描述，可以針對(duì)指定的ECU定制RTE，這樣可以適應(yīng)不同的需求并節(jié)省資源。?

方法?

??? 在定義ECU軟件體系架構(gòu)的同時(shí)，AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)也定義了開發(fā)AUTOSAR系統(tǒng)的方法。符合經(jīng)過(guò)確認(rèn)的開發(fā)過(guò)程是開發(fā)軟件的一個(gè)重要前提。需求列表中的不足會(huì)在開發(fā)早期被發(fā)現(xiàn)，軟件組件的重用使得開發(fā)流程變得簡(jiǎn)化，整個(gè)系統(tǒng)也就更加可靠。但是，這種方法也允許一定程度的自由：例如，用戶可以自己決定是使用從上至下還是從下至上的開發(fā)流程。?

??? AUTOSAR的目的在于通過(guò)工具為軟件開發(fā)流程提供通用的支持。成熟的工具用于需求的結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)和相應(yīng)的管理，同時(shí)建立相應(yīng)的配置。?

??? 第一步包括三個(gè)主要方面的形式化描述：軟件（軟件組件），ECU（ECU資源）和系統(tǒng)約束。合適的編輯工具用于創(chuàng)建完整的系統(tǒng)描述?

??? 系統(tǒng)配置作為ECU配置的基礎(chǔ)，而用戶可以利用配置工具根據(jù)ECU配置生成基礎(chǔ)軟件組件。在開發(fā)流程的末期，有多種生成工具可以用來(lái)生成RTE和基礎(chǔ)軟件。開發(fā)過(guò)程中的所有設(shè)計(jì)和配置數(shù)據(jù)都用統(tǒng)一的文件格式保存。為此，AUTOSAR定義了一種基于XML的文件格式。一方面，統(tǒng)一的文件格式保證了開發(fā)流程的通用性；另一方面，它簡(jiǎn)化了開發(fā)工具之間的無(wú)縫集成。?

移植?

??? AUTOSAR的軟件體系結(jié)構(gòu)并非單一模塊，它包含了大量接口定義完整的標(biāo)準(zhǔn)模塊。這使得AUTOSAR的移植非常容易，即使是在項(xiàng)目之間進(jìn)行移植；另外可以在一個(gè)項(xiàng)目之內(nèi)同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)的AUTOSAR模塊和私有的軟件模塊。?

??? 為了實(shí)現(xiàn)這樣的移植工作，首先必須將已有的軟件架構(gòu)和AUTOSAR體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。通過(guò)分析重疊的功能和集成選項(xiàng)，進(jìn)而決定哪些模塊可以保留，哪些模塊應(yīng)該被標(biāo)準(zhǔn)的軟件模塊替換。?

??? 因此，在應(yīng)用程序和基礎(chǔ)軟件之間引入一個(gè)分隔層是非常明智的選擇。一個(gè)可行的方法是在移植過(guò)程的早期就準(zhǔn)備好應(yīng)用程序和AUTOSAR軟件組件，并將它們通過(guò)RTE集成在一起。在RTE之下，一個(gè)專用的修改層用于為已有的基礎(chǔ)軟件提供接口，如圖3所示。?

??? 如果已有的基礎(chǔ)軟件有一部分需要被AUTOSAR基礎(chǔ)軟件替換，那么重點(diǎn)就集中在使用統(tǒng)一的工具。Vector提供合適的工具，可以用于配置私有的軟件模塊。非AUTOSAR模塊可以被AUTOSAR模塊逐步取代，從而避免推倒整個(gè)體系結(jié)構(gòu)所需承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)或重新編寫模塊所帶來(lái)的巨大工作量。?

前景?

??? AUTOSAR 3.0的發(fā)布標(biāo)志著AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善。參與標(biāo)準(zhǔn)制定的各家公司承諾為實(shí)現(xiàn)AUTOSAR的目標(biāo)而進(jìn)行持續(xù)的努力。當(dāng)前引入的各種想法將在AUTOSAR未來(lái)的4.0版本中得到實(shí)現(xiàn)。?

??? 工具供應(yīng)商也提出了一些和AUTOSAR相關(guān)的想法。Vector的AUTOSAR開發(fā)團(tuán)隊(duì)正在致力于將基于AUTOSAR的ECU開發(fā)變得更加便利和容易。一個(gè)典型例子是運(yùn)行在PC上的AUTOSAR應(yīng)用組件的測(cè)試工具，這個(gè)工具同時(shí)還可以作為符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的ECU的仿真環(huán)境。這使得在PC上測(cè)試AUTOSAR軟件組件的實(shí)現(xiàn)代碼變得更加容易。廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)化工具（例如Vector的CANoe）可以用于測(cè)試實(shí)現(xiàn)、可視化測(cè)試以及生成測(cè)試報(bào)告。Vector利用全套的AUTOSAR基礎(chǔ)軟件組件和通用的設(shè)計(jì)與開發(fā)工具鏈支持整個(gè)開發(fā)流程?

??? Vector的AUTOSAR解決方案已經(jīng)在若干個(gè)項(xiàng)目中得到了實(shí)際驗(yàn)證，同時(shí)得到驗(yàn)證的還有符合AUTOSAR 2.0和2.1的成熟產(chǎn)品（符合AUTOSAR 3.0的產(chǎn)品將于2008年第二季度面世）。?

總結(jié)?

??? AUTOSAR正在成為現(xiàn)實(shí)。許多OEM都計(jì)劃在接下來(lái)的車型中采用AUTOSAR。Vector為AUTOSAR提供了完整的解決方案，包括AUTOSAR軟件組件和開發(fā)工具。這不僅僅支持純粹的AUTOSAR系統(tǒng)開發(fā)，而且支持逐步地將現(xiàn)有系統(tǒng)向AUTOSAR移植。