AUTOSAR架构的通信系统研究

#AUTOSAR架构的通信系统研究

参考

Classic Autosar 专栏;
AUTOSAR 专栏 1;
AUTOSAR 专栏 2;
AUTOSAR架构深度解析从入门到放弃;
AUTOSAR 专栏 3；
图解AUTOSAR（二）——分层模型及标准化的应用接口；
AUTOSAR 专栏 4

文章介绍了AUTOSAR体系架构，对AUTOSAR COM规范基于信号的通信机制及其特有的传输模式切换系统进行了分析，旨在实现一种符合AUTOSAR COM规范的通信系统。

AUTOSAR体系架构

AUTOSAR即汽车开放系统构架(Automotive Open System Architecture)，是汽车制造商、部件供应商及其他相关行业共同合作，为汽车电子提出的开放式标准和架构，以便应用于不同的汽车和平台，提高软件复用性，降低开发成本。当前的汽车电子软件开发大多采用私有的解决方案，很少能在不同制造商之间进行交换，随着功能的发展，对软件标准化的需求越来越迫切。AUTOSAR使得不同的开发者能够“在标准上合作，在实现上竞争”。

AUTOSAR采用分层的体系架构，如图1所示，从上至下依次为应用层、RTE层、服务层、ECU抽象层和微控制器抽象层，还有一个复杂驱动模块。一般情况下，每一层只能使用下一层的接口，并向上一层提供接口。

图1 AUTOSAR体系架构

AUTOSAR COM

AUTOSAR COM是AUTOSAR标准的一部分，它是从OSEK COM标准的基础上发展而来的。AUTOSAR COM提供了一种标准化的访问汽车通讯系统和ECU（Electronic Control Unit）通讯的方式，提出了一个在不同速率的总线网络之间进行数据交换的方法。它为汽车控制单元应用软件提供了一个统一的通信环境，为内部和外部通信定义了公共的软件通信接口和行为，增强了应用软件模块的可移植性。

AUTOSAR COM提供了基本的通信服务，它有明确的上层模块RTE(Runtime Environment)和下层模块PDU Router。

在发送过程中，应用层调用COM层提供的信号或信号组发送函数，根据配置，信号或信号组的数据经过字节顺序转换后被更新到I-PDU（Interaction Layer Protocol Data Unit）中相应的位置中。AUTOSAR COM规范中同一I-PDU可以设置两种发送模式，对其中各信号的传输模式条件进行计算，I-PDU选择其中一种发送模式进行发送。然后启动发送死限监控，调用PduR_ComTransmit()函数将I-PDU发送到底层。
在接收过程中，当底层接收到I-PDU时，底层将调用COM层提供的指示函数Com_RxIndication()，取消并重启接收死限监控，将I-PDU的数据从底层拷贝到COM中。调用信号或信号组的接收函数后，该I-PDU中的信号或信号组将经过字节顺序转换、符号扩展和接收过滤后，数据被拷贝到应用层。

通信系统核心模块的实现

通信系统主要实现信号或信号组的收发功能，以下主要介绍信号发送的实现。首先简要介绍一下AUTOSAR COM中特有的传输模式切换。

传输模式切换

AUTOSAR COM规范定义了4种信号传输模式：

直接/N次传输模式
周期传输模式
混合传输模式
None传输模式。

在AUTOSAR COM规范中允许为每个I-PDU静态配置两种不同的传输模式。

在AUTOSAR COM规范中通过传输模式切换，来选择I-PDU中的其中一种传输模式进行传输。

首先使用过滤机制判断I-PDU中各信号的发送模式条件，同时更新I-PDU中的信号；
再通过各信号的判断结果来计算该I-PDU的TMS（transmission mode selector）。若至少有一个C( Si,IPDUk)为True，则TMS为True；若所有C(Si,IPDUk)都为False，则TMS为False。其中C(Si,IPDUk)为传输模式条件该条件与IPDUk中的信号Si相关。

传输模式的选择计算过程如图2所示。

图2 传输模式选择

下面通过一个用例简要说明传输模式的切换。

用例中进行周期传输和直接/N次传输之间的切换（N=3）。
根据I-PDU的传输配置，当TMS（transmission mode selector）判断为真时，设置传输模式为周期传输，反之为直接/N次传输。上层给定值V=a（此时TMS判断为真），进行周期传输；当值V更新为b时（此时TMS判断为假），进行直接/N次传输模式，传输三次。由图3可知，随着V值的更新该I-PDU的传输模式在这两种传输模式之间切换。

图3 传输模式选择用例

信号发送的实现

首先根据该信号的相关配置，判定其是内部消息还是外部消息。
对于内部发送，直接将信号数据复制到接收信号数据区，并执行通知操作；
对于外部发送，若该信号发送属性为触发，则该信号所属的I-PDU将立即发送（除非该I-PDU发送模式为周期传输模式），若该信号发送属性为延迟，则不进行传输，发送时，信号经过字节顺序转换后数据被复制到I-PDU中，同时设置相关更新位信息，然后根据该I-PDU的TMS切换传输模式，进行传输并设置启动相关定时器。各传输模式的传输过程与OSEK COM中大致相同。

信号发送流程如图4所示。

图4 信号发送流程

信号接收的实现

首先判定是内部信号还是外部信号。
对于内部接收，直接将信号数据复制到接收信号数据区；
对于外部接收，首先判断对于的I-PDU组是否启动，若启动，返回E_OK，否则返回COM_STOP，取消并重启该I-PDU的相关死限监控定时器，将数据复制到I-PDU数据区，I-PDU中的信号经过字节书序转换、符号扩展和过滤机制后，复制到接收信号数据区，再执行通知操作，通知上层软件调用相关API函数接收信号。

信号接收流程如图5所示。

图5 信号接收流程