[2.3]-AutoSAR零基础学习-AutoSAR分层架构与软件组件

目录

1 AutoSAR架构分层

        1.1 ASW

        1.2 RTE

        1.3 BSW

        1.3.1 服务层

        1.3.2 ECU抽象层

        1.3.3 微控制器抽象层

        1.3.4 复杂驱动层

2 AutoSAR软件组件

        2.1组件分类

        2.2 组件的数据类型

        2.2.1 应用数据类型（Application Data Type，ADT）

        2.2.2 实现数据类型（Implementation Data Type，IDT）

        2.2.3 基础数据类型（Base Type）

        2.3 组件的端口与端口接口

        2.3.1 S-R接口

        2.3.2 C-S接口

        2.4 软件组件的内部行为

        2.4.1 运行实体（Runnable Entity，RE）

        2.4.2 运行实体的RTE事件（RTE Event）

        2.4.3 运行实体与所属软件组件的端口访问（Port Access）

        2.4.4 运行实体间变量（Inter Runnable Variable，IRV）。

---

1 AutoSAR架构分层

        AUTOSAR规范主要包括分层架构、方法论和应用接口三部分内容。其中，分层架构是实现软硬件分离的关键，使汽车系统软件开发者摆脱了之前ECU软件开发与验证时对硬件系统的依赖。

        在AUTOSAR分层架构中，汽车嵌入式系统软件自上而下分别为：

                应用软件层（Application Software Layer，ASW）

                运行时环境 （Runtime Environment，RTE）

                基础软件层（Basic Software Layer， BSW）

                微控制器（Microcontroller）

                                      

        为保证上层与下层的独立性，通常情况下，每一层只能使用下一层所提供的接口，并向上一层提供相应的接口。

        1.1 ASW

        应用软件层（Application Software Layer，ASW）包含若干个软件组件（Software Component，SWC），软件组件间通过端口（Port）进行交互。每个软件组件包含一个或者多个运行实体（Runnable Entity，RE），运行实体中封装了相关控制算法，其可由 RTE事件（RTE Event）触发。

        1.2 RTE

        运行时环境（Runtime Environment，RTE）作为应用软件层与基础软件层交互的桥梁，为软硬件分离提供了可能。

                RTE可以实现软件组件间、基础软件间以及软件组件与基础软件之间的通信。

                RTE封装了基础软件层的通信和服务，为应用层软件组件提供了标准化的基础软件和通信接口，使得应用层可以通过RTE接口函数调用基础软件的服务。

                RTE抽象了ECU之间的通信，即RTE通过使用标准化的接口将其统一为软件组件之间的通信。由于RTE的实现与具体ECU相关，所以必须为每个ECU分别实现。

        1.3 BSW

        基础软件层（Basic Software Layer，BSW）又可分为四层:

                服务层（Services Layer）

                ECU抽象层（ECU Abstraction Layer）

                微控制器抽象层（Microcontroller Abstraction Layer，MCAL）

                复杂驱动 （Complex Drivers）

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

        1.3.1 服务层

         服务层（Services Layer）可分为系统服务（System Services）、存储器服务 （Memory Services）以及通信服务（Communication Services）三大部分。提供包括网络通信管理、存储管理、ECU模式管理和实时操作系统 （Real Time Operating System，RTOS）等服务。除了操作系统外，服务层的软件模块都是与ECU平台无关的。

        1.3.2 ECU抽象层

        ECU抽象层（ECU Abstraction Layer）包括板载设备抽象 （Onboard Devices Abstraction）、存储器硬件抽象 （Memory Hardware Abstraction）、通信硬件抽象 （Communication Hardware Abstraction）和I/O硬件抽象 （Input/Output Hardware Abstraction）。

        该层将ECU结构进行了抽象，负责提供统一的访问接口，该层与ECU平台相关，但与微控制器无关。

        1.3.3 微控制器抽象层

        微控制器抽象层（Microcontroller Abstraction Layer，MCAL）是实现不同硬件接口统一化的特殊层。微控制器抽象层包括微控制器驱动（Microcontroller Drivers）、存储器驱动 （Memory Drivers）、通信驱动（Communication Drivers）以及I/O驱动 （I/O Drivers）

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

        1.3.4 复杂驱动层

        由于对复杂传感器和执行器进行操作的模块涉及严格的时序问题， 难以抽象，所以在AUTOSAR规范中这部分没有被标准化，统称为复杂驱动（Complex Drivers）

2 AutoSAR软件组件

        2.1组件分类

        软件组件（SWC）是应用层的核心，也是一些抽象层、复杂驱动层等实现的载体。

        AutoSAR软件组件大体上可分为原子软件组件（Atomic SWC）和部件（Composition SWC）。部件可以包含若干原子软件组件或部件。原子软件组件分为以下几种类型：

                应用软件组件（Application SWC）：主要用于实现应用层控制算法

                传感器/执行器软件组件（Sensor/Actuator SWC）：处理具体传感器/执行器的信号，可以直接与ECU抽象层交互。

                标定参数软件组件（Parameter SWC）：提供标定参数值

                ECU抽象软件组件（ECU Abstraction SWC）：提供访问ECU具体I/O 的能力

                复杂设备驱动软件组件（Complex Device Driver SWC）：推广了ECU 抽象软件组件，它可以定义端口与其他软件组件通信，还可以与ECU硬 件直接交互。

                服务软件组件（Service SWC）：主要用于基础软件层，可通过标准接口或标准AUTOSAR接口与其他类型的软件组件进行交互

        2.2 组件的数据类型

        2.2.1 应用数据类型（Application Data Type，ADT）

        软件组件设计时，抽象出来的数据类型，仅仅是功能的定义，不会生成实际的代码。用户可以直接使用Implementation Data Type，若使用 Application Data Type，则必须进行数据类型映射（Data Type Mapping），即将Application Data Type与 Implementation Data Type进行映射，从而来对每个Application Data Type 进行具体实现。

        2.2.2 实现数据类型（Implementation Data Type，IDT）

        是代码级别的数据类型，实惠应用数据类型的具体实现，而且需要应用基础数据类型，同时增加一些计算方法等。

        2.2.3 基础数据类型（Base Type）

        基础数据类型就不多说了，常见的int/float等等

        2.3 组件的端口与端口接口

        软件组件的端口根据输入/输出方向可分为：

                需型端口（Require Port，RPort）：用于从其他软件组件获得所需数据或者所请求的操 作

                供型端口（Provide Port，PPort）：用于对外提供某种数据或者某类操作

                供需端口（Provide and Require Port， PRPort）：兼有需型端口与供型端口的特性

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

        需型端口可以和供型端口连接。软件组件SWC1有一个需型端口（R）和一个供型端口（P），其中需型端口与SWC2的供型端口相连，它们之间的交互关系通过连线箭头表示，由SWC2的供型端口指向SWC1的需型端口。SWC3具有一个供需端口，被认为自我相连。

        由于端口仅仅定义了方向，所以AUTOSAR中用端口接口 （Port Interface）来表征端口的属性，端口接口主要有如下几种类型：

                发送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）；

                客户端-服务器接口（Client-Server Interface，C/S）；

                模式转换接口（Mode Switch Interface）；

                非易失性数据接口（Non-volatile Data Interface）；

                参数接口（Parameter Interface）；

                触发接口（Trigger Interface）。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​

        如上图：软件组件SWC1具有两个端口，其中一个引用的端口接口类型为发送者-接收者（S/R）接口，另一个引用的端口接口类型为客户端-服务器（C/S）接口。从中也可以看出，对于引用发送者-接收者接口的一组端口而言，需型端口为接收者 （Receiver），供型端口为发送者（Sender）。对于引用客户端-服务器 接口的一组端口而言，需型端口为客户（Client），供型端口为服务器（Server）。

        2.3.1 S-R接口

        发送者-接收者接口用于数据的传递关系，发送者发送数据到一个或多个接收者。该类型接口中定义了一系列的数据元素（Data Element，DE），这些数据元素之间是相互独立的。如下图所示，该发送者-接收者接口SR_Interface中定义了两个数据元素，名字分别为DE_1与DE_2，并且需要为每个数据元素赋予相应的数据类型。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

        2.3.2 C-S接口

        客户端-服务器接口用于操作（Operation，OP），即函数调用关系，服务器是操作的提供者，多个客户端可以调用同一个操作，但同一个客户端不能调用多个操作。客户端-服务器接口定义了一系列操作 （Operation），即函数，它（们）由引用该接口的供型端口所在的软件组（服务器）件来实现，并提供给引用该接口的需型端口所在的软件组件调用。如下图所示，该客户端-服务器接口CS_Interface中定义了两个操作OP_1 与OP_2，对于每一个操作需要定义相关参数及其方向，即函数的形参，需要注意的是，每个端口只能引用一种接口类型，并且引用相同端 口接口类型的端口才可以进行交互。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

        2.4 软件组件的内部行为

        软件组件的内部行为（Internal Behaviour，IB）如图：

        ​​​​​​​        ​​​​​​​                                

        2.4.1 运行实体（Runnable Entity，RE）

        运行实体（Runnable Entity，RE）是一段可执行的代码，其封装了 一些算法。一个软件组件可以包含一个或者多个运行实体。

        2.4.2 运行实体的RTE事件（RTE Event）

        每个运行实体都会被赋予一个RTE事件（Trigger Event），即RTE 事件（RTE Event），这个事件可以引发这个运行实体的执行。对于 RTE事件可以细分为很多种类，较常用的RTE事件有以下几种：

                周期性（Periodic）事件，即Timing Event；

                数据接收事件（Data-received Event）；

                客户端调用服务器事件（Server-call Event）。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

        2.4.3 运行实体与所属软件组件的端口访问（Port Access）

        Port Access是和端口所引用的端口接口类型密切相关。

        对于S/R通信模式，分为显示（Explicit）和隐式（Implicit）两种模式。

                若运行实体采用显示模式的S/R通信方式，数据读写是即时的；

                当多个运行实体需要读取相同的数据时，若能在运行实体运行之前先把数据读到缓存中，在运行实体运行结束后再把数据写出去，则可以改善运行效率，这就是隐式模式。

        显示模式与隐式模式的对比下图所示，可见后者的实现方式中，会在运行实体被调用之前读数据，在运行结束后写数据。

        ​​​​​​​        

        对于C/S通信模式，可分为同步（Synchronous）和异步 （Asynchronous）两种模式，它们的对比如下图所示。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

        2.4.4 运行实体间变量（Inter Runnable Variable，IRV）。

        运行实体间变量（Inter Runnable Variable，IRV）即两个运行实体之间交互的变量。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

=>>总目录<<=