注：本文節(jié)選自宋珂、王民、單忠偉、譚楊編著的《AUTOSAR規(guī)范與車(chē)用控制器軟件開(kāi)發(fā)》，點(diǎn)擊閱讀原文，可購(gòu)買(mǎi)紙質(zhì)版。1.
AUTOSAR分層架構(gòu)AUTOSAR規(guī)范主要包括分層架構(gòu)、方法論和應(yīng)用接口三部分內(nèi)容。其中，分層架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)軟硬件分離的關(guān)鍵，它使汽車(chē)嵌入式系統(tǒng)控制軟件開(kāi)發(fā)者擺脫了以往ECU軟件開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證時(shí)對(duì)硬件系統(tǒng)的依賴(lài)。在AUTOSAR分層架構(gòu)中，汽車(chē)嵌入式系統(tǒng)軟件自上而下分別為應(yīng)用軟件層（Application Software Layer，ASW）、運(yùn)行時(shí)環(huán)境（Runtime Environment，RTE）、基礎(chǔ)軟件層（Basic Software Layer，BSW）和微控制器（Microcontroller），如圖2.3所示。為保證上層與下層的無(wú)關(guān)性，在通常情況下，每一層只能使用下一層所提供的接口，并向上一層提供相應(yīng)的接口。

圖2.3　AUTOSAR分層架構(gòu)
1.1、AUTOSAR應(yīng)用軟件層
應(yīng)用軟件層（Application Software Layer，ASW）包含若干個(gè)軟件組件（Software Component，SWC），軟件組件間通過(guò)端口（Port）進(jìn)行交互。每個(gè)軟件組件可以包含一個(gè)或者多個(gè)運(yùn)行實(shí)體（Runnable Entity，RE），運(yùn)行實(shí)體中封裝了相關(guān)控制算法，其可由RTE事件（RTE Event）觸發(fā)。
1.2、AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境運(yùn)行時(shí)環(huán)境（Runtime Environment，RTE）作為應(yīng)用軟件層與基礎(chǔ)軟件層交互的橋梁，為軟硬件分離提供了可能。RTE可以實(shí)現(xiàn)軟件組件間、基礎(chǔ)軟件間以及軟件組件與基礎(chǔ)軟件之間的通信。RTE封裝了基礎(chǔ)軟件層的通信和服務(wù)，為應(yīng)用層軟件組件提供了標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)軟件和通信接口，使得應(yīng)用層可以通過(guò)RTE接口函數(shù)調(diào)用基礎(chǔ)軟件的服務(wù)。此外，RTE抽象了ECU之間的通信，即RTE通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)化的接口將其統(tǒng)一為軟件組件之間的通信。由于RTE的實(shí)現(xiàn)與具體ECU相關(guān)，所以必須為每個(gè)ECU分別實(shí)現(xiàn)。
1.3、AUTOSAR基礎(chǔ)軟件層基礎(chǔ)軟件層（Basic Software Layer，BSW）又可分為四層，即服務(wù)層（Services Layer）、ECU抽象層（ECU Abstraction Layer）、微控制器抽象層（Microcontroller Abstraction Layer，MCAL）和復(fù)雜驅(qū)動(dòng)（Complex Drivers），如圖2.4所示。

圖2.4　AUTOSAR基礎(chǔ)軟件層上述各層又由一系列基礎(chǔ)軟件組件構(gòu)成，包括系統(tǒng)服務(wù)（System Services）、存儲(chǔ)器服務(wù)（Memory Services）、通信服務(wù)（Communication Services）等，如圖2.5所示。它們主要用于提供基礎(chǔ)軟件服務(wù)，包括標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)功能和功能接口。

圖2.5　AUTOSAR基礎(chǔ)軟件層結(jié)構(gòu)（1）服務(wù)層服務(wù)層（Services Layer）提供了汽車(chē)嵌入式系統(tǒng)軟件常用的一些服務(wù)，其可分為系統(tǒng)服務(wù)（System Services）、存儲(chǔ)器服務(wù)（Memory Services）以及通信服務(wù)（Communication Services）三大部分。提供包括網(wǎng)絡(luò)通信管理、存儲(chǔ)管理、ECU模式管理和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time Operating System，RTOS）等服務(wù)。除了操作系統(tǒng)外，服務(wù)層的軟件模塊都是與ECU平臺(tái)無(wú)關(guān)的。（2）ECU抽象層ECU抽象層（ECU Abstraction Layer）包括板載設(shè)備抽象（onboard Devices Abstraction）、存儲(chǔ)器硬件抽象（Memory Hardware Abstraction）、通信硬件抽象（Communication Hardware Abstraction）和I/O硬件抽象（Input/Output Hardware Abstraction）。該層將ECU結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抽象，負(fù)責(zé)提供統(tǒng)一的訪(fǎng)問(wèn)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信、存儲(chǔ)器或者I/O的訪(fǎng)問(wèn)，從而不需要考慮這些資源是由微控制器片內(nèi)提供的，還是由微控制器片外設(shè)備提供的。該層與ECU平臺(tái)相關(guān)，但與微控制器無(wú)關(guān)，這種無(wú)關(guān)性正是由微控制器抽象層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（3）微控制器抽象層微控制器抽象層（Microcontroller Abstraction Layer，MCAL）是實(shí)現(xiàn)不同硬件接口統(tǒng)一化的特殊層。通過(guò)微控制器抽象層可將硬件封裝起來(lái)，避免上層軟件直接對(duì)微控制器的寄存器進(jìn)行操作。微控制器抽象層包括微控制器驅(qū)動(dòng)（Microcontroller Drivers）、存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)（Memory Drivers）、通信驅(qū)動(dòng)（Communication Drivers）以及I/O驅(qū)動(dòng)（I/O Drivers），如圖2.6所示。

圖2.6　微控制器抽象層（4）復(fù)雜驅(qū)動(dòng)層由于對(duì)復(fù)雜傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行操作的模塊涉及嚴(yán)格的時(shí)序問(wèn)題，難以抽象，所以在AUTOSAR規(guī)范中這部分沒(méi)有被標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)稱(chēng)為復(fù)雜驅(qū)動(dòng)（Complex Drivers）。

2.

AUTOSAR軟件組件軟件組件（SWC）不僅僅是應(yīng)用層的核心，也是一些抽象層、復(fù)雜驅(qū)動(dòng)層等實(shí)現(xiàn)的載體。由于軟件組件包含的概念較多，這里單獨(dú)介紹AUTOSAR軟件組件相關(guān)概念，這是后期進(jìn)行應(yīng)用層、抽象層等開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。AUTOSAR軟件組件大體上可分為原子軟件組件（Atomic SWC）和部件（Composition SWC）。其中，部件可以包含若干原子軟件組件或部件。原子軟件組件則可根據(jù)不同用途分為以下幾種類(lèi)型：

• 應(yīng)用軟件組件（Application SWC）；

• 傳感器/執(zhí)行器軟件組件（Sensor/Actuator SWC）；

• 標(biāo)定參數(shù)軟件組件（Parameter SWC）；

• ECU抽象軟件組件（ECU Abstraction SWC）；

• 復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件組件（Complex Device Driver SWC）；

• 服務(wù)軟件組件（Service SWC）。

應(yīng)用軟件組件（Application SWC）主要用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層控制算法。傳感器/執(zhí)行器軟件組件（Sensor/Actuator SWC）用于處理具體傳感器/執(zhí)行器的信號(hào)，可以直接與ECU抽象層交互。標(biāo)定參數(shù)軟件組件（Parameter SWC）主要提供標(biāo)定參數(shù)值。ECU抽象軟件組件（ECU Abstraction SWC）提供訪(fǎng)問(wèn)ECU具體I/O的能力。該軟件組件一般提供引用C/S接口的供型端口，即Server端，由其他軟件組件（如傳感器/執(zhí)行器軟件組件）的需型端口（Client端）調(diào)用。此外，ECU抽象軟件組件也可以直接和一些基礎(chǔ)軟件進(jìn)行交互。復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件組件（Complex Device Driver SWC）推廣了ECU抽象軟件組件，它可以定義端口與其他軟件組件通信，還可以與ECU硬件直接交互。所以，該類(lèi)軟件組件靈活性最強(qiáng)，但由于其和應(yīng)用對(duì)象強(qiáng)相關(guān)，從而導(dǎo)致其可移植性較差。服務(wù)軟件組件（Service SWC）主要用于基礎(chǔ)軟件層，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口或標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR接口與其他類(lèi)型的軟件組件進(jìn)行交互。需要指出的是，上述這些軟件組件有的僅僅是概念上的區(qū)分，從具體實(shí)現(xiàn)及代碼生成角度而言都是相通的。下面將詳細(xì)介紹AUTOSAR軟件組件的幾個(gè)重要概念：數(shù)據(jù)類(lèi)型、端口、端口接口以及內(nèi)部行為。

2.1　軟件組件的數(shù)據(jù)類(lèi)型

AUTOSAR規(guī)范中定義了如下三種數(shù)據(jù)類(lèi)型（Data Type）：

①應(yīng)用數(shù)據(jù)類(lèi)型（Application Data Type，ADT）；

②實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)型（Implementation Data Type，IDT）；

③基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型（base Type）。

應(yīng)用數(shù)據(jù)類(lèi)型（Application Data Type，ADT）是在軟件組件設(shè)計(jì)階段抽象出來(lái)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，用于表征實(shí)際物理世界的量，是提供給應(yīng)用層使用的，僅僅是一種功能的定義，并不生成實(shí)際代碼。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)型（Implementation Data Type，IDT）是代碼級(jí)別的數(shù)據(jù)類(lèi)型，是對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)類(lèi)型的具體實(shí)現(xiàn)；它需要引用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型（base Type），并且還可以配置一些計(jì)算方法（Compute Method）與限制條件（Data Constaint）。

在AUTOSAR中，對(duì)于Application Data Type沒(méi)有強(qiáng)制要求使用，用戶(hù)可以直接使用Implementation Data Type。若使用了Application Data Type，則必須進(jìn)行數(shù)據(jù)類(lèi)型映射（Data Type Mapping），即將Application Data Type與Implementation Data Type進(jìn)行映射，從而來(lái)對(duì)每個(gè)Application Data Type進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。

2.2　軟件組件的端口與端口接口

軟件組件的端口根據(jù)輸入/輸出方向可分為需型端口（Require Port，RPort）與供型端口（Provide Port，PPort），在AUTOSAR 4.1.1標(biāo)準(zhǔn)中又提出了供需端口（Provide and Require Port，PRPort）。

①需型端口：用于從其他軟件組件獲得所需數(shù)據(jù)或者所請(qǐng)求的操作。

②供型端口：用于對(duì)外提供某種數(shù)據(jù)或者某類(lèi)操作。

③供需端口：兼有需型端口與供型端口的特性。

需型端口可以和供型端口連接。如圖2.7所示，軟件組件SWC1有一個(gè)需型端口（R）和一個(gè)供型端口（P），其中需型端口與SWC2的供型端口相連，它們之間的交互關(guān)系通過(guò)連線(xiàn)箭頭表示，由SWC2的供型端口指向SWC1的需型端口。SWC3具有一個(gè)供需端口，它可被認(rèn)為自我相連。

圖2.7　AUTOSAR軟件組件端口

由于端口僅僅定義了方向，所以AUTOSAR中用端口接口（Port Interface）來(lái)表征端口的屬性，端口接口主要有如下幾種類(lèi)型：

①發(fā)送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）；

②客戶(hù)端-服務(wù)器接口（Client-Server Interface，C/S）；

③模式轉(zhuǎn)換接口（Mode Switch Interface）；

④非易失性數(shù)據(jù)接口（Non-volatile Data Interface）；

⑤參數(shù)接口（Parameter Interface）；

⑥觸發(fā)接口（Trigger Interface）。

其中，最常用的端口接口是發(fā)送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）與客戶(hù)端-服務(wù)器接口（Client-Server Interface，C/S）。如圖2.8所示，軟件組件SWC1具有兩個(gè)端口，其中一個(gè)引用的端口接口類(lèi)型為發(fā)送者-接收者（S/R）接口，另一個(gè)引用的端口接口類(lèi)型為客戶(hù)端-服務(wù)器（C/S）接口。從中也可以看出，對(duì)于引用發(fā)送者-接收者接口的一組端口而言，需型端口為接收者（Receiver），供型端口為發(fā)送者（Sender）。對(duì)于引用客戶(hù)端-服務(wù)器接口的一組端口而言，需型端口為客戶(hù)端（Client），供型端口為服務(wù)器（Server）。

圖2.8　AUTOSAR軟件組件端口接口

下面詳細(xì)討論發(fā)送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）與客戶(hù)端-服務(wù)器接口（Client-Server Interface，C/S）的特性。

（1）發(fā)送者-接收者接口

發(fā)送者-接收者接口用于數(shù)據(jù)的傳遞關(guān)系，發(fā)送者發(fā)送數(shù)據(jù)到一個(gè)或多個(gè)接收者。該類(lèi)型接口中定義了一系列的數(shù)據(jù)元素（Data Element，DE），這些數(shù)據(jù)元素之間是相互獨(dú)立的。如圖2.9所示，該發(fā)送者-接收者接口SR_Interface中定義了兩個(gè)數(shù)據(jù)元素，名字分別為DE_1與DE_2，并且需要為每個(gè)數(shù)據(jù)元素賦予相應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

圖2.9　發(fā)送者-接收者接口定義

需要指出的是，一個(gè)軟件組件的多個(gè)需型端口、供型端口、供需端口可以引用同一個(gè)發(fā)送者-接收者接口，并且它們可以使用該接口中所定義的任意一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)元素，而并不一定使用所有數(shù)據(jù)元素。

（2）客戶(hù)端-服務(wù)器接口

客戶(hù)端-服務(wù)器接口用于操作（Operation，OP），即函數(shù)調(diào)用關(guān)系，服務(wù)器是操作的提供者，多個(gè)客戶(hù)端可以調(diào)用同一個(gè)操作，但同一個(gè)客戶(hù)端不能調(diào)用多個(gè)操作?？蛻?hù)端-服務(wù)器接口定義了一系列操作（Operation），即函數(shù)，它（們）由引用該接口的供型端口所在的軟件組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，并提供給引用該接口的需型端口所在的軟件組件調(diào)用。如圖2.10所示，該客戶(hù)端-服務(wù)器接口CS_Interface中定義了兩個(gè)操作OP_1與OP_2，對(duì)于每一個(gè)操作需要定義相關(guān)參數(shù)及其方向，即函數(shù)的形參。

圖2.10　客戶(hù)端-服務(wù)器接口定義

需要注意的是，每個(gè)端口只能引用一種接口類(lèi)型，并且引用相同端口接口類(lèi)型的端口才可以進(jìn)行交互。

2.3　軟件組件的內(nèi)部行為

軟件組件的內(nèi)部行為（Internal Behaviour，IB）如圖2.11所示，其主要包括：

圖2.11　軟件組件的內(nèi)部行為

①運(yùn)行實(shí)體（Runnable Entity，RE）；

②運(yùn)行實(shí)體的RTE事件（RTE Event）；

③運(yùn)行實(shí)體與所屬軟件組件的端口訪(fǎng)問(wèn)（Port Access）；

④運(yùn)行實(shí)體間變量（Inter Runnable Variable，IRV）。

（1）運(yùn)行實(shí)體

運(yùn)行實(shí)體（Runnable Entity，RE）是一段可執(zhí)行的代碼，其封裝了一些算法。一個(gè)軟件組件可以包含一個(gè)或者多個(gè)運(yùn)行實(shí)體。

（2）運(yùn)行實(shí)體的RTE事件

每個(gè)運(yùn)行實(shí)體都會(huì)被賦予一個(gè)RTE事件（Trigger Event），即RTE事件（RTE Event），這個(gè)事件可以引發(fā)這個(gè)運(yùn)行實(shí)體的執(zhí)行。對(duì)于RTE事件可以細(xì)分為很多種類(lèi)，這將在后續(xù)章節(jié)介紹軟件組件的內(nèi)部行為設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合工具進(jìn)行介紹。較常用的RTE事件有以下幾種：

①周期性（Periodic）事件，即Timing Event；

②數(shù)據(jù)接收事件（Data-received Event）；

③客戶(hù)端調(diào)用服務(wù)器事件（Server-call Event）。

如圖2.12所示，其中Runnable_1、Runnable_2和Runnable_3分別采用了Timing Event、Data-received Event以及Server-call Event。

圖2.12　運(yùn)行實(shí)體的RTE事件示意

（3）運(yùn)行實(shí)體與所屬軟件組件的端口訪(fǎng)問(wèn)

運(yùn)行實(shí)體與所屬軟件組件的端口訪(fǎng)問(wèn)（Port Access）是和端口所引用的端口接口類(lèi)型密切相關(guān)的。

對(duì)于S/R通信模式，可分為顯示（Explicit）和隱式（Implicit）兩種模式。若運(yùn)行實(shí)體采用顯示模式的S/R通信方式，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)是即時(shí)的；當(dāng)多個(gè)運(yùn)行實(shí)體需要讀取相同的數(shù)據(jù)時(shí)，若能在運(yùn)行實(shí)體運(yùn)行之前先把數(shù)據(jù)讀到緩存中，在運(yùn)行實(shí)體運(yùn)行結(jié)束后再把數(shù)據(jù)寫(xiě)出去，則可以改善運(yùn)行效率，這就是隱式模式。顯示模式與隱式模式的對(duì)比如圖2.13所示，可見(jiàn)后者的實(shí)現(xiàn)方式中，會(huì)在運(yùn)行實(shí)體被調(diào)用之前讀數(shù)據(jù)，在運(yùn)行結(jié)束后寫(xiě)數(shù)據(jù)。

圖2.13　顯式模式與隱式模式的對(duì)比

對(duì)于C/S通信模式，可分為同步（Synchronous）和異步（Asynchronous）兩種模式，它們的對(duì)比如圖2.14所示。

圖2.14　同步模式和異步模式的對(duì)比

（4）運(yùn)行實(shí)體間變量

運(yùn)行實(shí)體間變量（Inter Runnable Variable，IRV）即兩個(gè)運(yùn)行實(shí)體之間交互的變量，如圖2.15所示

圖2.15　運(yùn)行實(shí)體間變量示意

注：本文節(jié)選自宋珂、王民、單忠偉、譚楊編著的《AUTOSAR規(guī)范與車(chē)用控制器軟件開(kāi)發(fā)》