【正文】 AUTOSAR技術(shù)分析報告（科銀京成：王瑜、余鵬、曾英哲、魯陽、楊寶澤）1． AUTOSAR簡介汽車電子領(lǐng)域的軟件主要屬于嵌入式軟件。因此，其發(fā)展階段類似于其他嵌入式系統(tǒng)的軟件發(fā)展。由于受限于嵌入式硬件本身資源的匱乏，各種硬件產(chǎn)品的種類繁多和各自差異，以及整體嵌入式系統(tǒng)軟件的逐步發(fā)展，起初的軟件設(shè)計開發(fā)主要是封閉式的。這樣有助于開發(fā)針對于特定硬件體，充分優(yōu)化利用資源而特定設(shè)計的軟件系統(tǒng)。這樣的軟件系統(tǒng)，是針對于特定硬件和特定應(yīng)用而設(shè)計，其對于硬件資源的充分應(yīng)用，以及軟件本身的執(zhí)行效率無疑是非常高。然而，隨著硬件本身的逐步發(fā)展，其可用資源已經(jīng)十分充分。另一方面，汽車電子領(lǐng)域應(yīng)用需求也日趨復(fù)雜，軟件本身也變得越來越復(fù)雜。因此，無論汽車廠還是部件商都感到軟件的標(biāo)準(zhǔn)化問題。軟件的可管理性，可重復(fù)使用性，可裁減性，以及質(zhì)量保證等等問題被提上了議程。AUTOSAR 的提出正是基于以上一些軟件發(fā)展的要求，由幾大主要汽車廠商以及部件提供商聯(lián)合提出的，其中包括BWM, DaimlerChrysler, Ford Motor, PSA Peugeot, Toyota Motor, Volkswagen AG, Bosch, Continetal, Siemens VDO等。AUTOSAR是針對特定的汽車電子這一領(lǐng)域，提出的一套開放式軟件結(jié)構(gòu)。其主體思想是使得軟件設(shè)計開發(fā)更易于管理，軟件系統(tǒng)更易于移植、裁剪，以及更好的維護性和質(zhì)量保證。AUTOSAR組織所提出的目標(biāo)以及它所關(guān)注的功能領(lǐng)域在下表中列出：項目目標(biāo)功能領(lǐng)域解決汽車的可用性和安全性需求保持汽車電子系統(tǒng)一定的冗余可以移植到不同汽車的不同平臺上實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的基本系統(tǒng)功能作為汽車供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊通過網(wǎng)絡(luò)共享軟件功能集成多個開發(fā)商提供的軟件模塊在產(chǎn)品生命周期內(nèi)更好的進行軟件維護更充分的利用“貨價產(chǎn)品”在車輛整個生命周期中進行軟件更新與升級 為了實現(xiàn)上述的項目目標(biāo)，針對在汽車電子行業(yè)中面臨的一些挑戰(zhàn)，AUTOSAR所采用的解決方案及其好處可以概述如下：挑戰(zhàn)解決方法好處不成熟的過程，因為adhoc模式/缺少對功能需要的追蹤能力。缺少兼容的工具（供應(yīng)商、OEM）標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范交換格式對規(guī)范的改進（格式、內(nèi)容）提供無縫的工具鏈。浪費在實現(xiàn)和優(yōu)化組件上的努力，而顧客并不承認(rèn)這些努力的價值。基礎(chǔ)軟件核軟件質(zhì)量的加強。將工作集中在有價值的功能上。微控制器模型缺乏可用性，很難適應(yīng)現(xiàn)有軟件。（由新功能引起的）微控制器性能的擴展需求所導(dǎo)致的升級需要（如重新設(shè)計）。微控制器抽象微控制器能在不需要改變更高軟件層的情況下調(diào)換。重定位ECU之間的功能時需要做大量的工作。功能重用時也需要做大量的工作。運行時環(huán)境(RTE)功能封裝導(dǎo)致的通信技術(shù)的獨立性。通過標(biāo)準(zhǔn)化機制，使得通信更加簡單。使功能分區(qū)和功能重定位變得可能。非競爭性功能必須適應(yīng)OEM的特定環(huán)境。因為需要從其它組件供應(yīng)接口需要很多功夫，所以哪怕是很微小的革新，也需要做很多工作?；A(chǔ)軟件和模型生成的代碼間缺少清晰的接口。接口標(biāo)準(zhǔn)化減少/避免OEM和供應(yīng)商之間的接口。通過使用通用接口目錄，使獨立于軟件功能的硬件實現(xiàn)所耗費的工作量。簡化模型驅(qū)動的開發(fā)，允許使用標(biāo)準(zhǔn)化的AUTOSAR代碼生成工具。OEM間的模型的可重用性。不同供應(yīng)商之間模塊的可交換性。2． AUTOSAR軟件結(jié)構(gòu) AUTOSAR軟件的組成與分層AUTOSAR的軟件組件可以用下圖來表示： 對于上圖所示的一些組件，可以根據(jù)功能及相互關(guān)系對其進行分層，如下圖所示： 微控制器抽象層這一層是基礎(chǔ)軟件中的最低一層。它包含驅(qū)動，這些驅(qū)動是軟件模塊，用來對μC內(nèi)部設(shè)備和映射了μC外部設(shè)備的內(nèi)存進行訪問。 ECU抽象層這一層與微控制器抽象層進行對接。它也包含了外部設(shè)備的驅(qū)動。它為訪問外設(shè)提供了API，不管這些外設(shè)的位置(μC內(nèi)部或外部)，也不管它們與μC的連接(端口針腳，接口類型)。 服務(wù)層這層是基礎(chǔ)軟件中的最高層，而且它與應(yīng)用軟件之間有關(guān)聯(lián)：當(dāng)對I/O信號的訪問包含ECU抽象層中時，服務(wù)層提供：l 操作系統(tǒng)功能l 車輛網(wǎng)絡(luò)通信及管理服務(wù)l 存儲管理（NVRAM管理）l 診斷服務(wù)（包括UDS通信及錯誤內(nèi)存）l ECU狀態(tài)管理 RTE運行時環(huán)境RTE是AUTOSAR ECU體系結(jié)構(gòu)的核心組成部分。RTE是AUTOSAR虛擬功能總線（Virtual Function Bus，VFB）的接口（針對某個特定ECU）的實現(xiàn)，因此，它為應(yīng)用程序軟件組件之間的通信提供了基本的服務(wù)，同時也便于訪問包含OS的基本軟件組件。應(yīng)用程序軟件組件包含獨立于CPU和所處位置的系統(tǒng)軟件。這就意味著，為了滿足系統(tǒng)設(shè)計者所做的一些限制，應(yīng)用程序組件能夠在系統(tǒng)配置期間被映射到任何有效的ECU上。RTE負(fù)責(zé)確保這些組件能夠通信。RTE和OS,AUTOSAR COM和其他的基礎(chǔ)軟件模塊（BSW）是VFB（Virtual Functional Bus）概念的實現(xiàn)。RTE實現(xiàn)了AUTOSAR VFB的接口，從而實現(xiàn)了AUTOSAR軟件組件之間的通信。RTE是AUTOSAR ECU體系的核心,它提供了在AUTOSAR軟件組件間通信的基礎(chǔ)服務(wù)，扮演了一些方法，通過這些方法AUROSAR軟件組件能訪問包括OS和通信服務(wù)在內(nèi)基礎(chǔ)軟件模塊的。 系統(tǒng)服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)是一組可以由所有層次模塊使用的模塊和功能。例如實時操作系統(tǒng)、錯誤管理器和庫功能。為應(yīng)用和基本軟件模塊提供基本服務(wù)。它包含下圖所示功能： AUTOSAR OSAUTOSAR OS為實時應(yīng)用提供了所有基本服務(wù)，即中斷處理、調(diào)度、系統(tǒng)時間和時鐘同步、本地消息處理，以及錯誤檢測機制。所有服務(wù)都隱藏在良好定義的API之后。應(yīng)用與OS和通信層的連接只通過API。AUTOSAR OS的基本特征包括： 靜態(tài)配置 能夠推斷實時系統(tǒng)性能 提供基于優(yōu)先級的調(diào)度策略 提供運行時保護功能（存儲、計時等） 可宿主在低端控制器上，并且不需要其他資源它包含以下幾個方面： 實時操作系統(tǒng)在嵌入式汽車ECU中的實時操作系統(tǒng)構(gòu)成軟件動態(tài)行為的基礎(chǔ)。它管理任務(wù)和事件的調(diào)度，不同任務(wù)間的數(shù)據(jù)流，并且提供監(jiān)控和錯誤處理功能。但是，在汽車系統(tǒng)中，對操作系統(tǒng)的需求集中在特定領(lǐng)域。所使用的操作系統(tǒng)必須高效運行并且所占存儲空間小。在多媒體和遠程信息處理應(yīng)用中，操作系統(tǒng)提供的特征集以及可用計算資源有很大不同。在純粹的任務(wù)管理之上，OS中還包含了復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理（例如，流、快速文件系統(tǒng)等）、存儲管理甚至圖形用戶接口。汽車OS的典型領(lǐng)域涵蓋了調(diào)度和同步的核心特征。在AUTOSAR中，上面討論的附加特征在OS的范圍之外，（例如SPAL）涵蓋了這些特征。在AUTOSAR的體系結(jié)構(gòu)約束之下不可能把其他OS（例如，QNX、VxWorks和Windows CE等）的特征集合集成到整體的OS/通信/驅(qū)動結(jié)構(gòu)中。因此，AUTOSAR OS只考慮核心特征。 核心操作系統(tǒng)OSEK/VDK操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，并且已經(jīng)證明了可以在現(xiàn)代車輛的所有ECU類型中使用。OSEK OS引入的概念被廣泛地理解，汽車工業(yè)領(lǐng)域在設(shè)計基于OSEK OS的系統(tǒng)方面有多年的經(jīng)驗。OSEK OS是一個事件觸發(fā)的操作系統(tǒng)。這為基于AUTOSAR的系統(tǒng)的設(shè)計和維護提供了高度的靈活性。事件觸發(fā)使得可以自由地選擇在運行時驅(qū)動調(diào)度的事件，例如角反轉(zhuǎn)、局部時間源、全局時間源、錯誤出現(xiàn)等等。由于這些原因，AUTOSAR OS的核心功能必須基于OSEK OS。OSEK OS特別提供了以下特性以支持AUTOSAR：? 固定的基于優(yōu)先級調(diào)度? 處理中斷的功能? 只有中斷有高于任務(wù)的優(yōu)先級? 一些防止錯誤使用OS服務(wù)的保護措施? StartOS()和StartupHook啟動接口? ShutdownOS()和ShutdownHook關(guān)閉接口AUTOSAR OS基于OSEK OS意味著應(yīng)用程序是向后兼容的。為OSEK OS編寫的應(yīng)用程序可以在AUTOSAR OS上運行。但是，使用AUTOSAR OS引入的一些新特性需要對已存在的OSEK OS特性的使用有所限制。例如：為定時器回調(diào)實現(xiàn)定時和內(nèi)存保護效率就會很低。此外，AUTOSAR OS擴展了一些已存在的特性，例如直接通過定時器驅(qū)動計數(shù)器。AUTOSAR OS提供的API向后兼容于OSEK OS的API。新的需求作為功能擴展來集成。AUTOSAR OS對OSEK OS擴展的API如下表：服務(wù)名語法GetApplicationIDApplicationType GetApplicationID (void)GetISRIDISRType GetISRID (void)CallTrustedFunctionStatusType CallTrustedFunction(TrustedFunctionIndexType FunctionIndex,TrustedFunctionParameterRefType FunctionParams)CheckISRMemoryAccessAccessType CheckISRMemoryAccess(ISRType ISRID,MemoryStartAddressType Address,MemorySizeType Size)CheckTaskMemoryAccessAccessType CheckTaskMemoryAccess(TaskType TaskID,MemoryStartAddressType Address,MemorySizeType Size)CheckObjectAccessObjectAccessType CheckObjectAccess(ApplicationType ApplID,ObjectTypeType ObjectType,…)CheckObjectOwnershipApplicationType CheckObjectOwnership(ObjectTypeType ObjectType,…)StartScheduleTableRelStatusType StartScheduleTableRel(ScheduleTableType ScheduleTableID,TickType Offset)StartScheduleTableAbsStatusType StartScheduleTableAbs(ScheduleTableType ScheduleTableID,TickType Tickvalue)StopScheduleTableStatusType StopScheduleTable(ScheduleTableType ScheduleTableID)NextScheduleTableStatusType NextScheduleTable(ScheduleTableType ScheduleTableID_current,ScheduleTableType ScheduleTableID_next)IncrementCounterStatusType IncrementCounter(CounterType CounterID)SyncScheduleTableStatusType SyncScheduleTable(ScheduleTableType SchedTableID,GlobalTimeTickType GlobalTime)SetScheduleTableAsyncStatusType SetScheduleTableAsync(ScheduleTableType ScheduleID)GetScheduleTableStatusStatusType GetScheduleTableStatus(ScheduleTableType ScheduleID,ScheduleTableSt