1 系列目標
本系列文章的目的是解釋 AUTOSAR 系列中基于信號的通信的基本概念，但不深入 AUTOSAR 本身。當我為一家 2 級汽車供應商從事基于信號的通信項目時，我意識到我對 AUTOSAR 的了解并不能幫助我順利開始該項目。相反，自始至終，這是一段艱難的旅程，我通過翻閱來自組織內部和外部的大量文件來了解車輛通信的細節(jié)。大多數(shù)時候，我分散了必須處理的信息片段，卻不知道它與另一條信息之間的關系，以及當信息穿過 AUTOSAR 軟件組件的各個層時它如何影響其他東西。通過系列文章，我試圖帶來與車輛基于信號的通信概念相關的非常底層的信息。本系列文章的目標受眾是汽車軟件開發(fā)人員，他們必須在經典 AUTOSAR 框架內處理車輛通信，并且需要對需要解析信號數(shù)據(jù)并進行通信的軟件組件進行建模或使用，以將其稱為應用軟件。
2 簡介
AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構）是領先的汽車制造商和供應商的一項標準化計劃，成立于 2003 年秋季。目標是開發(fā) ECU 軟件的參考架構，以管理現(xiàn)代車輛中日益復雜的 ECU。AUTOSAR 體系結構的基本元素包括正式定義的軟件組件 (SWC)，具有與基本軟件 (BSW) 的明確指定接口，進而提供基本的標準服務，例如總線通信、內存管理、IO 訪問、系統(tǒng)和診斷服務。另一個基本元素是將 SWC 與 BSW 連接起來的運行時環(huán)境 RTE。人們可能遇到的最高級別的分層架構圖如下圖所示。
AUTOSAR 架構中的重要層。資料來源：autosar.org通過這樣的標準，汽車軟件社區(qū)的開發(fā)人員在應用層上競爭，同時標準化硬件及其接口，從而消除開發(fā)硬件（例如 ECU）和后來可以運行的應用軟件的巨大成本在新硬件之上。從車主的角度來看，他可以選擇從他選擇的供應商處更換ECU，而不限于車輛公司指定的供應商。綠色的 BSW 層進一步細分為 4 個重要的分層組件，即服務層、ECU 抽象層 (ECUAL)、微控制器抽象層 (MCAL) 和復雜驅動層。
BSW 中的層 資料來源：autosar.org
BSW 中的組件 資料來源：autosar.org
3 BSW 內部的通信架構
我這篇文章的重點是AUTOSAR中基于信號的通信，其BSW層的相關組件在上圖中的黑框中突出顯示。可以在下圖中看到對這一層的仔細觀察。
AUTOSAR 中的通信層。資料來源：autosar.org
因此，從通信的角度來看，與 AUTOSAR 中的幾種通信機制（或汽車術語中的總線系統(tǒng)）相關的驅動程序和接口，即以太網、FlexRay、CAN 和 LIN 可以在上圖中看到。所有這些都將數(shù)據(jù)（此處的信號）傳遞到稱為 PDU 路由器的基本軟件組件，然后信號再次通過 AUTOSAR COM 傳遞到 RTE，從 RTE 將信號發(fā)送到應用層內的相關應用軟件。
4 汽車中的總線系統(tǒng)
在不深入了解車輛通信協(xié)議在過去幾十年中如何演變的歷史細節(jié)的情況下，我想重點介紹廣泛用于車輛通信并受 AUTOSAR 標準支持的重要總線系統(tǒng)。
1.CAN或控制器局域網：這個繁忙的系統(tǒng)由 Robert Bosch GmbH 在八十年代初開發(fā)，并于 1994 年成為國際標準化 (ISO 11898)。CAN 總線系統(tǒng)支持高達 1 Mbit/s 的數(shù)據(jù)速率。
2.CAN FD或控制器局域網靈活數(shù)據(jù)速率：這是 CAN 總線系統(tǒng)的進一步發(fā)展。它支持更高的數(shù)據(jù)速率（最大 8 Mbit/s）和多達 64 個數(shù)據(jù)字節(jié)。
3.LIN或本地互連網絡：專為汽車中智能傳感器和執(zhí)行器的經濟高效通信而開發(fā)。LIN 總線系統(tǒng)特性：主/從架構（單主和多達 16 個從屬）、保證延遲時間、數(shù)據(jù)幀的可變長度、配置靈活性等等。
4.FlexRay：該總線系統(tǒng)被設計為用于所有與安全相關的應用程序以及在汽車中傳輸大量數(shù)據(jù)的總線系統(tǒng)。FlexRay 總線系統(tǒng)特性包括高達 10 Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸、所有網絡的冗余實現(xiàn)、確定性傳輸行為。
5.以太網：這是我們都知道的術語，并且已經過時了，由于其架構的固有性質，它很容易適應車輛通信的需求。對于汽車應用，使用以太網的特定標準 IEEE802.3。它們的優(yōu)勢在于它們的大帶寬、網絡的可擴展性以及使用經過驗證的通信協(xié)議。
5 AUTOSAR中對通信概念的需求
AUTOSAR 中對通信概念的需求源于這樣一個事實，即現(xiàn)代車輛依靠軟件來感知其內部和外部環(huán)境并采取/計劃可能是先發(fā)制人的糾正措施或可能是駕駛員計劃的行動過程或車輛本身。由于我們正處于自動駕駛汽車的風口浪尖，而且汽車中的軟件都是針對自動駕駛功能的，所以我會堅持汽車可以在一定程度上控制自己的想法。在任何情況下，車輛從傳感器收集的數(shù)據(jù)都必須在某處進行處理，以便車輛可以決定需要采取什么行動才能安全運行并同時達到目標，例如從 A 點到 B 點。在這一點上，我喜歡將自動駕駛汽車與人體進行類比：
車輛通信基礎設施與人類神經系統(tǒng)的類比1. 人體具有眼睛、鼻子、皮膚、觸覺和耳朵等形式的傳感器，用于感知外部環(huán)境，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央單元，即我們的大腦，稍后可以采取行動向我們的身體部位發(fā)送信號的形式，例如手和腿向某個方向移動。同樣，車輛具有雷達、激光雷達、攝像頭等傳感器，它們可以感知外部環(huán)境，將信號發(fā)送到可以處理這些數(shù)據(jù)的 ECU。2. 大腦還通過向身體的各個部位發(fā)送信號來控制身體內部功能，例如消化食物、泵血、從血液中提取二氧化碳和許多其他功能，使我們能夠過上健康的生活，我們'不知道在我們的日常生活中。但是大腦能夠完成這些任務，因為它具有神經系統(tǒng)形式的通信基礎設施。同樣，車輛還需要執(zhí)行數(shù)百個基本功能以持續(xù)監(jiān)控其內部環(huán)境，例如電池功耗、溫度以保持傳感器和 ECU 的安全運行水平等等，并且必須根據(jù)數(shù)據(jù)做出有凝聚力的決策保持車輛健康用于故障安全操作（自動駕駛汽車行業(yè)的流行詞）。為了實現(xiàn)這種連貫的功能，將所有傳感器信息傳送到中央單元或將信息分發(fā)到不同的單元，車輛需要一個通信基礎設施，可以認為傳感器通過電纜和電線連接到一個或多個處理 ECU。
為了標準化通信基礎設施的接口，需要一個通信概念，而 AUTOSAR 已經成功地提出了一個。
6 通信在車輛中的工作原理
在非常普遍的意義上，車輛傳感器檢測到這些變化。傳感器在此過程中產生的數(shù)據(jù)是信號形式的原始數(shù)據(jù)。正是這個信號首先被轉換為適合通過傳感器內的較小 ECU 通過通信基礎設施傳輸?shù)男盘枴Ｈ缓笤撔盘柾ㄟ^電纜和電線發(fā)送，也稱為物理通道， 分配給處理它的ECU。在 AUTOSAR 術語中，它通常稱為通信總線。ECU 在其硬件層中接收原始信號數(shù)據(jù)，并在 MCAL、HWAL、服務層中進行處理，最后轉發(fā)到 AUTOSAR 運行時環(huán)境 (AUTOSAR RTE)，然后再將其發(fā)送到運行基于傳感器數(shù)據(jù)輸入的決策算法。如下圖所示。
AUTOSAR 中通信基礎設施的總體示意圖
在上圖中，已說明了一般草圖。實際上，車輛可能不支持所有通信系統(tǒng)和協(xié)議。但是應該帶走的信息是，通信發(fā)生在特定通道上，該通道旨在支持特定系統(tǒng)（LIN、CAN、FlexRay 或以太網）。
7 通信基礎設施
在第 5 節(jié)中，我介紹了通信基礎設施這一術語，它包含所有元素，包括高級和低級，可用于和定制以實現(xiàn)與依賴于車輛通信的通信和車輛服務相關的所需車輛功能。在 AUTOSAR 中，通信基礎設施可以再次分解為高級元素，例如通信拓撲，這只是意味著通信點的布局（請參閱本文以了解網絡拓撲的概述）和由 AUTOSAR 元素組成的通信控制，即通信集群，物理通道和控制通過車輛通信網絡的數(shù)據(jù)流的ECU 。
8 結論
在本文中，我深入探討了 AUTOSAR 中信號通信的高級機制和術語，并解釋了這些高級元素是如何組合在一起的。
轉自智能汽車開發(fā)者平臺
