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AUTOSAR系统架构与分层

AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture，汽车开放系统架构）是汽车和软件行业领先公司的全球合作联盟，旨在为智能移动开发和建立标准化的软件框架以及开放的E/E系统架构。AUTOSAR架构不仅代表了AUTOSAR联盟本身，也代表了其推行的软件架构标准。

一、AUTOSAR架构概述

AUTOSAR架构的核心功能在于其模块化、标准化和高效的开发方法。模块化设计使得组件可以独立开发和测试，减少了开发时间和成本；可重用性使得相同的组件可以在不同项目中复用，提高了开发效率；标准化则提供了一整套标准和规范，确保了不同供应商之间的兼容性；而易于集成这一特性，得益于基础软件层的规范化，使得不同组件之间的集成变得更加简单。

二、AUTOSAR分层架构

AUTOSAR架构基于分层结构，将汽车软件划分为不同的层次，每个层次负责处理特定的功能。以下是AUTOSAR架构的主要分层：

1. 应用层（Application Layer）：

- 是软件架构的最高层，负责处理汽车的具体应用逻辑

- 包含各种应用软件组件（SWC），例如驾驶员辅助系统、车载娱乐系统等

- 通过调用下一层（运行时环境层或基础软件层）的服务来实现特定的功能需求

2. 运行时环境层（Runtime Environment，RTE）（在Classic Platform中存在）：

- 是AUTOSAR架构中的中间件，负责实现软件组件与基础软件之间的通信。

- 提供了一种标准化的通信机制，使得不同的软件组件能够相互交互和通信，而无需了解底层基础软件的具体细节。

- 支持跨ECU（电子控制单元）和ECU内部的通信管理，以及对软件组件中运行项（Runnable）的管理。

3. 基础软件层（Basic Software Layer，BSW）：

- 提供了底层的功能支持，包括任务调度、内存管理、通信协议等。

- 为上层提供了统一的接口，隐藏了底层硬件的细节。

- 在Classic Platform中，BSW层可以进一步细分为以下几个子层：

  - 服务层：提供了一系列通用服务，以支持应用层的功能实现，如通信、诊断、存储器管理等。服务层是应用层和基础软件层之间的接口，为应用层提供了抽象的功能接口。

  - ECU抽象层：与微控制器抽象层交互，同时也包含外部设备的驱动。ECU抽象层提供API函数来访问外部设备，无论这些设备在芯片外部还是内部，以及它们是如何与芯片连接的。

  - 微控制器抽象层（Microcontroller Abstraction Layer，MCAL）：是与底层硬件直接交互的层次，包含了内部驱动，直接对芯片和外围设备进行访问的软件模块。这一层的作用是使微控制器以上层级的软件能独立于芯片存在（即不管芯片是哪种都能够无差别使用）。

- 复杂驱动层：从硬件跨越到RTE层（在Classic Platform中存在），提供特殊部件的驱动，这些部件是非AUTOSAR标准部件，如喷油器等。

在Adaptive Platform中，架构分层有所不同，但总体目标仍是一致的，即更好地管理数量增多、功能复杂度增加的汽车ECU，改善ECU软件质量和可靠性，提升产品升级灵活性，以及缩短产品推向市场的时间。Adaptive Platform中的ARA（AUTOSAR Runtime for Adaptive Applications）层主要由两部分组成：Foundation和Service。所有的模块都称为功能集群（Functional Clusters，FC），这些FC之间并非严格的上下层关系，而是基于面向服务的架构（SOA）设计范式进行交互。

三、AUTOSAR架构的优势

AUTOSAR架构在汽车电子系统开发中具有显著优势，主要包括：

- 提高了开发效率：通过模块化和标准化的开发方法，AUTOSAR架构使得开发人员能够更快地构建和集成汽车软件系统。

- 降低了开发成本：由于组件的可重用性，开发人员无需从头开始编写每个软件组件，从而节省了时间和资源。

- 增强了系统的可靠性和可维护性：AUTOSAR架构提供了标准化的接口和组件，使得系统的维护和升级变得更加简单和高效。

- 促进了不同供应商之间的兼容性：AUTOSAR架构提供了一整套标准和规范，确保了不同供应商之间的软件组件能够相互兼容和集成。

综上所述，AUTOSAR架构作为汽车电子系统开发的基础，尤其是当前新能源车，其模块化、标准化和高效的开发方法为汽车行业带来了显著的效益。