基于AUTOSAR架构的基础与实战

AUTOSAR架构概述

AUTOSAR分层架构

• AUTOSAR架构概述
• 前言
• 1.1 微控制器抽象层（MCAL）
• 1.2 ECU抽象层
• 1.3 服务层
• 1.4 复杂驱动器（Complex Drivers）
• 1.5 运行时环境（RTE）
• 1.6 应用层
• 总结

前言

AUTOSAR的分层架构设计旨在提高汽车电子系统的模块化、可重用性和可扩展性。它将复杂的软件系统分解为多个层次和模块，每一层次和模块都有特定的职责和接口标准。这种架构使得开发过程更加系统化和高效。AUTOSAR的分层架构主要包括以下几个层次：

1.微控制器抽象层（Microcontroller Abstraction Layer, MCAL）
2.ECU抽象层（ECU Abstraction Layer）
3.服务层（Service Layer）
4.复杂驱动器（Complex Drivers）
5.运行时环境（Runtime Environment, RTE）
6.应用层（Application Layer）

其中大致分为三层架构：应用层、运行时环境（RTE）和基本软件模块（BSW）三层结构。

这张图展示了AUTOSAR架构中应用层、运行时环境（RTE）和基本软件模块（BSW）这三层的结构。下面是每一层的详细描述：

Application Layer：

包含具体的应用软件组件（SWC），实现车辆的具体功能，如发动机控制、车身控制和信息娱乐系统。
组件化设计使其具有高可重用性和可扩展性。
Runtime Environment (RTE)：

作为应用层和基本软件层之间的中介，管理软件组件（SWC）之间的通信。
负责消息传递、接口管理和调度，确保系统的实时性和响应性。
Basic Software Modules (BSW)：

包含多个子层，每一子层都负责特定的功能。
Microcontroller Abstraction Layer (MCAL)：直接与硬件进行交互，抽象底层硬件细节，提供统一的硬件接口（如GPIO、ADC、PWM、CAN、LIN、Ethernet驱动）。
ECU Abstraction Layer：抽象硬件细节，为不同硬件组件（如传感器和执行器）提供标准接口，包括传感器抽象、执行器抽象和外部设备驱动。
Service Layer：提供基本的软件服务和系统服务，如内存服务、通讯服务、诊断服务、操作系统服务和时间服务，为应用层和RTE层提供依赖的基础服务。
Complex Drivers：用于那些无法通过标准MCAL和服务层实现的高性能需求的硬件功能，通常用于高速数据处理和专用硬件接口。
这种分层架构使得汽车电子系统的开发更加系统化和高效，每一层次的职责明确，接口标准化，从而提高了软件的开发效率、质量和可重用性。

1.1 微控制器抽象层（MCAL）

MCAL是AUTOSAR架构的最底层，它直接与硬件进行交互。MCAL的主要职责是抽象底层硬件细节，为上层软件提供统一的硬件接口。这使得上层软件可以在不同的硬件平台上运行，而不需要修改代码。MCAL包含以下主要模块：

GPIO（General Purpose Input/Output, 通用输入输出）：管理输入输出引脚的基本操作。
ADC（Analog to Digital Converter, 模数转换）：将模拟信号转换为数字信号。
PWM（Pulse Width Modulation, 脉宽调制）：用于控制电机速度和LED亮度等。
通讯驱动（CAN、LIN、Ethernet驱动）：实现与各种通信总线的接口，处理数据收发和中断。

1.2 ECU抽象层

ECU抽象层位于MCAL之上，负责进一步抽象硬件细节，并将不同硬件组件（如传感器和执行器）抽象为标准接口。ECU抽象层的主要功能包括：

传感器抽象：为各种传感器提供统一的接口，屏蔽底层硬件差异。
执行器抽象：为各种执行器提供统一的接口，屏蔽底层硬件差异。
外部设备驱动：如存储设备、显示设备的驱动。

1.3 服务层

服务层位于ECU抽象层之上，提供了基本的软件服务和系统服务，这些服务是应用层和RTE层所依赖的。服务层的主要模块包括：

内存服务（Memory Services）：如EEPROM管理、NVRAM管理，负责数据存储和恢复。
通讯服务（Communication Services）：如CAN通信管理、LIN通信管理、Ethernet通信管理，负责数据传输和消息管理。
诊断服务（Diagnostic Services）：如UDS（统一诊断服务），提供车辆故障诊断和维护。
操作系统服务（OS Services）：如任务管理、中断管理，提供实时操作系统的基本功能。
时间服务（Time Services）：如定时器服务，提供精确的时间管理和调度。

1.4 复杂驱动器（Complex Drivers）

复杂驱动器层介于服务层和MCAL层之间，主要用于那些无法通过标准MCAL和服务层实现的硬件功能。它们直接访问硬件，通常用于高性能需求的应用，如高速数据处理和专用硬件接口。

1.5 运行时环境（RTE）

RTE是AUTOSAR架构的核心部分，它作为应用层和基本软件层之间的中介，管理软件组件（SWC）之间的通信。RTE负责：

消息传递：在SWC之间传递数据和事件，确保不同组件之间的通信畅通。
接口管理：处理SWC的接口和服务请求，确保组件调用的正确性。
调度：根据配置调度SWC的运行，确保系统的实时性和响应性。
RTE的生成是基于系统配置描述文件（System Description），通过AUTOSAR工具链自动生成。这使得RTE可以根据具体项目的需求进行定制，确保高效运行。

1.6 应用层

应用层是AUTOSAR架构的最上层，包含了具体的应用软件组件（SWC）。这些组件实现了车辆的具体功能，如发动机控制、车身控制和信息娱乐系统。应用层的主要特点是：

组件化：应用功能被分解为多个独立的SWC，每个SWC都有明确的职责和接口，便于开发和维护。
可重用性：SWC可以在不同的项目和ECU中重用，提高开发效率。
可扩展性：可以根据需求添加新的SWC或修改现有的SWC，适应不同的应用需求。
应用层的SWC通过RTE进行通信，不直接与硬件交互。SWC之间通过端口和接口进行数据交换，RTE负责数据传输和调用管理。

总结

AUTOSAR的分层架构通过清晰的分层和模块化设计，使得汽车电子系统的开发更加系统化和高效。每一层次都有明确的职责和接口标准，从底层硬件抽象到高层应用实现，整个架构充分考虑了系统的可重用性、可扩展性和互操作性。这不仅提高了软件的开发效率和质量，还减少了不同供应商之间的集成难度，使得整个汽车电子产业更加协同和高效。