什么是AUTOSAR：架構及其應用

在汽車系統中，電子或電氣的復雜性正在增加。在現代車輛中，它們有 100 多個發動機控制單元，稱為 ECU。每個 ECU 都包含許多功能，一旦更改了處理器等硬件，就必須從頭開始頻繁地重新表述這些功能。對于汽車來說，借助其硬件使應用軟件獨立非常重要。為了實現這一目標，在 AUTOSAR 中執行基本功能，以創建和設置用于汽車發動機控制單元的開放式軟件架構。

AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture 的縮寫，即汽車開放系統架構）由全球的汽車制造商、供應商以及電子、半導體和軟件行業的其他公司聯合建立。AUTOSAR 標準旨在實現軟件標準化、重用和互操作性。

Autosar 簡介

AUTOSAR 由不同的汽車制造公司于 2003 年開發，如寶馬、大陸集團、戴姆勒-奔馳、羅伯特博世有限公司、西門子 VDO，旨在為汽車中的電氣和電子設備建立開放的行業標準架構。同年 11 月，福特等著名汽車公司以核心合伙人的身份加入。在十二月份，豐田汽車公司和PSA集團加入。2008 年 2 月，在通過大陸集團收購西門子 VDO 公司后，它不再是 AUTOSAR 的自主核心合作伙伴。

2003 年，AUTOSAR 為汽車行業發布了四大軟件架構。AUTOSAR 工作可分為 3 個階段。在 2004 年至 06 年的第一階段，完成了基礎開發，在 2007 年至 09 年的第二階段;基本發展在架構和方法論方面得到了擴展。在 2010 年至 13 年的第 3 階段中，可以進行保護和首選改進。自適應平臺的工作已于2016年開始，主要的開發行動最終在Classic， Adaptive & Foundation of AUTOSAR的聯合版本中發布。

AUTOSAR 代表“汽車開放系統架構”。它是標準化的開放式汽車軟件架構。這種架構支持車輛的應用軟件和基本功能內的接口。還有助于為所有 AUTOSAR 員工建立熟悉的發動機控制系統軟件架構。

AUTOSAR用于為會員提供內在的優勢，以處理車輛中更復雜的電氣和電子系統，如簡單的集成，在復雜的發動機控制（ECU）網絡中切換功能，以及控制整個產品的生命周期。

這種汽車軟件架構是由不同的汽車制造商、工具開發商和供應商聯合開發的。該平臺將增強汽車行業車輛的功能，而不會打擾現有模型。

汽車發動機控制單元包括以下功能

• 與執行器和傳感器等硬件的強大接口

• 與車輛內的總線系統接口

• 包括 16/32 位微控制器

• 內部或外部閃存

• 實時系統

Autosar 架構示例

AUTOSAR 層架構將軟件細分為五層。首先，我們觀察到一個基于 OSI 但特征層模型解釋了 AUTOSAR 軟件的分層排列。因此，它細分為三個部分，如基礎軟件、運行環境和應用層。在每一層中，某些軟件模塊被抽象出來，這些層通過接口進行通信。

AUTOSAR 架構

AUTOSAR 架構的不同層在微控制器上運行，如應用層、RTE（運行時環境）、服務層和 BSW（基礎軟件）等。每一層都包含預定義的軟件模塊和服務，使應用軟件獨立于發動機控制單元。

應用層

AUTOSAR 架構的第一層是支持實現自定義功能的應用層。它包括軟件組件以及幾個應用程序，用于根據說明執行確切的任務。

該層包括三個組件，如應用軟件、軟件端口和端口接口。對于這些組件，該架構可確保應用程序層內的標準化接口。該層的軟件組件將有助于生成簡單的應用程序，以支持車輛功能。

這些組件之間的交互可以通過具有虛擬 Function Bus 的確切端口來允許。這些端口將促進AUTOSAR的BSW和軟件組件之間的交互。
這是 AUTOSAR 架構的概述，它支持實時供應和安全約束。根據MCU，標準平臺支持不同的應用，如安全和網絡，允許車輛的發動機控制單元接觸車輛的傳感器和執行器。

RTE（運行時環境）

RTE是一個中間件層，為AUTOSAR的軟件組件提供通信服務，應用程序包括AUTOSAR傳感器或執行器部件。這樣做的主要目的是使軟件組件獨立，以便映射到精確的發動機控制系統。

RTE 的主要功能包括以下內容。

• 它特定于發動機控制系統和應用。

• 它為每個發動機控制單元生成。

• 它的界面完全獨立于發動機控制單元。

服務層

這是提供不同功能的主要軟件層，如下所示。

• 操作系統

• 內存服務

• 車輛網絡通信

• 發動機控制單元的狀態管理

• 問題解決服務

該層為不同的應用程序提供基礎軟件模塊和服務。

服務層的主要功能包括以下內容。

• 專用于 MCU（微控制器單元）和 ECU 硬件的一個元素

• 其接口獨立于 ECU 和 MCU

BSW （基礎軟件）

基礎軟件層包括三層，即

• ECU 抽象層

• 復雜驅動程序

• MCAL （微控制器抽象層）

ECU 抽象層

• 與微控制器抽象層和外部設備驅動程序的接口主要為位于 MCU 內部或外部的設備提供訪問權。

• 應用程序編程接口用于與 MCU 連接。

• 該層的主要目的是創建一個獨立于發動機控制單元硬件布局的更高軟件層。

ECU 抽象層的主要功能包括以下內容。

• 安裝可能取決于 ECU 的硬件，而獨立于 MCU

• 高階接口可以獨立用于MCU和ECU硬件單元

復雜驅動程序

這些層用于其他層上不可用的多面函數。該層可以直接訪問 MCU。主要示例是電氣值控制、注射控制、位置增加檢測等。

主要目的是實現作復合傳感器和執行器所需的特定功能和定時必需品。

復雜驅動程序的主要功能包括以下內容。

• 安裝非常依賴于 ECU、MCU 等。

• 高階接口可以基于 AUTOSAR 的接口進行安裝和標準化

MCAL （微控制器抽象層）

這個軟件模塊可以直接通過片上MCU外設和外部設備進行訪問，這些設備與內存映射。主要目的是創建一個獨立于 MCU 的更高軟件層。

MCAL 的主要特點包括以下內容。

• 安裝取決于 MCU

• 高階接口不依賴于 MCU。

  
  

AUTOSAR 自適應平臺

AUTOSAR Adaptive Platform 實現了 AUTOSAR Runtime for Adaptive Applications （ARA）。有兩種類型的接口可用：服務和 API。該平臺由按服務和 AUTOSAR Adaptive Platform Base 分組的功能集群組成。

功能集群...

• 組裝 Adaptive Platform 的功能

• 定義需求規范的聚類

• 從應用程序和網絡的角度描述 Software Platform 的行為

• 但是，不要限制實現 Adaptive Platform 的架構的最終 SW 設計。

AUTOSAR Adaptive Platform Basis 中的功能集群必須每臺（虛擬）機器至少有一個實例，而服務可以分布在車內網絡中。

與 AUTOSAR Classic Platform 相比，Adaptive Platform 的 AUTOSAR 運行時環境在運行時動態鏈接服務和客戶端。

AUTOSAR 自適應版本 R24-11

AUTOSAR 擴展了現有的 Methodology，以便能夠為兩者提供通用的方法：Classic Platform 和 Adaptive Platform。對功能應用程序的分布式、獨立和敏捷開發的支持需要開發方法的標準化方法。AUTOSAR 自適應方法涉及工作產品及其各自任務的標準化。工作產品描述諸如服務、應用程序、計算機及其配置之類的工件。相應的任務定義了工作產品如何為基于 adaptive 平臺開發產品所需的活動交換設計信息。

AUTOSAR 的目標

AUTOSAR 的主要目標包括以下內容。

• 激活冗余

• 從一個 ECU 到另一個 ECU 的功能可以在網絡內完成

• 在整個產品生命周期內保持可維護性

• 整合來自眾多供應商的功能模塊

• 提高了 COTS 硬件的利用率。

• 汽車生命周期內的軟件更新。

• 可擴展到各種汽車

• 實現基本功能，如全行業典型核心解決方案

• 安全要求

AUTOSAR 的優缺點

AUTOSAR 的優勢包括以下內容。

• 可以在不同的公司之間共享軟件

• 軟件組件的可重用性

• 基本軟件架構是分層的。

• 接口的一致性

• 互作性

• 軟件代碼可以重復使用。

• 設計靈活性更強

• 將降低成本和開發時間

• 可以在功能開發中提高效率

• 透明度和獨特的界面將允許新的商業模式。

AUTOSAR 的缺點包括以下內容。

• 復雜性

• 初始投資

• 學習曲線

AUTOSAR 的應用

Autosar 架構的應用包括以下內容。

• 信息娛樂系統

• LIDAR 和 RADAR 等傳感器

• 預測性維護

• 電氣化

• 帶攝像頭的 ADAS 功能

• V2X 版本

• 地圖更新

• 汽車應用程序
  

AUTOSAR 標準提供兩個平臺來支持當前和將來幾代汽車電子控制單元 (ECU)：

• AUTOSAR Classic 平臺 - 此平臺支持傳統的內部應用，如動力總成系統、底盤、車身和內部電子設備。

• AUTOSAR Adaptive 平臺 - 此平臺支持基于服務的應用，如自動駕駛、車聯網、空口軟件更新 (OTA) 以及物聯網 (IoT) 中的車輛。

AUTOSAR Classic、AUTOSAR Adaptive 和非 AUTOSAR ECU 可以在同一輛車內互操作。

AUTOSAR 平臺

AUTOSAR 基于軟件架構，分為兩個平臺：AUTOSAR Classic 平臺和 AUTOSAR Adaptive 平臺。AUTOSAR Classic 平臺是一款面向具有嚴格實時性和安全性約束的嵌入式系統的解決方案。AUTOSAR Adaptive 平臺是一款面向高性能計算 ECU 的解決方案，用于構建自動駕駛等故障操作系統。

AUTOSAR Classic 平臺架構有三層：

• 應用軟件 - 在稱為軟件組件的自包含單元中提供應用實現。構建軟件組件時會生成符合平臺要求的 AUTOSAR XML 描述和 C 代碼實現模塊。

• 運行時環境 (RTE) - 提供應用軟件和基本軟件之間的通信。軟件組件專門通過 RTE 與其他組件和/或基本軟件模塊通信，這使得軟件組件可獨立于任何特定的 ECU 和其他軟件組件。

• 基本軟件 (BSW) - 提供 ECU 抽象、微控制器抽象和服務，包括內存和診斷。

AUTOSAR Adaptive 平臺架構具有與 AUTOSAR Classic 平臺類似的層，但它是面向服務的架構 (SOA)，旨在為處理高度計算密集型應用奠定基礎。Adaptive 平臺支持 POSIX 操作系統。