什么是AUTOSAR：架构及其应用

在汽车系统中，电子或电气的复杂性正在增加。在现代车辆中，它们有 100 多个发动机控制单元，称为 ECU。每个 ECU 都包含许多功能，一旦更改了处理器等硬件，就必须从头开始频繁地重新表述这些功能。对于汽车来说，借助其硬件使应用软件独立非常重要。为了实现这一目标，在 AUTOSAR 中执行基本功能，以创建和设置用于汽车发动机控制单元的开放式软件架构。

AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture 的缩写，即汽车开放系统架构）由全球的汽车制造商、供应商以及电子、半导体和软件行业的其他公司联合建立。AUTOSAR 标准旨在实现软件标准化、重用和互操作性。

Autosar 简介

AUTOSAR 由不同的汽车制造公司于 2003 年开发，如宝马、大陆集团、戴姆勒-奔驰、罗伯特博世有限公司、西门子 VDO，旨在为汽车中的电气和电子设备建立开放的行业标准架构。同年 11 月，福特等著名汽车公司以核心合伙人的身份加入。在十二月份，丰田汽车公司和PSA集团加入。2008 年 2 月，在通过大陆集团收购西门子 VDO 公司后，它不再是 AUTOSAR 的自主核心合作伙伴。

2003 年，AUTOSAR 为汽车行业发布了四大软件架构。AUTOSAR 工作可分为 3 个阶段。在 2004 年至 06 年的第一阶段，完成了基础开发，在 2007 年至 09 年的第二阶段;基本发展在架构和方法论方面得到了扩展。在 2010 年至 13 年的第 3 阶段中，可以进行保护和首选改进。自适应平台的工作已于2016年开始，主要的开发行动最终在Classic， Adaptive & Foundation of AUTOSAR的联合版本中发布。

AUTOSAR 代表“汽车开放系统架构”。它是标准化的开放式汽车软件架构。这种架构支持车辆的应用软件和基本功能内的接口。还有助于为所有 AUTOSAR 员工建立熟悉的发动机控制系统软件架构。

AUTOSAR用于为会员提供内在的优势，以处理车辆中更复杂的电气和电子系统，如简单的集成，在复杂的发动机控制（ECU）网络中切换功能，以及控制整个产品的生命周期。

这种汽车软件架构是由不同的汽车制造商、工具开发商和供应商联合开发的。该平台将增强汽车行业车辆的功能，而不会打扰现有模型。

汽车发动机控制单元包括以下功能

• 与执行器和传感器等硬件的强大接口

• 与车辆内的总线系统接口

• 包括 16/32 位微控制器

• 内部或外部闪存

• 实时系统

Autosar 架构示例

AUTOSAR 层架构将软件细分为五层。首先，我们观察到一个基于 OSI 但特征层模型解释了 AUTOSAR 软件的分层排列。因此，它细分为三个部分，如基础软件、运行环境和应用层。在每一层中，某些软件模块被抽象出来，这些层通过接口进行通信。

AUTOSAR 架构

AUTOSAR 架构的不同层在微控制器上运行，如应用层、RTE（运行时环境）、服务层和 BSW（基础软件）等。每一层都包含预定义的软件模块和服务，使应用软件独立于发动机控制单元。

应用层

AUTOSAR 架构的第一层是支持实现自定义功能的应用层。它包括软件组件以及几个应用程序，用于根据说明执行确切的任务。

该层包括三个组件，如应用软件、软件端口和端口接口。对于这些组件，该架构可确保应用程序层内的标准化接口。该层的软件组件将有助于生成简单的应用程序，以支持车辆功能。

这些组件之间的交互可以通过具有虚拟 Function Bus 的确切端口来允许。这些端口将促进AUTOSAR的BSW和软件组件之间的交互。
这是 AUTOSAR 架构的概述，它支持实时供应和安全约束。根据MCU，标准平台支持不同的应用，如安全和网络，允许车辆的发动机控制单元接触车辆的传感器和执行器。

RTE（运行时环境）

RTE是一个中间件层，为AUTOSAR的软件组件提供通信服务，应用程序包括AUTOSAR传感器或执行器部件。这样做的主要目的是使软件组件独立，以便映射到精确的发动机控制系统。

RTE 的主要功能包括以下内容。

• 它特定于发动机控制系统和应用。

• 它为每个发动机控制单元生成。

• 它的界面完全独立于发动机控制单元。

服务层

这是提供不同功能的主要软件层，如下所示。

• 操作系统

• 内存服务

• 车辆网络通信

• 发动机控制单元的状态管理

• 问题解决服务

该层为不同的应用程序提供基础软件模块和服务。

服务层的主要功能包括以下内容。

• 专用于 MCU（微控制器单元）和 ECU 硬件的一个元素

• 其接口独立于 ECU 和 MCU

BSW （基础软件）

基础软件层包括三层，即

• ECU 抽象层

• 复杂驱动程序

• MCAL （微控制器抽象层）

ECU 抽象层

• 与微控制器抽象层和外部设备驱动程序的接口主要为位于 MCU 内部或外部的设备提供访问权。

• 应用程序编程接口用于与 MCU 连接。

• 该层的主要目的是创建一个独立于发动机控制单元硬件布局的更高软件层。

ECU 抽象层的主要功能包括以下内容。

• 安装可能取决于 ECU 的硬件，而独立于 MCU

• 高阶接口可以独立用于MCU和ECU硬件单元

复杂驱动程序

这些层用于其他层上不可用的多面函数。该层可以直接访问 MCU。主要示例是电气值控制、注射控制、位置增加检测等。

主要目的是实现作复合传感器和执行器所需的特定功能和定时必需品。

复杂驱动程序的主要功能包括以下内容。

• 安装非常依赖于 ECU、MCU 等。

• 高阶接口可以基于 AUTOSAR 的接口进行安装和标准化

MCAL （微控制器抽象层）

这个软件模块可以直接通过片上MCU外设和外部设备进行访问，这些设备与内存映射。主要目的是创建一个独立于 MCU 的更高软件层。

MCAL 的主要特点包括以下内容。

• 安装取决于 MCU

• 高阶接口不依赖于 MCU。

  
  

AUTOSAR 自适应平台

AUTOSAR Adaptive Platform 实现了 AUTOSAR Runtime for Adaptive Applications （ARA）。有两种类型的接口可用：服务和 API。该平台由按服务和 AUTOSAR Adaptive Platform Base 分组的功能集群组成。

功能集群...

• 组装 Adaptive Platform 的功能

• 定义需求规范的聚类

• 从应用程序和网络的角度描述 Software Platform 的行为

• 但是，不要限制实现 Adaptive Platform 的架构的最终 SW 设计。

AUTOSAR Adaptive Platform Basis 中的功能集群必须每台（虚拟）机器至少有一个实例，而服务可以分布在车内网络中。

与 AUTOSAR Classic Platform 相比，Adaptive Platform 的 AUTOSAR 运行时环境在运行时动态链接服务和客户端。

AUTOSAR 自适应版本 R24-11

AUTOSAR 扩展了现有的 Methodology，以便能够为两者提供通用的方法：Classic Platform 和 Adaptive Platform。对功能应用程序的分布式、独立和敏捷开发的支持需要开发方法的标准化方法。AUTOSAR 自适应方法涉及工作产品及其各自任务的标准化。工作产品描述诸如服务、应用程序、计算机及其配置之类的工件。相应的任务定义了工作产品如何为基于 adaptive 平台开发产品所需的活动交换设计信息。

AUTOSAR 的目标

AUTOSAR 的主要目标包括以下内容。

• 激活冗余

• 从一个 ECU 到另一个 ECU 的功能可以在网络内完成

• 在整个产品生命周期内保持可维护性

• 整合来自众多供应商的功能模块

• 提高了 COTS 硬件的利用率。

• 汽车生命周期内的软件更新。

• 可扩展到各种汽车

• 实现基本功能，如全行业典型核心解决方案

• 安全要求

AUTOSAR 的优缺点

AUTOSAR 的优势包括以下内容。

• 可以在不同的公司之间共享软件

• 软件组件的可重用性

• 基本软件架构是分层的。

• 接口的一致性

• 互作性

• 软件代码可以重复使用。

• 设计灵活性更强

• 将降低成本和开发时间

• 可以在功能开发中提高效率

• 透明度和独特的界面将允许新的商业模式。

AUTOSAR 的缺点包括以下内容。

• 复杂性

• 初始投资

• 学习曲线

AUTOSAR 的应用

Autosar 架构的应用包括以下内容。

• 信息娱乐系统

• LIDAR 和 RADAR 等传感器

• 预测性维护

• 电气化

• 带摄像头的 ADAS 功能

• V2X 版本

• 地图更新

• 汽车应用程序
  

AUTOSAR 标准提供两个平台来支持当前和将来几代汽车电子控制单元 (ECU)：

• AUTOSAR Classic 平台 - 此平台支持传统的内部应用，如动力总成系统、底盘、车身和内部电子设备。

• AUTOSAR Adaptive 平台 - 此平台支持基于服务的应用，如自动驾驶、车联网、空口软件更新 (OTA) 以及物联网 (IoT) 中的车辆。

AUTOSAR Classic、AUTOSAR Adaptive 和非 AUTOSAR ECU 可以在同一辆车内互操作。

AUTOSAR 平台

AUTOSAR 基于软件架构，分为两个平台：AUTOSAR Classic 平台和 AUTOSAR Adaptive 平台。AUTOSAR Classic 平台是一款面向具有严格实时性和安全性约束的嵌入式系统的解决方案。AUTOSAR Adaptive 平台是一款面向高性能计算 ECU 的解决方案，用于构建自动驾驶等故障操作系统。

AUTOSAR Classic 平台架构有三层：

• 应用软件 - 在称为软件组件的自包含单元中提供应用实现。构建软件组件时会生成符合平台要求的 AUTOSAR XML 描述和 C 代码实现模块。

• 运行时环境 (RTE) - 提供应用软件和基本软件之间的通信。软件组件专门通过 RTE 与其他组件和/或基本软件模块通信，这使得软件组件可独立于任何特定的 ECU 和其他软件组件。

• 基本软件 (BSW) - 提供 ECU 抽象、微控制器抽象和服务，包括内存和诊断。

AUTOSAR Adaptive 平台架构具有与 AUTOSAR Classic 平台类似的层，但它是面向服务的架构 (SOA)，旨在为处理高度计算密集型应用奠定基础。Adaptive 平台支持 POSIX 操作系统。