AUTOSAR 全面中文教程1

AUTOSAR 全面中文教程

AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) 是由全球主要汽车制造商和供应商于2003年共同创立的开放式标准化汽车软件架构。本教程将带您从入门到精通，全面掌握AUTOSAR技术体系。

目录

  1. AUTOSAR 概述
  2. AUTOSAR Classic Platform 经典平台
  3. 基础软件层 (BSW) 详解
  4. 运行时环境 (RTE) 详解
  5. 软件组件 (SWC) 详解
  6. 通信栈 (Communication Stack)
  7. AUTOSAR Adaptive Platform 自适应平台
  8. AUTOSAR 开发流程与方法论
  9. 常用开发工具介绍
  10. 实战案例与最佳实践

1. AUTOSAR 概述

1.1 什么是 AUTOSAR？

AUTOSAR 是一个全球性的汽车开发合作组织，其目标是：

  • 标准化 ECU（电子控制单元）软件架构
  • 实现 软件模块化、平台化和可重用性
  • 降低 开发成本和缩短开发周期
  • 提高 软件质量和系统可靠性

1.2 AUTOSAR 的核心理念

"在标准上合作，在实现上竞争"
(Cooperate on standards, compete on implementation)

1.3 AUTOSAR 两大平台

特性 Classic Platform (CP) Adaptive Platform (AP)
发布年份 2003年 2017年
目标应用 实时性、安全关键型控制 高性能计算、智能驾驶
编程语言 C语言 C++
操作系统 OSEK/VDX POSIX兼容
通信方式 信号级通信 面向服务 (SOA)
更新方式 静态配置 支持OTA动态更新

1.4 AUTOSAR 发展历程

2003年 ─ AUTOSAR组织成立
│
2006年 ─ Release 2.0 发布
│
2009年 ─ Release 4.0 发布（主流版本）
│
2017年 ─ Adaptive Platform 发布
│
2019年 ─ Release 4.4 发布
│
2023年 ─ 持续演进中...

2. AUTOSAR Classic Platform 经典平台

2.1 整体架构

Classic AUTOSAR 采用分层软件架构，将ECU软件分为三个主要层次：

┌────────────────────────────────────────────────┐
│ 应用层 (Application Layer) │
│ [SWC] │
├────────────────────────────────────────────────┤
│ 运行时环境 (RTE) │
│ 虚拟功能总线 (VFB) │
├────────────────────────────────────────────────┤
│ 基础软件层 (BSW) │
│ ┌──────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 服务层 (Services Layer) │ │
│ ├──────────────────────────────────────────┤ │
│ │ ECU抽象层 (ECU Abstraction) │ │
│ ├──────────────────────────────────────────┤ │
│ │ MCAL (微控制器抽象层) │ │
│ └──────────────────────────────────────────┘ │
├────────────────────────────────────────────────┤
│ 微控制器硬件 │
└────────────────────────────────────────────────┘

2.2 分层设计的优势

  1. 硬件独立性：应用软件与硬件解耦
  2. 可移植性：软件可在不同ECU间迁移
  3. 可重用性：标准化接口促进组件复用
  4. 可扩展性：易于添加新功能

3. 基础软件层 (BSW) 详解

3.1 BSW 层次结构

BSW 是AUTOSAR架构中的底层软件，为上层应用提供标准化服务。

┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ 服务层 (Services Layer) │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐│
│ │ OS │ COM │ DCM │ DEM │ NvM │ WdgM │ EcuM │ BswM ││
│ └─────────────────────────────────────────────────┘│
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ ECU抽象层 (ECU Abstraction Layer) │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐│
│ │ CanIf │ LinIf │ FrIf │ EthIf │ MemIf ││
│ └─────────────────────────────────────────────────┘│
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ 微控制器抽象层 (MCAL) │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐│
│ │ Can │ Lin │ Spi │ Adc │ Pwm │ Dio │ Gpt │ Mcu ││
│ └─────────────────────────────────────────────────┘│
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ 复杂驱动 (CDD) │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

3.2 服务层 (Services Layer)

服务层是BSW的最高层，提供系统级服务：

模块 名称 功能描述
OS 操作系统 任务调度、中断管理、资源管理
COM 通信服务 信号级通信、PDU管理
DCM 诊断通信管理 UDS诊断服务实现
DEM 诊断事件管理 故障码(DTC)管理
NvM 非易失存储管理 EEPROM/Flash数据管理
WdgM 看门狗管理 系统监控、死锁检测
EcuM ECU状态管理 启动、睡眠、唤醒管理
BswM BSW模式管理 模式切换协调

3.3 ECU 抽象层

ECU抽象层提供统一接口，使上层独立于具体硬件实现：

/* ECU抽象层示例 - CAN接口 */
Std_ReturnType CanIf_Transmit(
PduIdType TxPduId,
const PduInfoType* PduInfoPtr
);


/* 上层只需调用接口，无需关心底层CAN控制器类型 */

3.4 微控制器抽象层 (MCAL)

MCAL是BSW的最底层，直接与微控制器硬件交互：

驱动类别 包含模块 功能
通信驱动 Can, Lin, Spi, Eth 总线通信控制
I/O驱动 Dio, Adc, Pwm, Icu 数字/模拟I/O
存储驱动 Fls, Eep Flash/EEPROM操作
系统驱动 Mcu, Gpt, Wdg 时钟、定时器、看门狗

3.5 复杂驱动 (CDD)

复杂驱动用于实现AUTOSAR标准未覆盖的特殊功能：

/* CDD示例 - 特殊传感器驱动 */
typedef struct {
uint16 rawData;
float32 calibratedValue;
} CDD_SensorData;


void CDD_SpecialSensor_MainFunction(void) {
/* 直接访问硬件寄存器 */
/* 执行特殊算法处理 */
}

4. 运行时环境 (RTE) 详解

4.1 RTE 的核心作用

RTE是AUTOSAR架构的"中央枢纽"，实现：

  1. 组件间通信 - SWC之间的数据交换
  2. 硬件解耦 - 隔离应用层与BSW
  3. 虚拟功能总线 - 统一通信接口

4.2 RTE 通信机制

┌──────────┐ RTE API ┌──────────┐
│ SWC1 │ ───────────────► │ SWC2 │
│ │ Rte_Write │ │
│ │ Rte_Read │ │
└──────────┘ └──────────┘
│ │
│ RTE层 │
▼ ▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│ BSW 服务 │
└─────────────────────────────────────────┘

4.3 RTE API 详解

4.3.1 Sender-Receiver 通信

/* 发送者 SWC */
Std_ReturnType Rte_Write_Port_Data(DataType data);


/* 接收者 SWC */
Std_ReturnType Rte_Read_Port_Data(DataType* data);


/* 示例：发送车速信号 */
void SWC_Sender_Runnable(void) {
uint16 vehicleSpeed = 120;
Rte_Write_VehicleSpeed_Speed(vehicleSpeed);
}


/* 示例：接收车速信号 */
void SWC_Receiver_Runnable(void) {
uint16 speed;
if (Rte_Read_VehicleSpeed_Speed(&speed) == RTE_E_OK) {
/* 处理接收到的车速 */
}
}

4.3.2 Client-Server 通信

/* 服务端 SWC */
Std_ReturnType Server_Operation(uint8 input, uint8* output) {
*output = ProcessData(input);
return E_OK;
}


/* 客户端 SWC */
void Client_Runnable(void) {
uint8 request = 0x55;
uint8 response;


if (Rte_Call_Service_Operation(request, &response) == RTE_E_OK) {
/* 处理响应 */
}
}

4.4 RTE 代码生成

RTE代码由工具自动生成，基于以下配置：

  1. SWC描述文件 (ARXML)
  2. 系统描述文件
  3. ECU配置

5. 软件组件 (SWC) 详解

5.1 SWC 基本概念

SWC是AUTOSAR应用层的基本单元，具有以下特点：

  • 封装性：封装特定功能逻辑
  • 独立性：与硬件无关
  • 可重用性：标准接口支持复用

5.2 SWC 类型

SWC 类型
│
┌────────────┼────────────┐
│ │ │
原子SWC 组合SWC 特殊SWC
│ │ │
┌──┴──┐ 多个原子 ├── Service SWC
│ │ SWC组合 ├── Sensor/Actuator SWC
Application └────────── └── CDD SWC
SWC

5.3 SWC 内部结构

/* SWC 结构示例 */
typedef struct {
/* 端口 (Ports) */
Rte_PPortPrototype PPort_SpeedOutput;
Rte_RPortPrototype RPort_ThrottleInput;


/* 内部数据 */
float32 internalState;


} SWC_CruiseControl_Type;


/* 可运行实体 (Runnable Entity) */
void SWC_CruiseControl_MainFunction(void) {
/* 主循环逻辑 */
}


void SWC_CruiseControl_Init(void) {
/* 初始化逻辑 */
}

5.4 端口与接口

端口类型：

  • P-Port (Provided Port)：提供数据/服务
  • R-Port (Required Port)：请求数据/服务

接口类型：

  • Sender-Receiver：单向数据传输
  • Client-Server：请求-响应服务调用

5.5 Runnable Entity (可运行实体)

Runnable是SWC内最小的可调度单元：

/* 周期性 Runnable - 10ms 周期 */
void Runnable_10ms(void) {
/* 读取输入 */
Rte_Read_Speed_Value(&speed);


/* 执行控制算法 */
output = ControlAlgorithm(speed);


/* 写入输出 */
Rte_Write_Throttle_Command(output);
}


/* 事件触发 Runnable */
void Runnable_OnDataReceived(void) {
/* 数据接收事件处理 */
}

6. 通信栈 (Communication Stack)

6.1 通信栈架构

┌─────────────────────────────────────┐
│ AUTOSAR COM │ ← 信号级接口
├────────────────┬────────────────────┤
│ PDU Router │ 大报文处理 │ ← PDU路由
├────────────────┴────────────────────┤
│ Transport Protocol Layer │ ← 传输层
│ (CanTp, LinTp, FrTp, DoIP) │
├─────────────────────────────────────┤
│ Interface Layer │ ← 接口层
│ (CanIf, LinIf, FrIf, EthIf) │
├─────────────────────────────────────┤
│ Driver Layer │ ← 驱动层
│ (Can, Lin, Fr, Eth Driver) │
└─────────────────────────────────────┘

6.2 支持的通信协议

协议 速率 应用场景
CAN 1 Mbps 动力总成、底盘控制
CAN-FD 8 Mbps 高带宽需求
LIN 20 Kbps 低速传感器/执行器
FlexRay 10 Mbps 线控系统、安全关键
Ethernet 100M-10G ADAS、信息娱乐

6.3 PDU 路由示例

/* PDU路由配置示例 */
const PduR_RoutingPathType RoutingPath[] = {
{
.SrcPdu = ComConf_ComIPdu_VehicleSpeed_Tx,
.DstPdu = CanIfConf_CanIfTxPduCfg_VehicleSpeed,
.GatewayType = PDUR_DIRECT
},
/* 更多路由配置... */
};

7. AUTOSAR Adaptive Platform 自适应平台

7.1 Adaptive Platform 概述

Adaptive Platform (AP) 是为高性能计算需求设计的新一代AUTOSAR平台：

核心特点：

  • 基于 POSIX 兼容操作系统
  • 使用 C++ 编程语言
  • 采用 面向服务架构 (SOA)
  • 支持 OTA 动态更新

7.2 AP 架构

┌────────────────────────────────────────────────────┐
│ Adaptive Applications (AA) │
│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│ │ AA1 │ │ AA2 │ │ AA3 │ │
│ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ AUTOSAR Runtime for Adaptive (ARA) │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Functional Clusters │ │
│ │ ┌──────────────────────────────────────┐ │ │
│ │ │ Adaptive Platform Foundation │ │ │
│ │ │ • Execution Management │ │ │
│ │ │ • Communication Management │ │ │
│ │ │ • State Management │ │ │
│ │ │ • Core Services │ │ │
│ │ └──────────────────────────────────────┘ │ │
│ │ ┌──────────────────────────────────────┐ │ │
│ │ │ Adaptive Platform Services │ │ │
│ │ │ • Diagnostics │ │ │
│ │ │ • Update & Config Management │ │ │
│ │ │ • Network Management │ │ │
│ │ └──────────────────────────────────────┘ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ Operating System (POSIX) │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ Hardware │
└────────────────────────────────────────────────────┘

7.3 AP vs CP 对比

方面 Classic Platform Adaptive Platform
目标 实时控制 高性能计算
语言 C C++
调度 静态调度 动态调度
通信 信号级 服务级 (SOME/IP)
更新 离线更新 OTA在线更新
内存 静态分配 可动态分配

7.4 面向服务通信 (SOA)

// AP 服务定义示例 (C++)
namespace ara {
namespace com {


class VehicleSpeedService {
public:
// 事件 (Event)
ara::com::Event<uint16> SpeedEvent;


// 方法 (Method)
ara::core::Future<CalibrationResult>
Calibrate(CalibrationParamsparams);


// 字段 (Field)
ara::com::Field<uint16> CurrentSpeed;
};


} // namespace com
} // namespace ara

7.5 执行管理 (Execution Management)

// Adaptive Application 生命周期
class AdaptiveApplication {
public:
voidRun() {
// 初始化阶段
Initialize();


// 报告状态
ara::exec::ExecutionClient exec_client;
exec_client.ReportExecutionState(
ara::exec::ExecutionState::kRunning);


// 主循环
while (!shutdown_requested_) {
ProcessRequests();
}


// 终止阶段
Terminate();
}
};

8. AUTOSAR 开发流程与方法论

8.1 V模型开发流程

需求分析 ◄─────────────────────► 系统验收测试
│ ▲
▼ │
系统设计 ◄─────────────────────► 系统集成测试
│ ▲
▼ │
软件架构设计 ◄─────────────────────► 软件集成测试
│ ▲
▼ │
详细设计 ◄─────────────────────► 单元测试
│ ▲
▼ │
└──────────────► 编码 ──────────────────┘

8.2 AUTOSAR 开发步骤

步骤1：系统配置阶段

输入：
├── SWC描述 (*.arxml)
├── 系统拓扑描述
└── ECU资源描述


处理：
├── SWC到ECU的映射
├── 通信矩阵定义
└── 系统约束配置


输出：
└── 系统描述文件 (System Extract)

步骤2：ECU配置阶段

输入：
├── 系统描述文件
└── ECU硬件描述


处理：
├── BSW模块配置
├── RTE生成配置
├── OS配置
└── 通信栈配置


输出：
├── ECU配置文件
├── 生成的RTE代码
└── 生成的BSW配置代码

步骤3：代码实现与集成

输入：
├── 生成的代码框架
├── SWC实现代码
└── MCAL驱动


处理：
├── 应用代码开发
├── 代码集成
└── 编译链接


输出：
└── 可执行ECU软件 (*.hex/*.elf)

8.3 ARXML 配置示例

<!-- SWC 描述示例 -->
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<AUTOSAR xmlns="http://autosar.org/schema/r4.0">
<AR-PACKAGES>
<AR-PACKAGE>
<SHORT-NAME>SwComponentTypes</SHORT-NAME>
<ELEMENTS>
<APPLICATION-SW-COMPONENT-TYPE>
<SHORT-NAME>CruiseControlSWC</SHORT-NAME>
<PORTS>
<R-PORT-PROTOTYPE>
<SHORT-NAME>VehicleSpeed</SHORT-NAME>
<REQUIRED-INTERFACE-TREFDEST="SENDER-RECEIVER-INTERFACE">
/Interfaces/VehicleSpeedInterface
</REQUIRED-INTERFACE-TREF>
</R-PORT-PROTOTYPE>
<P-PORT-PROTOTYPE>
<SHORT-NAME>ThrottleControl</SHORT-NAME>
<PROVIDED-INTERFACE-TREFDEST="SENDER-RECEIVER-INTERFACE">
/Interfaces/ThrottleInterface
</PROVIDED-INTERFACE-TREF>
</P-PORT-PROTOTYPE>
</PORTS>
<INTERNAL-BEHAVIORS>
<SWC-INTERNAL-BEHAVIOR>
<SHORT-NAME>CruiseControlBehavior</SHORT-NAME>
<RUNNABLES>
<RUNNABLE-ENTITY>
<SHORT-NAME>CruiseControl_MainFunction</SHORT-NAME>
<MINIMUM-START-INTERVAL>0.01</MINIMUM-START-INTERVAL>
</RUNNABLE-ENTITY>
</RUNNABLES>
</SWC-INTERNAL-BEHAVIOR>
</INTERNAL-BEHAVIORS>
</APPLICATION-SW-COMPONENT-TYPE>
</ELEMENTS>
</AR-PACKAGE>
</AR-PACKAGES>
</AUTOSAR>

9. 常用开发工具介绍

9.1 主流AUTOSAR工具链

供应商 工具名称 主要功能
Vector DaVinci Configurator BSW/RTE配置
DaVinci Developer SWC建模
CANoe 网络仿真测试
ETAS ISOLAR-AB AUTOSAR配置
RTA-BSW BSW协议栈
EB (Elektrobit) EB tresos BSW配置生成

9.2 工具链工作流程

┌─────────────┐ ┌──────────────┐ ┌─────────────┐
│ 系统设计 │ │ ECU配置 │ │ 代码生成 │
│ 工具 ├───►│ 工具 ├───►│ 工具 │
│ │ │ │ │ │
│ (Architect) │ │(Configurator)│ │ (Generator) │
└─────────────┘ └──────────────┘ └─────────────┘
│ │ │
▼ ▼ ▼
系统描述 ECU配置 生成代码
(ARXML) (ARXML) (C/C++)

9.3 开源工具

  • Arctic Core: 开源AUTOSAR BSW实现
  • OpenAUTOSAR: 开源项目
  • SOME/IP 开源实现: vsomeip (GENIVI)

10. 实战案例与最佳实践

10.1 案例：简单定速巡航控制

系统需求：

  • 读取车速信号
  • 接收驾驶员设定速度
  • 计算油门控制量
  • 输出油门命令

SWC 设计：

/* CruiseControl_SWC.c */


#include "Rte_CruiseControl.h"


/* 内部变量 */
static float32 TargetSpeed = 0.0f;
static boolean CruiseActive = FALSE;


/* 10ms 周期 Runnable */
void CruiseControl_MainFunction(void) {
float32 CurrentSpeed;
float32 ThrottleCommand;


/* 读取当前车速 */
Rte_Read_VehicleSpeed_Value(&CurrentSpeed);


/* 读取巡航状态 */
Rte_Read_CruiseSwitch_Status(&CruiseActive);


if (CruiseActive) {
/* 读取目标速度 */
Rte_Read_TargetSpeed_Value(&TargetSpeed);


/* PID控制计算 */
ThrottleCommand = PID_Calculate(TargetSpeed, CurrentSpeed);


/* 输出油门命令 */
Rte_Write_ThrottleCmd_Value(ThrottleCommand);
} else {
/* 巡航关闭，不干预油门 */
Rte_Write_ThrottleCmd_Value(0.0f);
}
}


/* 初始化 Runnable */
void CruiseControl_Init(void) {
TargetSpeed = 0.0f;
CruiseActive = FALSE;
PID_Init();
}

10.2 最佳实践

代码规范：

/* 命名约定 */
void ModuleName_FunctionName(void); /* 函数命名 */
uint8 ModuleName_VariableName; /* 变量命名 */
#define MODULE_CONSTANT_NAME (10U) /* 常量命名 */


/* 魔数避免 */
#define SPEED_THRESHOLD_KPH (80U) /* 好 */
if (speed > 80) { } /* 差 - 魔数 */
if (speed > SPEED_THRESHOLD_KPH) { } /* 好 */

内存管理：

/* 静态分配 - AUTOSAR Classic */
static uint8 Buffer[BUFFER_SIZE]; /* 推荐 */


/* 避免动态分配 */
uint8* ptr = malloc(size); /* 不推荐 */

中断处理：

/* ISR 应尽量简短 */
ISR(CAN_RX_ISR) {
/* 仅设置标志或存储数据 */
RxFlag = TRUE;
/* 复杂处理放在 Runnable 中 */
}

10.3 常见问题与解决

问题 原因 解决方案
RTE接口未更新 配置未重新生成 重新生成RTE代码
通信超时 周期配置不匹配 检查发送/接收周期
启动失败 初始化顺序错误 检查EcuM配置
数据不一致 并发访问冲突 使用互斥保护

附录

A. 常用缩写词汇表

缩写 全称 中文含义
BSW Basic Software 基础软件
RTE Runtime Environment 运行时环境
SWC Software Component 软件组件
MCAL Microcontroller Abstraction Layer 微控制器抽象层
COM Communication 通信
DCM Diagnostic Communication Manager 诊断通信管理
DEM Diagnostic Event Manager 诊断事件管理
NvM NVRAM Manager 非易失存储管理
EcuM ECU State Manager ECU状态管理
BswM BSW Mode Manager BSW模式管理
PDU Protocol Data Unit 协议数据单元
VFB Virtual Function Bus 虚拟功能总线
SOA Service-Oriented Architecture 面向服务架构
AA Adaptive Application 自适应应用
ARA AUTOSAR Runtime for Adaptive 自适应运行时环境

B. 学习资源推荐

官方资源：

中文社区：

  • CSDN AUTOSAR专栏
  • 知乎 AUTOSAR话题
  • 博客园 AUTOSAR学习笔记

视频教程：

  • Vector官方培训视频
  • B站 AUTOSAR入门教程

开源项目：

  • Arctic Core (GitHub)
  • vsomeip (SOME/IP实现)

作者提示：AUTOSAR是一个庞大的技术体系，本教程涵盖了核心概念和基础知识。建议结合实际项目和官方规范文档深入学习。

教程版本：1.0
最后更新：2026年2月

posted @ 2026-02-01 15:14  ace--碳水化合物  阅读(3)  评论(0)    收藏  举报