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時間：2021-08-04 02:02:00

關鍵字： AUTOSAR 自動駕駛

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[導讀]隨著汽車智能化和網聯(lián)化的深入，自動駕駛，Car2-X應用程序以及更強大的交互性和連接性的特點，這些功能它們需要一個新的軟件平臺來支持這些驅動程序定義的新需求，并允許其增量部署無線傳輸，這在經典的AUTOSAR平臺上已經不可行了。一.AUTOSAR自適應平臺隨著自動駕駛技術的發(fā)展，...

隨著汽車智能化和網聯(lián)化的深入，自動駕駛，Car2-X應用程序以及更強大的交互性和連接性的特點，這些功能它們需要一個新的軟件平臺來支持這些驅動程序定義的新需求，并允許其增量部署無線傳輸，這在經典的AUTOSAR平臺上已經不可行了。

一.AUTOSAR自適應平臺

隨著自動駕駛技術的發(fā)展，更多復雜的功能將集成到未來的汽車中。AUTOSAR自適應平臺針對功能更強大的板載計算機提供更高級別的功能。

AUTOSAR自適應平臺與AUTOSAR經典平臺區(qū)別如下:

1)適用場景方面：
AUTOSAR經典平臺是基于C編程語言和功能相對簡單的嵌入式的設備而開發(fā)的。AUTOSAR自適應平臺使用C 編程語言進行了更高的抽象級別及依賴于性能更強大的硬件。目標硬件依賴多核CPU和高性能計算（HPC）能力的單板PC，運行POSIX PSE51兼容操作系統(tǒng)。

2)體系結構方面：
在體系結構方面，自適應平臺遵循與經典平臺相似的模式：標準化的分層體系結構，為應用程序提供了與硬件無關的API和服務。如下圖所示：自適應平臺的應用程序的AUTOSAR運行時環(huán)境（ARA）繼承了Classic平臺RTE，提供了大量的庫和服務。

圖1 AUTOSAR經典平臺的體系結構

圖2 AUTOSAR自適應平臺的體系結構
3)通信內存及操作系統(tǒng)方面：
下表總結了Adaptive Platform的系統(tǒng)性能特征，并描述了與ClassicalPlatform的區(qū)別。
表1：經典平臺和自適應平臺之間的系統(tǒng)性能比較

1）經典平臺的通信協(xié)議基于在系統(tǒng)運行前的靜態(tài)預配置的基于信號的規(guī)范，而自適應平臺基于面向服務的通信，允許動態(tài)啟動通信。即在Classic Platform中，運行時的服務必須在編譯時處理確定的，在Adaptive Platform 平臺支持運行時服務的動態(tài)注冊，并可以為每個SWC指定作用域：1）只能發(fā)現(xiàn)預配置的服務實例，2）完全開放以允許被發(fā)現(xiàn)使用）。
2）自適應平臺應支持的應用程序動態(tài)調度策略，它允許在運行時動態(tài)部署應用程序。
3）另一個重要特征是內存管理單元，操作系統(tǒng)通過它執(zhí)行的每個進程（任務）都有自己的虛擬地址，而不會識別其他進程的存在。即使在運行期間部署應用程序，也能保證應用程序之間獨立運行不受干擾。

二. AUTOSAR自適應平臺的關鍵功能

1)面向服務的體系結構SOA:
如下圖所示，面向服務的體系結構（SOA）是一種基于服務創(chuàng)建軟件體系結構的方法,它允許應用程序組件和其他軟件組件之間交換和使用服務，注意：這里的服務是指為應用程序提供的功能超出了基本操作軟件已經提供的功能，可獨立于TIER1提供的基礎軟件上進行自適應的增加新的服務功能。

圖3 面向服務的通信范例
如下圖所示，應用程序被解釋為一組數(shù)據(jù)提供（傳感器），數(shù)據(jù)處理（應用程序邏輯）和數(shù)據(jù)消耗（執(zhí)行器）服務。通信路徑遵循生產者/消費者或客戶/服務器模型，其中某些應用程序以生產者的身份提供服務，而其他應用程序以消費者的身份訂閱服務。并通過SOME/IP協(xié)議進行傳輸?shù)娇偩€。

圖4 基于SOME/IP面向服務的通信
2)SOME / IP通信協(xié)議
基于SOME / IP協(xié)議的通信API的序列化和反序列化，以客戶端/服務器方式實現(xiàn)了應用程序之間通信數(shù)據(jù)的交換。與經典方式不同（無論接收方需不需要數(shù)據(jù)，都廣播所有數(shù)據(jù)）只有所需的數(shù)據(jù)被訂閱并到達客戶端。例如在以CAN總線為主的車載網絡中，通信過程是面向信號的（除了診斷通信之外），這是一種根據(jù)發(fā)送者需求實現(xiàn)的通信過程，當發(fā)送者發(fā)現(xiàn)信號的值變化了，或者發(fā)送周期到了，就會發(fā)送信息，而不考慮接收者是否有需求。而SOME/IP則不同，它是在接收方有需求的時候才發(fā)送，這種方法的優(yōu)點在于總線上不會出現(xiàn)過多不必要的數(shù)據(jù)，從而降低負載。

圖5 應用程序之間的通信
3)基于POSIX的操作系統(tǒng):
操作系統(tǒng)負責自適應平臺的所有應用程序的資源管理以及它們與硬件層的交互。AUTOSAR沒有為Adaptive Platform指定新的操作系統(tǒng)，而是定義了它的執(zhí)行上下文和供AdaptiveApplications使用的必需的操作系統(tǒng)接口（OSI）。為了滿足AUTOSAR為自適應平臺定義的要求，OSI應該支持POSIX標準庫。AUTOSAR Adaptive為POSIX操作系統(tǒng)進行了標準化規(guī)范的實時運行環(huán)境,此外,操作系統(tǒng)應通過在啟動和運行時的動態(tài)調度和通信路徑的動態(tài)配置功能來支持應用程序的動態(tài)行為。
三. AUTOSAR自適應平臺的的功能堆棧
自適應平臺軟件平臺包括11個功能集群，可以將其大致分為三類：基本功能，通信以及安全性。
1)基本功能

執(zhí)行管理

處理應用程序以及整個ECU的狀態(tài)。開機并啟動內核后，它將啟動系統(tǒng)初始化并控制所有其他應用程序軟件組件的啟動和終止。它可以通過原型進行高度配置，從而管理依賴計算機狀態(tài)的應用程序集。為了易于使用，可以將相關應用程序捆綁在功能組中以實現(xiàn)常見的執(zhí)行屬性。

操作系統(tǒng)接口

指定的功能不能由Adaptive Platform本身有效地實現(xiàn)，而是由主機操作系統(tǒng)有效地實現(xiàn)。具體功能特性如下：（1）符合PSE51（2）包括內存和CPU的資源管理（3）支持時間觸發(fā)的執(zhí)行機制。此功能集群還確保在初始化主機系統(tǒng)后，操作系統(tǒng)將控制權移交給執(zhí)行管理。

日志記錄和跟蹤

為Adaptive Applications和平臺的其余部分提供API來記錄發(fā)生的事件。它支持嚴重性級別（調試，通知，警告，錯誤）以及支持上下文和用于分組和過濾消息的logger IDs。

持久性

為（只讀）配置數(shù)據(jù)提供永久存儲，并支持特定于應用程序的數(shù)據(jù)讀取和寫入。從功能上講，它支持錯誤檢測和糾正。提供了基于文件和鍵值API。

時間同步

允許應用程序設置和檢索公共時基。此功能集群本身不提供時基，但允許其用戶充當時間提供者（主）或請求者（從屬）。不同的時基（本地，全局，同步）允許客戶端可以維護自己的時基，或者在不同ECU內或之間進行同步。
2)通訊

通信管理

提供了基于服務的通信，實現(xiàn)應用程序以及應用程序與平臺服務之間通信。它定義了服務接口，這是一種靈活的耦合機制，用于定義提供的和所需的接口。這些接口可以是方法（例如：遠程過程調用），字段（可讀寫共享內存）和事件（只讀通知）。端口允許將多個接口組合在一起。通信管理從基礎協(xié)議或總線（vSOMEIP，CAN等）中抽象出來。

Restful communication

Restful communication提供了一種基于服務通信范例。該功能集群提供了基本的構建塊，以創(chuàng)建自適應應用程序，這些應用程序提供基于REST的服務（服務器部分）或與其他服務端部分（客戶端部分）進行交互。

3)安全保障

身份和訪問管理

提供類似于權限管理的機制，該機制允許授予或拒絕從Adaptive Applications到Adaptive PlatformFoundation and Services的訪問。

密碼管理

密碼提供了一個標準化的接口來訪問多種密碼算法。例如隨機數(shù)生成，哈希算法以及幾個對稱和非對稱密碼算法。

平臺運行健康管理

允許使用執(zhí)行管理的API監(jiān)督自適應平臺應用程序。如果發(fā)生故障，可以配置特定的操作。可能的操作包括重新啟動應用程序，或應用程序，功能組或ECU中的狀態(tài)更改。
4）自適應平臺服務
有四個指定的Adaptive Platform Services：

診斷

提供統(tǒng)一診斷（UDS，ISO 14229）和IP診斷（DoIP，ISO 13400）規(guī)范中指定的服務。這包括Diagnostic Events的概念，即錯誤，警告或故障，以及Diagnostic Communication的概念，即處理上述事件發(fā)生到持久性存儲的傳輸。

信號到服務的映射

為Classic平臺提供了一個兼容性層。它將經典平臺中的信號轉換為自適應平臺中的服務。因此，可以實現(xiàn)CP和AP軟件組件之間的互操作性。

網絡管理

處理總線的狀態(tài)管理，如果需要進行時間緊迫的通信，則可以使總線保持活動狀態(tài)。

狀態(tài)管理

負責定義ECU的當前活動狀態(tài)。功能組較小粒度的狀態(tài)轉換，允許功能集群和/或自適應應用程序組的單獨組狀態(tài)的轉換。在狀態(tài)更改請求的情況下，它將觸發(fā)執(zhí)行管理以執(zhí)行必要的更改。

更新和配置管理

提供了在ECU上安裝新軟件和升級現(xiàn)有軟件組件的方法。支持空中升級（OTA）和現(xiàn)場升級（通過車載診斷設備）。
四. Adapative AUTOSAR的實施
與經典平臺一樣，需要軟件堆棧才能在量產軟件中使用AUTOSAR。下表列出了提供或已經宣布提供Adaptive Platform軟件堆棧的制造商：

Vendor	Stack
Elektrobit	EB corbos AdaptiveCore
Vector	Adaptive MICROSAR

五. AdapativeAUTOSAR的發(fā)展路線圖
如下圖所示，標準開發(fā)將從當前的開發(fā)階段切換到更穩(wěn)定的演進階段，成熟度級別一直提高到R18-10，然后質量穩(wěn)定，同時繼續(xù)發(fā)布功能。R18-10計劃與Classic Platform 4.4.0同步。從那時起，Classic（CP）和Adaptive Platform（AP）的發(fā)布周期將同步，這使得更容易同時推出影響兩個平臺的新功能。