搞一下CP AUTOSAR 入门 | 02 CP AUTOSAR 基础模块功能描述

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前言

在上一篇介绍了CP AUTOSAR的分层结构，对于多数使用AUTOSAR架构开发汽车电子软件的工程师而言，主要关注的还是如何将AUTOSAR架构应用到具体的项目中，多数公司都是直接采用AUTOSAR开发工具链进行开发，主流的如Vector的Davinci工具链、ETAS的ISOLAR工具链以及EB等。

在AUTOSAR分层架构中，APP部分在特定的工具链的架构设计和实现相对比较简短，主要是建立SWC、SWC之间交互的接口、映射CAN信号、建立周期触发的函数、建立Client-Server导向的接口函数等。但是从一个初识AUTOSAR架构或者工具链的工程师来说，对BSW层众多的模块可能一脸懵逼，自己刚开始接触AUTOSAR使用工具配置的时候也不例外。当时用Vector Davinci的工具链的时候对于AUTOSAR定义的基础模块功能基本一窍不通，那时候最想关心的还是BSW各个模块的功能是干什么的，后来在慢慢的开发学习中了解了各个模块的功能，因此这篇文章主要介绍下AUTOSAR基础模块的主要功能，达到对BSW各个模块熟悉的目的，以便在后续使用中更快的上手。

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下图展示的是AUTOSAR 4.2标准的主要功能块：

其中E2EPW 是E2E保护封装通过添加功能安全相关的信号，扩展了RTE的验证功能。在使用的时候要结合E2E的库来使用。

下面对每个功能块内部的模块做简述。

1、AUTOSAR RTE模块概述

RTE
RTE实现虚拟总线的功能和SWC的执行，并确保了SWC之间以及SWC和基础软件间数据访问的一致性。同时集成SCHM实现了基础软件功能函数的执行。RTE还可以支持分区界限（多核/可信任/不可信任）间的通信。此外，RTE还提供NVRAM数据和标定数据的简化访问方式。在与功能安全相关的ECU中，RTE是一个与功能安全相关的模块。

SCHM
SCHM模块集成在RTE内，调用每个BSW模块的主函数，并给临界区提供相关的函数。对于通过分区和内核边界的BSW分配（主卫星概念），SCHM可以提供和RTE模块基本相同的通信接口。

2、AUTOSAR OS模块概述
AUTOSAR ECU中的OS是基于OSEK操作系统而扩展的。所有扩展功能被分配到不同的操作系统扩展类型中，采用SC1-SC4表示，其中，SC1表示只使用调度表功能；SC2包含了调度表和时间保护；SC3包含了内存保护和调度表；SC4包含了调度表/时间保护和内存保护。同时操作系统也可以支持多核处理器。


3、AUTOSAR SYS模块概述
AUTOSAR中SYS模块主要提供系统相关的服务，主要模块如下:

具体的模块功能如下：

BSWM
包含了车辆的模式管理和应用模式管理，处理来自于SWC模块和其他BSW模块的模式请求，同时根据模式请求的仲裁结果，执行模式转换或具体的行为等。同时BSWM可以与ECUM模块关联，控制ECU的启动和关闭，BSWM模块还可以协调多核系统的不同分区。

COMM
COMM模块根据应用程序的通信需求协调不同网络以及局部网络间的通信。对通信具有使能和禁用控制。

CSM
CSM模块提供接口用于SWC访问基础加密函数。个别加密算法在CRY模块通过软件或者硬件实现。

DBG
调试模块使得外部访问可以获得基础软件的内部信息，也用于修改内存数据。

DET
DET模块用于支持在软件开发过程中的错误调试。它提供了一个错误提示接口，这一接口会在错误发生的时候被对应的BSW模块调用。

DLT
DLT模块是诊断Log和Trace的简称，主要用于记录DET、DEM、SWS等的日志信息以及跟踪信息。Dlt模块通过内部的API可以在通信总线传输该数据，以使该信息在 ECU 外部可见。


ECUM
ECU状态管理负责ECU的启动和关闭，同时还管理ECU的唤醒机制。支持Fixed和Flex两个版本的配置。Fixed的配置ECUM管理一些预定义好的运行状态。通过Flex的配置可以在BSWM中定义运行的状态，实现特殊的节能状态和多种启动类型。多核系统中，ECUM还可以协调管理不同的内核。

STBM
同步时基管理可以确保时间的同步，从AUTOSAR 4.2开始，由时间主站提供的时间基准可以通过总线系统实现不同ECU之间的同步。

TM
TM模块用于测试函数运行时间和实现动态等待功能，可以提供从1微秒到4.9天的精度。

WDGM
看门狗管理模块监测ECU应用程序的可靠性和功能安全。包含对SWC和BSW正确执行的监测以及在需要的时间区间触发看门狗。WDGM模块还可以对多个升级阶段中潜在的错误行为进行反应。根据ISO26262标准，该模块有一个重要的安全相关的功能，即对关键任务正确执行顺序监测（逻辑监测）。对于功能安全相关的ECU，WDGM模块必须遵循ISO26262标准进行开发。

WDGIF
该模块为访问看门狗驱动（WDG）提供统一的服务，包括看门狗模式切换和启动。对于功能安全相关的ECU，WDGIF模块必须遵循ISO26262标准进行开发。
 

4、AUTOSAR DIAG服务模块概述
AUTOSAR中DIAG模块主要提供诊断相关的服务，主要模块如下：

具体的模块功能如下所示：

DCM
DCM实现的是ISO14229-1:2006（UDS）通信诊断协议，一些诊断请求（会话状态管理/错误码读取/重启ECU等）在DCM中直接被处理，另外一些诊断请求（读取和控制数据ID中的数据元素/程序执行等）会通过Port接口路由到SWC进行处理。OBDII/SAEJ1979排放法规需求也在该模块实现。

DEM
DEM模块用于故障内存管理。用于诊断监测的标准接口实现了独立于制造商的SWC的统一开发。负责管理故障诊断码的状态、环境数据和将数据保存到非易失内存中。也支持OBDII/SAEJ1979排放法规需求。

J1939DCM
该模块实现了符合SAEJ1939-73协议的诊断报文，例如读取错误内存。

FIM
基于DEM模块所管理的有效错误，FIM可以关闭SWC相关的功能。

5、AUTOSAR标定服务模块概述

XCP

XCP是一种上位机（PC工具）和下位机（ECU）之间的通信协议。它由ASAM组织提供规范，主要用于测量/标定/刷写和测试ECU。XCP支持的总线协议包括CAN（CanXcp）/FleyRay（FrXcp）/Ethernet（EthXcp）和LIN（LinXcp）。

6、AUTOSAR MEM服务模块概述

AUTOSAR中MEM模块主要提供内存操作相关的服务，主要模块如下：

具体的模块功能如下：

NVM
NVM模块负责管理和从非易失性内存中读取数据。在系统启动和关闭阶段，同步应用程序RAM区的数据。此模块还提供其他服务，例如用于上层数据保护的冗余数据单元。同时，RTE提供了简单灵活和接口（NvDataInterface）用于非易失内存的数据处理。

MEMIF
该模块提供了访问EA和FEE的标准接口，这样可以复合使用FEE和EA模块。

EA
EA模块式利用EEPROM的驱动实现独立于硬件的访问EEPROM的数据接口。此外，对于读写和擦除数据，EA模块会将写访问分摊到不同的EEPROM区域，这样所有的EPROM单元都会被实现，增加EEPROM的寿命。

EEP
EEP模块提供了独立于硬件访问EEPROM内存的机制，提供了读写和比较数据的服务。

FEE
FEE模块提供了独立于硬件的接口，用于访问flash数据，直接访问flash驱动。除了负责读写和擦除flash数据，FEE还负责分散flash内存的使用，延长flash的寿命。


7、AUTOSAR COMMUNICATION服务模块概述
AUTOSAR中COMMUNICATION模块主要提供通信相关的服务，主要模块如下：

具体的模块功能如下：


COM
COM模块给RTE提供了面向数据的信号接口。发送时，负责将信号放到特定报文的特定位置，并按照特定的报文发送方式将数据发送；接收时，直接将特定的PDU的特定位置的信号数据发送给SWC。该模块包含了对数据接收的监控机制，对数据发送的控制机制。

LDCOM
LDCOM模块负责优化大数据信号的路由，可以避免一些不必要的数据Copy。LDCOM模块常与SOMEIP/XF共同使用，用于数据序列化的转换。

IPDUM
该模块处理负责不同数据内容的PDU的复用。

NM
该模块提供了独立于总线方式的通用接口，访问具体的网络管理模块（CANNM/LINNM/FRNM/UDPNM)。此外，这一模块还负责同步不同网络上的ECU之间的通信系统关闭工作。

PDUR
PDU路由模块负责在总线系统和不同BSW模块之间分发通信包（PDU）。此外，该模块还负责不同总线间的PDU和TP-PDU的路由工作。

COMXF
该模块可以对RTE和COM模块的相互作用进行优化，实现对数据序列化和反序列化的操作。

SOMEIPXF
SOME/IP模块是一个远程进程调用和序列化协议，用于从其它ECU中调用服务，这些服务是通过SD模块事先从系统中获知。

E2EXF
通过E2ETransfer模块可以在RTE接口中，根据ISO26262标准，集成安全相关的信号的保护。相比于E2EPW，该模块使用了RTE标准的接口。

SECOC
SECOC模块可以用来发送和接收认证信息。那些未经认可的/重复的或被操作的信息可以被检测到。该模块是AUTOSAR加密方案的一部分。

8、AUTOSAR COMMUNICATION抽象层模块概述
AUTOSAR中COMMUNICATION抽象模块主要对底层的通信驱动模块定义协议栈，主要模块如下：
 

具体的模块功能如下：


J1939TP
J1939Tp模块实现了SAEJ1939标准中的两种数据传输方式BAM和CMDT。

J1939NM
J1939支持网络中在线增加ECU。J1939NM不同于其他负责总线唤醒和休眠的NM模块，它负责处理特定ECU的地址。

J1939RM
J1939RM实现了SAEJ1939协议中的通信请求处理获得请求数据的机制。

CANTP
CANTP实现了ISO15765-2标准的协议。作为CAN传输协议，CANTP负责数据的拆分和合并，同时对监控传输过程中的数据流。

CANNM
CAN网络管理模块负责实现AUTOSAR网络管理的功能，协调CAN网络的唤醒和休眠的状态切换。

CANSM
CAN状态管理模块负责CAN通信的状态管理，与COMM/CANNM/NM等协调管理CAN的通信状态切换，同时处理CAN通信的错误。

CANTSYN
CANTSYN模块实现了CAN总线特定的时间同步协议，SWC需要同步时基管理模块（STBM）才能访问同步时基。

CANIF
为CAN模块提供基于PDU的抽象接口，用于访问CAN驱动器，对于不同功能的PDU在CANIF层实现PDU的区分，并关联到上层模块。同时还可以控制CAN驱动和CAN收发器的状态和模式。

TTCANIF
TTCAN接口为TTCAN控制器（ISO11898-4）提供和CANIF一样的功能。

CANTRCV
CANTRCV负责对控制芯片外的CAN的收发器运行，包含唤醒/休眠控制等。

LINNM
LINNM模块包含了独立于硬件的协议，协调处理LIN网络的普通运行模式和总线休眠模式的切换

LINSM
LIN状态管理模块负责切换COM模块中的调度表和PDU组，并根据休眠和唤醒状态调用LIN服务接口

LINIF
LIN接口提供对LIN硬件的抽象（基于PDU）的访问，它还负责处理调度表，同时包含了LIN传输协议（LINTP）。

LINTRCV
LIN收发器驱动负责监测和驱动LIN收发器的唤醒和休眠功能。

FRTP
FRTP是基于ISO1068-2标准的FlexRay总线传输协议

FRARTP
FRARTP是FlexRay总线的传输协议。它包含了基于ISO15765-2（—>CANTP）的与CAN总线兼容的数据帧.

FRNM
该模块负责FlexRay网络管理，同步总线切换到休眠状态

FRSM
FlexRay状态管理模块控制并检测FlexRay总线节点的唤醒/启动/状态切换等。

FRTSYN
FRTSYN模块实现了FlexRay特定的时间同步机制规则。SWC需要同步时基管理模块（STBM）才能访问同步时基。

FRIF
FlexRay接口提供对FlexRay硬件的抽象（基于PDU）的访问，此外，它还可以同步FlexRay的全局时钟。

FRTRCV
片外FlexRay收发器驱动，同时负责切换收发器的状态。

UDPNM
UDP网络管理同步切换以太网ECU到休眠模式。

SD
SD模块实现了一个ECU将自身可用的服务采用发布-订阅协议实现ECU之间的通信。此外，ECU还可以注册去接收自动提醒，例如通过信号更新。

DOIP
通过IP实现诊断的功能，包含了ISO13400-2标准的诊断功能。

SOAD
SOAD模块将AUTOSAR中定义的PDU通信转换成基于socket的通信。实现Socket和PDU数据之间的切换。

TCPIP
此模块包含了基于UDP和TCP协议通信的所有协议，支持IPv4和Ipv6。主要包含的协议IPv4/ICMPv4/ARP；IPv6/ICMPv6/NDP；UDP/TCP/DHCPv4/DHCPv6。

ETHSM
Ethernet状态管理为COMM提供抽象接口，用于启动和关闭Ethernet通信。ETHSM也可通过ETHIF访问Ethernet硬件

ETHTSYN
ETHTSYN模块实现了以太网特定的时间同步协议以及IEEE802.1AS相关的标准。SWC需要同步时基管理模块（STBM）才能访问同步时基。

ETHIF
Ethernet接口模块独立于Ethernet驱动和ETHTRCV D，区分具体的Ethernet数据，同时还负责对VLAN的管理

ETHSWT
ERHSWT模块为控制以太网交换机提供了统一的且与硬件无关的接口，在使用多个ECU的时候，ETHSWT可以协调它们的MAC学习。

ETHTRCV
THTRCV提供独立于硬件的统一接口，用于驱动不同的Ethernet收发器。可以根据外部使用的不同型号的收发器去配制该模块。


9、AUTOSAR IOHWABS模块概述

I/O硬件抽象模块代表的是RTE和ECU I/O通信间的连接。它封装了I/O驱动，例如对ADC/DIO/PWM/ICU/OCU等MCAl模块的操作，通过该模块使得SWC能够访问I/O的信号。



10、AUTOSAR IOHWABS模块概述
I/O硬件抽象模块代表的是RTE和ECU I/O通信间的连接。它封装了I/O驱动，例如对ADC/DIO/PWM/ICU/OCU等MCAl模块的操作，通过该模块使得SWC能够访问I/O的信号。



11、AUTOSAR Library模块概述

AUTOSAR中Library模块主要提供诊断相关的服务，主要模块如下:

具体的模块功能如下：

BFX
Bit field function for fixed point，对位处理的定点计算函数库。

CAL
Crypto Abstraction Library，CAL提供了SWC和其他BSW模块可以访问的基础加密算法，个别的加密算法是通过Cal模块在代码中实现的。

CRC
循环冗余校验库,计算CRC校验值。

EFX
定点值数学函数扩展库。

E2E
该库用于功能安全ECU根据ISO26262标准进行安全数据交换的保护。它负责计算校验码和提供报文计数。其中和E2E相关的还包括E2EPW和E2EXf两个主要模块。

IFL
浮点数插值函数库。

IFX
定点数插值函数库。

MFL
浮点值数学函数库。

MFX
定点值数学函数库。


12、AUTOSAR CDD模块概述
CDD是没有被AUTOSAR标准化的软件模块的统称，它可以访问BSW模块/RTE模块/MCAL驱动等。

13、AUTOSAR MCAL模块概述
AUTOSAR中MCAL模块主要提供诊断相关的服务，主要模块如下:

具体的模块功能如下：

MCU
MCU驱动提供了软件复位/选择微处理器的状态（停止/休眠/挂起等）/配置唤醒行为/管理内部PLL时钟/初始化RAM数据。

GPT
通用定时器驱动提供了访问片内定时器的接口，用于控制周期性和单一的事件。

WDG
该模块为控制和触发看门狗硬件提供服务。触发程序是由看门狗管理模块（WDGM）调用的。对于功能安全相关的ECU，WDG模块必须遵循ISO26262标准进行开发。

FLS
Flash驱动提供独立于硬件访问Flash内存的机制，提供用于读写/比较和擦除Flash的服务驱动。

CORETST
CORETST模块包含了配置和控制芯片测试功能。提供了一个用于扩展这些测试功能的框架，对于功能安全相关的代码，CORETST模块会监控ALU和寄存器等重要的单元。

FLSTST
Flash测试模块提供了测试非易失内存的算法，包括数据和程序Flash/SRAM/被保护的缓存。

RAMTST
该模块用于测试微处理器内部的RAM单元，在ECU启动和关闭阶段触发或者由诊断命令触发此项测试。在正常运行阶段，执行的是周期测试。

CAN
CAN驱动用于访问芯片的CAN控制器，负责对CAN报文数据接收和发送/CAN控制状态和模式的切换。

ETH
Ethernet驱动抽象对于Ethernet硬件的访问，发送和接收数据，并且切换控制器状态。

FR
FlexRay驱动抽象访问FlexRay硬件，发送和接收数据，切换控制器状态等

LIN
LIN驱动提供了初始化报文发送（报头/响应/休眠模式/唤醒）的服务，同时还负责接收响应，检查当前状态的验证和唤醒事件。

SPI
SPI 驱动负责处理SPI端口的数据交换，主要用于MCU与外部硬件（外部EEPROM/外部看门狗等）的数据交换。

TTCAN
TTCAN驱动为TTCAN控制器（ISO11898-4）提供和CAN驱动一样的功能。

PORT
该模块负责处理微处理器中的所有Port的初始化工作。

DIO
数字输入输出驱动提供了访问DIO通道/DIO通道和DIO通道组的读写操作。

ADC
ADC驱动用于抽象访问芯片内部的ADC模块，控制ADC模块相关的转换，对于每一个ADC转换通道，转换的精度/触发源/结果处理等都是可以配置的。

ICU
ICU驱动提供了边沿检测/周期性信号测量/边沿时间戳分配和唤醒诊断控制功能。

PWM
PWM驱动提供了初始化和控制微处理器中的PWM通道服务。

OCU
OCU驱动提供输出比较单元的初始化函数和访问接口。

以上就是本人对CP AUTOSAR基础模块功能简单的描述，欢迎大家一起交流学习，如果有不合理的地方也请大家指正，愿和大家一起学习进步，一步步做好汽车电子软件开发。