布谷鸟产研-全面了解自适应Autosar

* 来源: * 作者: admin * 发表时间: 2020-08-08 11:07:00 * 浏览: 34

经典Autosar是将MCU硬件与软件层分离,提高软件复用率,减少工作量。自适应Autosar是将POSIX操作系统与上层API分离,让软件开发变成APP开发。一般情况下,POSIX系统的应用程序通过应用编程接口(API)而不是直接通过系统调用来编程。本文由布谷鸟科技-产研首席分析师周彦武老师编写。

Adaptive Autosar,自适应Autosar第一版诞生自2017年3月,目前已经有6版,最新版本是2019年11月。据说第一版的自适应Autosar的英文规格书用A4纸打印出来摞起来有7米高。

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经典Autosar与自适应Autosar对比,目前Autosar有284个会员,9个核心会员,分别是宝马、奔驰、大陆汽车、福特、戴姆勒、PSA、通用汽车、丰田和大众。两个战略会员,电装和LG电子。55个高级会员,其中中国企业有长城、华为、百度、香港英恒。另外说一句,这4家企业是近两年才成为高级会员的,2017年高级会员没有中国企业。

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Autosar组织结构,主要工作由Working组完成。

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Working组架构如上图。用户组下面再分三个小组,分别是中国组,负责演示开发和基础软件集成。北美组,负责一般性培训(OEM-Tier1 Workflows/Security),安全和以太网。增强利用Improved Exploitation组,负责命题(Thesis)优化。

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自适应Autosar路线图,版本是不能混用的,比如你买了R19-03的部分模块,剩下的模块想用R19-11版是不可能的。Adaptive AUTOSAR中,主要包含两种Application:

1)Application-Level的Application

2)Platform-Level的Application

Application-Level的Application会生成源代码和目标代码,这部分与 “用户” 有关。Platform-Level的Application会生成目标代码,这部分与 "工具供应商" 有关。不是所有工具供应商都能提供完整的Platform-Level的Application,通常只能提供部分,某些领域,标准未确定,如V2X,工具供应商几乎完全无能为力。

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自适应Autosar与经典Autosar计划增加的特色有23个,例如针对中国特色的V2X。

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自适应Autosar是针对自动驾驶的,2021年11月版计划对应L3级自动驾驶,不过这个L3级换到中国或者马斯克口中,估计是L5了,目前一般推荐19-03版,比较稳定。

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自适应Autosar典型应用场景

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自适应Autosar的层架构如上图。基础服务层中,主要服务包括,通信服务(COM)、加密服务(crypto)、日志记录服务(Log)、诊断服务(Diag)、存储服务(Per)、状态管理(SM)、执行管理(Exec)、时间同步(Tsync)、升级配置管理(UCM)等。

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非Autosar、经典Autosar和自适应Autosar对比

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ARA的COM架构,还是Autosar定义的ARXML文件格式为核心。

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ARA工具链

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自适应Autosar关键点一:Everything is a process .. as in “OS process”,一切都是一个进程,OS中的进程。

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关键点二:面向服务的进程间通讯。

每个AA(自适应应用或者说APP)都作为一个独立的进程来实现,具有自己的逻辑内存空间和名称空间。一个AA可以包含多个进程,并且可以应用到一个AP(自适应平台)实例上,或者分布在多个AP实例上。从模块组织的角度来看,每个进程都是由操作系统在可执行文件中去实现的。可以从单个可执行文件实现多个进程。AA可以构成多个可执行文件。从操作系统的角度上看,一个AP模块只形成一组进程,每个进程包含一个或多个线程 。这些进程通过IPC或任何其他可用的操作系统功能相互作用。但是,AA进程不能直接使用IPC,只能通过ARA(AUTOSAR Runtime for Adaptive applications) 的进行通信。

为了与AA交互,还需要使用IPC。要实现这一点,有两种可选设计。一种是“基于库”的设计,其中接口库由功能集群提供并链接到AA,直接调用IPC。另一种是“基于服务”的设计,流程使用通信管理功能,并有一个链接到AA的服务器代理库。代理库调用通信管理接口,该接口协调AA进程和服务器进程之间的IPC。实现定义决定了AA是只执行带有通信管理的IPC,还是通过代理库与服务器混合使用IPC。

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Application就是OS的一个一个进程,Autosar 采用一个Manifest用来配置管理这些进程信息,包含平台相关的信息,恢复操作以及与服务或库相关的依赖关系,Instance 配置文件主要包含静态的信息,这里会配合执行管理Exec、升级与配置管理UCM以及状态管理SM等来配合管理进程。自适应Autosar采用Proxy/Skeleton的通信架构,同时采用中间件SOME/IP。

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目前明确使用自适应Autosar的量产车就是大众的MEB平台。

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大众MEB的软件架构,POSIX可以是Linux、VxWorks、QNX、Integrity等。

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经典Autosar是将MCU硬件与软件层分离,提高软件复用率,减少工作量。自适应Autosar是将POSIX操作系统与上层API分离,让软件开发变成APP开发。一般情况下,POSIX系统的应用程序通过应用编程接口(API)而不是直接通过系统调用来编程(即并不需要和内核提供的系统调用来编程)。一个API定义了一组应用程序使用的编程接口。它们可以实现成调用一个系统,也可以通过调用多个系统来实现,而完全不使用任何系统调用也不存在问题。实际上,API可以在各种不同的操作系统上实现给应用程序提供完全相同的接口,而它们本身在这些系统上的实现却可能迥异。如下图,当应用程序调用printf()函数时,printf函数会调用C库中的printf,继而调用C库中的write,C库最后调用内核的write()。而经典Autosar的前身OSEK是不可能的。

从程序员的角度看,系统调用无关紧要,只需要跟API打交道。相反,内核只跟系统调用打交道,库函数及应用程序是怎么系统调用不是内核所关心的。

那个大众API就是大众所说的VW.OS。大众定义输入输出,第三方软件开发商基于这个定义开发APP。

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PPE是奥迪的下一代电动车平台,大众在2023年开始全部使用VW.OS。

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上图以WindRiver的操作系统为例,显示出Autosar的另一个优势,灵活架构。对于安全性和实时性要求高的领域采用VxWorks,对于要求不高也达不到高安全性的如深度学习(无功能安全要求)等采用Linux。在虚拟机上实现两个操作系统。顺便说一句Windriver是全球最大的商业RTOS供应商,最大的嵌入式商业Linux供应商。Windriver已经在2018年脱离英特尔独立。

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多种操作系统等于自适应Autosar可以构建时间分区架构。避免各个CPU核心之间的干扰。保证ADAS的安全性。

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以Windriver产品为例L4级无人驾驶的自适应Autosar软件架构。对V2X 5G和高精度地图非常友好。

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大陆汽车子公司Elektrobit的Corbos自适应Autosar架构

自适应Autosar将运行的硬件视为一台机器,实现一致的平台视图,而不考虑所使用的虚拟化技术。这台机器可能是一台真正的物理机器、一台完全虚拟化的机器、一个准虚拟化的操作系统、一个操作系统级的虚拟化容器或任何其他虚拟化环境。在硬件上,可以有一台或多台机器,并且只有一个自适应Autosar服务在机器上运行。这种“硬件”上一般会有一个芯片,并承载着一台或多台机器。然而,如果自适应Autosar服务允许的话,多个芯片也可能形成一台机器。

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自适应Autosar也使得车内电子架构得以大幅度跃进,进入中央化和区域化时代。

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自适应Autosar平台与经典Autosar网关连接

自适应Autosar、车载TSN以太网、Zonal架构是三位一体的,也是未来汽车电子的核心。不过自适应Autosar目前对中小企业来说恐怕不合适,标准未完善,一次性投入过高,开发难度过高,开发周期长。