任务5.1 AutoSAR基础知识与应用-课件

主讲老师：李锋AutoSAR基础知识与应用项目5：智能驾驶AP应用开发与算法简介任务5.1《车载计算平台技术与应用》目录任务导入AssignmentINTRO学习目标LearningobjectivesCONTENTS0102知识准备Backgroundknowledge03课堂总结Classroomsummary05课堂小测Classroomquizz04思政专栏2023年末，AUTOSAR组织发布了最新版本AUTOSARR23-11标准。2024年3月14日，在2024第五届软件定义汽车论坛暨AUTOSAR中国日上，据AUTOSAR中国技术官钱贾敏介绍，此次更新主要集中在信息安全、功能安全以及通信协议栈等三个方面。AUTOSARR23-11思政专栏在安全性方面，针对传统IT行业硬件加速驱动在功能安全方面的不足，AUTOSAR进行了补强，增加了硬件加速API。API包括驱动管理、故障监控等功能，确保硬件加速应用满足功能安全要求。在信息安全方面，完善了MACSec与防火墙的规范，并对身份与认证管理（IAM）进行了规范文档结构的调整。此外，AUTOSAR还新增了SOME/IP-ACL功能来防止非法服务及订阅，确保服务订阅方和服务提供方的安全互访。SOME/IP-ACL思政专栏AUTOSAR在R23-11版本中加强了对TSN的支持，包括时间同步及AVB传输层等。这有助于提升系统整体性能，确保网络通信的确定性与可靠性。AUTOSAR在R23-11的更新主要涵盖了功能安全与信息安全、执行与网络通信的确定性以及新增了AP架构重构。在智能网联汽车行业，智能驾驶技术如何与AUTOSAR自适应平台实现深度融合？AUTOSAR软件架构PART01任务导入AssignmentINTRO任务导入在这个快速发展的汽车技术时代，AutoSAR已经成为汽车电子电气架构设计的重要标准之一。通过这门课程，我们将深入了解AutoSAR的核心概念、它如何影响现代汽车的开发，以及它是如何帮助汽车制造商实现软件的模块化、可重用性和互操作性的。AutoSARPART02学习目标Learningobjectives学习目标素质目标了解AutoSAR的由来和概述，感受技术的创新与进步；学习并熟悉AutoSAR层级，培养学生形成严谨细致的学习态度。能力目标能用自己的语言描述AutoSAR的基本概念[A56]；能总结AutoSAR三个层级的具体功能[A57]；能阐述自适应平台模块对应功能[A58]。知识目标了解AutoSAR的基本概念[K66]；熟悉并理解AutoSAR三个层级[K67]；熟悉AutoSAR自适应平台功能模块[K68]；了解AutoSAR平台的分类[K69]。PART03知识准备Backgroundknowledge一、AutoSAR的由来和概述1.AutoSAR的由来汽车电子控制基本构成在2003年，由全球汽车制造商、零部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立了汽车开放系统架构联(AUTomotiveOpenSystemARchitecture，AUTOSAR)，并联合推出了一个开放化的、标准化的汽车嵌入式系统软件架构--AUTOSAR规范。一、AutoSAR的由来和概述1.AutoSAR的概述AutoSARAutoSAR就是“汽车开放系统架构”允许汽车制造商和供应商开发可互操作和可重用的软件组件，以提高汽车电子系统的开发效率、质量、安全性和可维护性。（1）AutoSAR简易描述一、AutoSAR的由来和概述1.AutoSAR的概述AutoSAR架构图整体的AutoSAR架构主要分为三个层级：应用软件层（AppL），实时运行环境（RTE）和基础软件层（BSW）。（2）AutoSAR架构描述二、AutoSAR层级介绍1.应用软件层（ASW）应用软件层AutoSAR的应用软件层（ApplicationSoftwareLayer,ASW）是AutoSAR架构中的一个关键部分，它位于运行时环境（RuntimeEnvironment,RTE）之上，并且与基础软件层（BasicSoftwareLayer,BSW）交互。二、AutoSAR层级介绍1.应用软件层（ASW）软件组件1）应用软件层由多个SWCs组成，每个SWC封装了特定的功能或服务。2）SWCs通过RTE进行通信，实现数据交换和功能协调。（1）软件组件（SoftwareComponents,SWCs）二、AutoSAR层级介绍1.应用软件层（ASW）运行实体1）运行实体是SWCs中的执行单元，可以响应RTE的事件或周期性调用执行任务。2）REs可以是事件触发的，也可以是周期性触发的。（2）运行实体（RunnableEntities,REs）二、AutoSAR层级介绍1.应用软件层（ASW）端口1）端口是SWCs之间通信的接口，分为提供端口（ProvidePorts）和需求端口（RequirePorts）2）提供端口用于发布服务或数据，需求端口用于订阅其他组件的服务或数据。（3）端口（Ports）二、AutoSAR层级介绍1.应用软件层（ASW）接口1）接口定义了SWCs之间如何通信，包括数据类型、信号、方法调用等。2）接口可以是同步的也可以是异步的，支持复杂的数据交换模式。（4）接口（Interfaces）二、AutoSAR层级介绍1.应用软件层（ASW）事件和信号1）事件是RTE用来触发REs执行的机制，可以是周期性的或由特定条件触发。2）信号是SWCs之间交换数据的一种方式，可以是简单的数据值或更复杂的数据结构。（5）事件和信号二、AutoSAR层级介绍1.应用软件层（ASW）通信机制应用软件层的通信通过RTE实现，RTE管理SWCs之间的通信路径和数据交换。（6）通信机制二、AutoSAR层级介绍2.实时运行环境（RTE）实时运行环境AutoSAR的实时运行环境（RuntimeEnvironment,RTE）是AutoSAR架构中的一个核心组件，它在应用软件层（ApplicationSoftwareLayer,ASW）和基础软件层（BasicSoftwareLayer,BSW）之间提供通信和调度服务。二、AutoSAR层级介绍3.基础软件层（BSW）基础软件层AutoSAR的基础软件层（BasicSoftwareLayer,BSW）是整个AutoSAR架构的底层，提供了与硬件直接交互的接口和服务。二、AutoSAR层级介绍3.基础软件层（BSW）基础软件层1）微控制器抽象层（MCAL）：提供对微控制器特定功能的访问，如I/O操作、中断处理、时钟管理等。2）ECU抽象层（ECAL）：为不同的ECU提供统一的接口，包括电源管理、看门狗管理等。（1）BSW的主要组成部分二、AutoSAR层级介绍3.基础软件层（BSW）基础软件层3）服务层（ServiceLayer）：提供了一系列的服务，如通信服务、内存管理服务、诊断服务等。4）复杂驱动（ComplexDrivers,CDD）：包括对复杂硬件设备的驱动程序，如CAN、LIN、FlexRay等通信接口。（1）BSW的主要组成部分二、AutoSAR层级介绍3.基础软件层（BSW）基础软件层5）操作系统（OperatingSystem,OS）：如果ECU需要，BSW可以包含一个实时操作系统，提供任务调度、同步机制等。6）通信协议栈（CommunicatonProtocolStack）：包括对不同通信协议的支持，如CAN、LIN、MOST等。（1）BSW的主要组成部分二、AutoSAR层级介绍3.基础软件层（BSW）基础软件层1）硬件抽象：通过MCAL和ECAL，BSW为ASW提供了对硬件的抽象，使得ASW可以独立于具体的硬件平台开发。2）模块化：BSW由多个模块化组件构成，每个组件负责特定的功能。（2）BSW的设计原则二、AutoSAR层级介绍3.基础软件层（BSW）基础软件层3）标准化接口：BSW为ASW提供了标准化的接口，简化了ASW的开发。4）可配置性：BSW支持高度的可配置性，以适应不同的硬件和应用需求。（2）BSW的设计原则二、AutoSAR层级介绍3.基础软件层（BSW）基础软件层5）可扩展性：BSW设计为可扩展，可以根据需要添加新的服务和功能。6）实时性：BSW支持实时操作，确保任务的及时响应和执行。（2）BSW的设计原则三、AutoSAR自适应平台1.AutoSAR平台的分类经典平台ClassicAUTOSAR将微控制器上的软件抽象为三个软件层:应用程序、运行时环境(RTE)和基本软件(BSW)，其中BSW分为三个主要层:服务层ECU抽象层和微控制器抽象层，应用与应用之间，以及应用于BSW之间的通信都是经过RTE完成数据交换，因此做到了应用与硬件的完全独立。（1）AutoSARClassicPlatform架构三、AutoSAR自适应平台1.AutoSAR平台的分类自适应平台AdaptiveAUTOSAR平台为AUTOSAR应用实现了运行环墇ARA，使用两种接口完成数据交换:服务和API，平台由功能集群组成。（2）AutoSARAdaptivePlatform架构三、AutoSAR自适应平台1.AutoSAR平台的分类虽然两者的应用场景不太一样，但自适应平台（AP）并不是经典平台（CP）的替代品，经典平台多应用于注重硬实时和安全的嵌入式系统中；而自适应平台则侧重于高性能计算等应用场合，诸如ADAS，互联网V2X、图像处理等的开发。（3）特性比较CLASSICPLATFORMADAPTIVEPLATFORM基于OSEK操作系统基于POSIX（Linux、QNX）操作系统C开发语言C++开发语言从ROM执行代码应用加载到RAM执行所有应用使用相同的地址总线（支持MPU）每一个应用有自己虚拟的地址空间（支持MMU）三、AutoSAR自适应平台1.AutoSAR平台的分类续上表（3）特性比较CLASSICPLATFORMADAPTIVEPLATFORM基于信号的通信（CAN，FlexRay）面向服务通信规范规范作为约束标准，代码作为演示固定的任务配置支持多动态调度策略具体硬实时要求（单位微秒）有软实时要求（单位毫秒）算力要求低~1000DMIPs算力要求高>20.000DMIPs安全等级要求高达ASILD安全等级至少ASILB适用于发动机控制、制动系统、安全气囊控制单元等系统适用于无线更新（OTA）、传感器融合数据处理，持久性，在车辆运行时动态选择应用程序包等系统三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍组件一览AutoSAR作为中间层的软件框架，必然需要定义一系列的功能模块，承载不同的职能。此次我们教学所用到的设备是华为MDC300计算平台，以支持的模块采用AUTOSARr191规范进行设计开发，所以我们对其常用的部分组件进行详细阐述。三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍系统接口1）操作系统应提供符合PSE51标准的POSXI兼容API接口；2）操作系统应支持周期性时间触发的执行功能，进程中的算法可以是时间触发的。（1）操作系统接口（OSI）三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍系统接口3）操作系统接口应支持C++11，AP进程是用C++编写的，接口应该符合C++11；4）操作系统应支持把ExecutionManagement拉起作为第一个执行进程;操作系统应支持为进程或者进程组配置内存和CPU资源预算；（1）操作系统接口（OSI）三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍系统接口5）操作系统应提供绑定进程到CPUCore的机制；6）操作系统应支持软件实体对系统对象访问的权限管理机制，应用进程只能通过授权的系统调用来访问系统资源；7）操作系统提供多进程，以便支持应用程序隔离。（1）操作系统接口（OSI）三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍核心类型1）ErrorHandling对于ASIL应用程序，由于ASIL认证的C++编译器缺乏异常支持，通常不可能使用C++异常，因此AP平0台引入了ara:core::ErrorCode和ara:core::Result概念，该概念允许在没有C++异常的情况下进行错误处理，并定义了许多C++数据类型来帮助实现这一目标。（2）核心类型三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍核心类型2）Advanceddatatypes增强的数据类型定义在ara:corenamespace中，包括AP自己的内存分配相关的数据类型如Vector，Map积String，以及Manifest中一些constructs用到的类型如StringView,Span,Optional和Variant。（2）核心类型三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍核心类型3）Primitivedatatypes定义可在ServiceInterface描述中使用的基元类型。4）Globalinitializationandshutdownfunctions全局初始化和关闭函数，包括ara::core:nitialize和ara:core::Deinitialize，此调用必须在main()内部进行。（2）核心类型三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍通信管理通信管理（CommunicationManagement）负责分布式实时嵌入式环境中应用程序之间通信的各个方面，为应用之间的通信提供服务，应用程序无需关注承载通信的网络和协议。其背后的概念是把应用从实际的通信机制中抽象出来，以便应用软件开发者可以专注于应用软件本身的功能和需求实现。（3）通信管理三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍持久化存储持久化存储（Persistency）为AP平台的应用程序和其他FCs提供了将系统启动和运行过程中的数据存储在AP计算机平台的非易失性存储器中的机制。Persistency提供访问非易失性存储器的标准接口。（4）持久化存储三、AutoSAR自适应平台2.自适应平台功能模块介绍持久化存储执行管理（ExecutionManagement）负责系统执行管理的各个方面，包括平台初始化和应用程序的启动、关闭。执行管理与操作系统配合使用，以实现应用程序的运行时调度。对于MDC平台而言EM是操作系统第一个启动的进程，EM根据应用程序的配置控制进程的启停，过程中能够为应用程序加载不同的启动配置。EM还支持同一个可执行文件的多进程启动。（5）执行管理三、AutoSAR自适应平台3.AutoSAR自适应平台应用AP应用AP支持基于服务的通信（Service-OrientedCommunication,SOC），利用以太网和SOME/IP协议，允许不同的软件组件以服务的形式进行通信和数据交换。（1）面向服务的通信三、AutoSAR自适应平台3.AutoSAR自适应平台应用AP应用AP适用于高性能计算场景，例如自动驾驶（ADAS）、智能座舱和车联网等，这些应用通常需要复杂的数据处理和快速的响应时间。（2）高性能计算三、AutoSAR自适应平台3.AutoSAR自适应平台应用AP应用AP促进了软件组件在不同车辆平台和ECU上的可扩展性和可重用性，通过标准化的接口和方法，提高了软件组件的互操作性。（3）软件的可扩展性和可重用性三、AutoSAR自适应平台3.AutoSAR自适应平台应用AP应用AP包括用于诊断和维护功能的标准化机制，增强了汽车系统的整体可靠性和可管理性。（4）维护和诊断三、AutoSAR自适应平台3.AutoSAR自