1、AUTOSAR技術概述摘要：對由應用軟件組件(SW-Cs)、虛擬功能總線/運行時環境(VFB/RTE)和電控單元(ECU)基礎軟件(BSW)棧構成 的AUTOSAR分層架構,由軟硬件組件的形式描述構建汽車E/E系統架構的AUTOSAR方法學,以及AUTOSAR的進展和應用前景進行了較為全面的分析,并為我國相關企業實施AUTOSAR標準提出了在多方協作基礎上分階段逐步引入以減小風險的建議。關鍵詞 汽車 AUTOSAR 軟件架構 方法論 應用接口1 AUTOSAR技術 電子技術的發展為汽車技術的創新帶來了前所未有的機遇和挑戰:一方面,電子技術在提高汽車傳統性能的同時亦擴展了其功能,從汽車各個子系統

2、的控制到車載信息娛樂裝置,電子技術的應用幾乎無處不在;另一方面,網絡化電子裝備的增多也使汽車電器/電子(E/E)系統的復雜度呈指數增長。如何有效管理日趨復雜的汽車E/E系統,并最大限度地降低開發和維護成本,已成為全球汽車電子相關企業需要解決的共性問題。傳統的電控單元(ECU)驅動的開發模式,已難以適應汽車E/E系統復雜性管理、產品靈活修改、升級和更新、解決方案在產品線內外擴展,以及E/E系統質量和可靠性提高的要求,將逐漸為功能驅動的、面向架構集成的開發模式所取代。本文較為全面地分析了汽車E/E系統開發新標準AUTOSAR(AUTomotive Open System AR-chitecture

3、)的技術、進展、應用前景,并對我國實施AUTO鄄SAR標準提出了建議,供國內汽車E/E系統研發人員參考。 AUTOSAR（汽車開放系統架構），汽車開放系統架構聯盟是由全球汽車制造商、部件供應商及其他電子、半導體和軟件系統公司聯合建立，各成員保持開發合作伙伴關系。自2003年起，各伙伴公司攜手合作，致力于為汽車工業開發一個開放的、標準化的軟件架構。AUTOSAR這個架構有利于車輛電子系統軟件的交換與更新，并為高效管理愈來愈復雜的車輛電子、軟件系統提供了一個基礎。此外，AUTOSAR在確保產品及服務質量的同時，提高了成本效率。 AUTOSAR的計劃目標主要有3項，第一是建立獨立于硬件的分層的軟件架

4、構；第二是為實施應用提供方法論，包括制定無縫的軟件架構堆疊流程并將應用軟件整合至ECU中；第三是制定各種車輛應用接口規范，作為應用軟件整合標準，以便軟件構件在不同的汽車平臺上的復用。1、 1 AUTOSAR軟件架構 為了實現AUTOSAR的目標，即實現應用程序和基礎模塊之間的分離，汽車電子軟件架構被抽象成幾個層，如圖1所示。圖1：AUTOSAR軟件架構層次圖為了區別軟件依賴和硬件依賴，基礎軟件分為四個層次：服務層（Services Layer）、ECU抽象層（ECU Abstraction Layer）、微控制器抽象層（Microcontroller Abstraction Layer）和RT

5、E（Runtime Environment）。除此四層外，在AUTOSAR軟件架構中還有復雜驅動（Complex Driver），由于對復雜傳感器和執行器進行操作的模塊涉及到嚴格的時序問題，在AUTOSAR中這部分沒有被標準化。* 服務層提供包括診斷協議、存儲管理、ECU模式管理和操作系統等在內的系統服務。除了操作系統外，服務層的軟件模塊都是與平臺無關的。* ECU抽象層將ECU結構（如外設與ECU的聯接方式等）進行了抽象處理。該層與ECU平臺相關，但與微控制器無關。* 微控制器抽象層包括微控制器相關的驅動（如I/O驅動、ADC驅動等）。* RTE層負責AUTOSAR軟件構件（即應用層）相互間

6、的通信以及軟件構件與基礎軟件之間的通信。RTE層之下的基礎軟件對于應用層來說是不可見的，必須通過RTE進入，它將軟件構件從對底層軟件和硬件平臺的依賴中獨立出來，實現了應用程序和基礎軟件之間的分隔。1、2 AUTOSAR方法論AUTOSAR為符合該標準的汽車電子軟件系統開發過程定義了一套通用的技術方法，這種方法即被稱為AUTOSAR方法論（AUTOSAR Methodology）。汽車OEM作為整車系統功能的規劃和設計者，需要了解并掌握AUTOSAR提供的這套開發流程，才能主導和推進符合AUTOSAR標準的系統的開發過程。兼容AUTOSAR標準的汽車電子軟件系統設計與開發流程如圖2所示。圖2：A

7、UTOSAR系統設計與開發流程主要步驟可劃分兩個階段：第一個階段是系統配置階段，這屬于系統級設計決策工作。首先是編寫系統配置輸入文件，為XML類型的文件。應用軟件的描述術語在AOTUSAR中為軟件構件（Software Components），該文件將確定需要使用的軟件構件（即系統具有哪些功能）和硬件資源（ECU），以及整個系統的約束條件。AUTOSAR提供了一系列的模板（軟件構件模板，ECU資源模板和系統模板）和標準的信息交換格式，工具供應商可據此提供相應的工具支持，從而簡化系統設計的工作，最終系統設計者只需要使用工具填充或編輯相應的模板即可導出系統配置輸入文件。系統配置輸入包含三部分內容，

8、第一個輸入是軟件構件描述，定義每個需要的軟件構件的接口內容，包括數據類型，端口，接口等；第二個輸入是ECU資源描述，定義了每個ECU的資源需求，如處理器、外部設備、存儲器、傳感器和執行器等；第三個輸入是系統約束描述，定義總線信號，拓撲結構和軟件構件的映射關系。系統配置階段接下來的工作是將初步獲得的系統配置輸入文件借助系統配置生成器生成系統配置描述文件，同樣為XML文件，這是系統配置階段的最終工作成果。該文件將包含所有的系統信息，包括將軟件構件映射到相關的ECU上（這種映射需要考慮到構件的需要、構件的連接、資源需求以及約束條件，有時也需要考慮成本等方面的因素），以及通信矩陣（整車的網絡結構、時序

9、以及網絡數據幀的內容）。第二個階段是ECU的配置，這階段的工作需要對系統中每個ECU分別進行。首先是使用第一個階段的工作成果系統配置描述文件，從中提取出與各個ECU相關的系統配置描述信息，提取的信息包括ECU通信矩陣、拓撲結構、頂級功能組合（據此產生需映射到該ECU上的所有軟件構件），將放在另一個XML文件中。提取信息的工作可借助工具完成。然后進入ECU配置的實際工作中，這一步負責往輸入對象中添加具體應用所必需的信息，如任務調度、必要的BSW模塊、BSW配置信息、給任務分配的可運行實體等。這一步的結果被放在ECU配置描述文件中，它包含了具體ECU所需的所有信息。最后一步是生成具體ECU的可執行

10、程序，此步將根據ECU配置描述文件中的配置信息構建完成ECU的基礎軟件的設置和與基于AUTOSAR構件的應用軟件的集成，最終生成ECU的可執行代碼。此外，要說明的是，AUTOSAR系統的設計過程使用了虛擬功能總線（Virtual Functional Bus）的概念。虛擬功能總線（Virtual Functional Bus）將AUTOSAR軟件構件相互間的通信以及軟件構件與基礎軟件之間的通信進行了抽象，同時使用預先定義的標準接口。而對于虛擬功能總線來說，ECU內部通信和外部總線通信并沒有什么區別，這種區別要等到系統布局以及ECU的具體功能最終確定才會體現出來。軟件構件本身對于這種區別并不關注

11、，因此我們可以在獨立的情況下開發軟件構件。在系統實現過程中，虛擬功能總線所代表的功能最終以RTE的生成來體現。1、3 標準化的應用接口通過RTE實現AUTOSAR軟件構件（即應用程序）相互間的通信以及軟件構件與基礎軟件之間的通信的前提是，軟件構件必須具有標準的AUTOSAR接口。目前，AUTOSAR 3.1版已定義了一些典型的汽車電子應用領域（動力，車身/舒適和底盤）的標準接口。AUTOSAR按照功能邏輯分別將這些領域的系統劃分成若干個模塊，這些模塊可被視為一個軟件構件或多個軟件構件的組合，這些功能性的軟件構件的接口被明確定義，所定義的接口的內容包括名稱，含義，范圍，數據類型，通信類型，單位等

12、。應用軟件開發者在軟件構件的設計與開發時需要應用這些接口定義。這里以車身/舒適系統的雨刷管理的軟件構件的接口定義為示例，如圖3：圖3：軟件構件的接口定義說明：雨刷管理構件（WiperWasherManager）有兩個接口，CmdWashing 和StaWasher,圖中WWManager表示為雨刷管理軟件構件的實例。針對CmdWashing接口定義了以下信息：1) CmdWashing接口由WiperWasherManager構件提供，其數據內容為FrontWasher構 件的Activation接口所使用。2）CmdWashing包含一個“Command”的數據元素。3）“Command”的

13、數據類型為“t_onoff”。4）“t_onoff”屬于“RecordType”，該類型描述一般的開/關信息。應用軟件開發者應該意識到，面向AUTOSAR運行時環境（RTE）接口的應用軟件設計的重要性，及早地將AUTOSAR應用層接口引入到實際的項目中來，為實現應用軟件的可復 用性做好準備，從而優化整個軟件開發流程。2 AUTOSAR進展 寶馬集團自2001年即開始在稱為BMW Standard Core的架構下，在ECU電子控制單元中運用標準化基礎軟件。該軟件覆蓋車輛管理系統各個層面的功能，包括執行（如車輛能量流管理系統、停車準備功能），系統管理（如系統的編碼與診斷），到系統定制（如個性化定

14、制功能，可設定特殊條件的服務定制功能）。 現在，應用于全新7系的BMW Standard Core軟件系統通過AUTOSAR架構實現對車載網絡、系統內存管理以及大部分的系統診斷功能。此外，全新BMW 7系所采用的多個ECU的運行系統與AUTOSAR架構相匹配，允許各應用程序獨立運行。例如中央網關，該ECU確保了外部I/O系統（以太網和CAN總線）與內部I/O系統總線（CAN，MOST，FlexRay）間高速寬帶連接。同時它還可以調節一些內核功能，如車況監測、系統編碼和能量消耗檢測等。 關于ECU電子控制單元未來的發展，寶馬集團堅定地支持應用、推廣AUTOSAR架構。一個精心制定的計劃已經開始實

15、施，相關的供應商也被納入相關規劃。針對驅動系統、底盤、安全系統、內部和車身的研發應用已經全面展開。在Elmar Frickenstein看來，AUTOSAR架構的優勢顯而易見：“未來的車型將普遍受益于全行業統一的標準化程序，以及通用性、互換性更強的軟件。AUTOSAR界面的標準化以及供應商通用工具軟件的應用將促進該領域的進一步發展。國內的各大汽車廠商、科研院校也越來越關注AUTOSAR帶來的標準化的設計、開發、驗證，從而大幅提高汽車電子的研發效率和研發質量。浙江大學ESE實驗中心從2004年開始關注AUTOSAR，并率先加入了AUTOSAR組織。目前浙江大學ESE實驗中心已經成功開發出一套符合AUTOSAR標準的集成的ECU開發工具鏈（簡稱為SmartSAR Studio），它可以用于ECU軟件架構、網絡系統配置、基礎軟件核配置、診斷、標定和仿真測試，支持從上到下、軟件為中心的快速迭代開發模