CP AUTOSAR APP 简介

汽车电子与软件 2021-11-17 21:28 3243浏览 0评论 3点赞

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前言

在整个CP AUTOSAR架构开发的软件产品中主要分为APP、RTE、BSW三个架构层次，本文主要对CP AUTOSAR 中APP的设计开发做详细的介绍。

概述

在CP AUTOSAR 中APP位于CP AUTOSAR架构的最上层，如下所示：

APP在CP AUTOSAR 架构中不依赖于任何的硬件电路，主要是根据业务需要进行开发逻辑应用，这些应用一般都是一些逻辑的算法，比如VCU的正常控制策略、BMS的SOC估计、MCU的电机控制等都是在APP实现的逻辑，从而实现适配不同的车型（Vehicle）、适配不同的供应商（ECU）、适配不同的硬件（MCU）的应用开发。

CP AUTOSAR 中APP的开发一般包含两大部分，首先是基于设计工具（AUBASS的AUBIST Configurator、维克多的Developer等）开发APP中相关的SWC组件，在SWC定义相关的Internal Behavior以及跟其他SWC以及BSW交互的接口。

最后基于在开发工具中设计的SWC的ARXML文件导入到Simulink中进行模型搭建或者在开发工具中生成该SWC的模板代码进行Coding。

对于一个SWC的开发主要分为下面三部分的内容SW-Component Type Description、SW-Component Internal Behavior Description以及SW-Component Implementation Description。如下图所示：

SW-Component Type Description属于最顶层的SWC的描述，描述内部最小的SWC所使用的接口、数据等，描述SWC间的交互和通信关系，定义SWC的分层结构。

SW-Component Internal Behavior Description主要定义RTE层面的使用对象，定义RTE的调度实体，定义相关的触发事件，定义Timing相关的交互参数。

SW-Component Implementation Description最下层的SWC的描述，根据定义的行为产生相关的代码，根据SW-Component定义的交互接口产生相关的接口函数和数据定义，产生RTE交互的接口API以及资源使用。

APP 中 SWC 元素介绍

CP AUTOSAR 中对于APP中SWC的开发定义了许多元素，对于SWC的开发者而言主要是在开发APP过程中定义这些元素就可以。

常见的APP开发中我们需要关注的元素包括：Software Component、Composition、Port Interface、Runnable、Data Element、Data Type、Connector、Compu Methods、Type Mapping Set、Data Mapping、E2E Protection等，下面就分别对上面的元素做主要介绍：

Software Component

Software Component也就是我们常说的SWC，在CP AUTOSAR开发中,一个SWC就是一个软件组件，定义了不同类型的软件单元的行为和交互接口，一般一个SWC用一个xml文件描述，在代码生成中一般生成一个C文件,包含了函数、接口、变量的相关定义。

在AutoSAR中SWC一般包括：Application、Sensor Actuator、I/O Hardware Abstraction、Complex Driver、Non-Volatile Component、Service components类型的SWC设计。

其中Application、Sensor Actuator这两个SWC组件一般是APP层开发应用逻辑的主要组件负责传感器输入、逻辑算法以及控制执行器的输出；I/O Hardware Abstraction 主要是对BSW层I/O Hardware Abstraction进行设计和开发，实现MCAL IO Driver的抽象，达到APP的IO使用与MCAL（芯片）的隔离；

Complex Driver是CP AUTOSAR中复杂驱动模块开发的SWC，在CP AUTOSAR架构设计开发中位于BSW层，用于没有标准化的外围硬件IC芯片的开发；Non-Volatile Component主要实现BSW层NvM与APP之间的交互，定义Nv Data存储方式、Nv Block的映射和配置；Service components用于服务模块的开发，主要满足对一些功能的服务调用。

Composition

Composition一般是多个SWC的集合，在CP AUTOSAR开发配置过程中可以一个包含多个SWC的Feature称作是一个Composition，也可以把整个ECU中所有的SWC放到一个Composition中。设计好的SWC一旦放入到了对应的Composition中也就是具备了应用和实现的属性，可以用作生成C文件以及和各个SWC之间以及系统信号或者BSW模块进行交互。

Port Interface

一个Component有明确定义的Port，通过这些Port， Component可以与其他Component交互。一个Port总是只属于一个Component并且表示Component和Component之间的交互。

为了表示Port传递的Services（CS Port） or Data（SR Port）的provided或者是required方式，引入了Interface的概念，Port的类型由Interface定义。

通常而言Interface只是定义了一些操作和数据元素或者一些Operation服务，一旦Interface具备了Provided或者Received在SWC中便是RPort或者PPort。

Port与Interface的关系如下，从左到右依次是Sender Port（发送数据，代码中一般以Rte_Write_XXX存在）、Receive Port（读取获得数据，代码中一般以Rte_Read_XXX存在）、Server Port（提供服务函数代码中一般以函数形式存在）、Client Port（调用服务函数, 代码中一般以Rte_Call_XXX存在）。

Runnable

一个函数的实体，简称Runnable，是一个承载你代码的C函数。Runnble在SWC设计中一般包括Init Runnable、Cyclic Runnable、Trigger Runnable。

对应的每个Runnable都有对应的触发源，Init Runnable一般在系统运行中初始化一次，可以作为Init的事件放在初始化的Task中执行，Cyclic Runnable一般采用周期的Alarm或者schedule Table实现，Trigger Runnable一般采用一个事件或者接口调用实现。

Data Element

数据元素决定了可以通过端口的数据类型以及数据。数据元素一般自己定义，数据类型最终会映射Interface上用于相互SWC之间的数据通信。

Data Type

主要定义传达数据元素的类型，主要包括Base Type（常见的数据类型，Uint/int/float等）、Implementation Data Type（IDT，主要是对基本类型的特殊定义，类似于Type define的功能）、Application Data Type（ADT，用于实际的物理类型，具备了真实的物理数据涵义）

Connector

为了定义软件组件相互通信，它们的端口必须通过所谓的Connectors连接。Connector实现软件组件之间的发送方/接收方和客户端/服务器通信。Connectors只能在两个Port之间绘制，如果它们的Port接口兼容，下图展示了Connector的实际

CompuMethods

定义数据元素内部数据的转换关系，通常一些，通过CM，可以实现数据元素的转换，例如简单的线性运算y=ax+b，就是在CM中配置a（factor）和b（offset）实现的。同时对于一些枚举元素的定义也可以在CM中设置

TypeMapping Set

建立数据类型的Mapping关系，通常在使用ADT和IDT中，两者之间的映射关系就是在Type Mapping Set中实现的。

DataMapping

在SWC中将CAN、LIN、ETH等Com层的信号与对应的SWC的PortInterface中的数据元素建立关联，实现对系统信号的读写操作。

E2EProtection

对SWC的Port之间的交互增加E2E的配置，实现数据的E2E保护。

SWC 与其它模块的交互

设计完成SWC以及SWC中的各个元素之后，需要定义SWC的交互，在SWC层面进行的交互主要包含了两类，一类是函数调用（Init Runnable、Cyclic Runnable、Trigger Runnable），另一类就是接口或者通信数据的交互。

函数的调用一般基于Alarm或者Schedule Table进行,无论是Alarm还是Schedule Table我们只要把需要的Runnable放到Alarm激活或者Schedule Table激活的Task就可以。

下图展示了Alarm激活的例子，对应的Cyclic Runnable（分别为10ms和50ms的情况）在配置中会根据调用的周期生成相关的Alarm，最终OS使用的硬件计数器的时间达到Alarm匹配的数值的时候激活10ms或者50ms Runnable对应的Task（对应的10ms或者50ms的Runnable已经在RTE中映射到了对应的Task），从而实现Runnable的周期调用。

SWC除了函数的调用剩下的就是接口的交互，在SWC中数据接口的交互主要包含了三类SWC与外部ECU的SWC交互、同一个ECU内部SWC与SWC的交互、同一个ECUSWC与BSW的交互。

SWC与外部ECU的SWC的交互一般通过系统信号实现（CAN、LIN、ETH等），交互中一般需要通过两个ECU的Communication协议栈，如下图所示：

同一个ECU之间的数据交互一般采用的是CS或者SR接口进行，一般来说采用CS接口使用的是函数传参的形式，而采用SR接口一般采用的是操作RTE中的全局变量实现的，如下所示，左侧为CS接口，右侧为SR接口

同一个ECU中SWC与BSW的交互通常需要CS实现数据和服务的调用，如下所示，这一类的交互需要我们根据需要自己在配置工具内部做SWC和BSW接口的Mapping实现。

SWC 开发过程

下面以Vector的工具开发链简单介绍下APP的开发流程

1、在Davinci Configurator建立Project，定义Project的基本属性，包括代码生成的路径，引用的配置SIP等，这部分内容会在购买配置包的时候供应商都会给你，按照参考手册建立即可。

2、一般情况下，APP层的配置在BSW层能够完成一定的基本功能才开始，假设BSW层的基本功能已经满足,其中内部已经建立好了OS和RTE以及MCAL等一些基础的模块。

这时候根据需要选择建立自己的APP类型，首先建立一个该ECU的Composition，其中Composition Type可以包含多个SWC，选择一个特定类型的SWC（Application Type、IOHardwareAbstraction Type、Cpomplex Driver Type等）具体的根据自己需求选择。

3、定义好特定的SWC后，定义SWC的函数，多数情况下一个SWC有三种类型的函数，初始化函数（Init Runnable）、周期函数（Cyclic Runnable）以及和CS相关的Invoke函数。一般每一个SWC有一个初始化函数一个周期函数。

4、定义数据类型，根据具体的需求定义所使用的数据类型，可以使用基本的类型也可以定义具体的使用的类型（类似于Type define功能），同时定义具体的结构体、数组、枚举等类型，对于类型的定义规则每个开发公司不一样，按照公司或者相关标准文件即可，定义数据类型的最大值，最小值、比例系数和偏移量等。

5、定义数据元素，数据变量，并将具体的类型与数据元素关联，如果类型中使用了转换，需要对特定的数据类型添加CM。

6、定义Port Interface，如果是SR Port选择数据元素，CS Port定义相关的操作函数和数据元素。并明确Port在SWC的方向。SR Port要规定它的操作函数。定义Port Access属性，主要是将特定的接口映射到实现的Runnable中，只有添加了该映射，才会生成对应的接口函数名供SWC内映射的函数使用，定义S是否使能Update属性，需不需要E2E保护，对于E2E的Port要选择E2E实现的Library。

CS Port要与对应的函数建立调用关系。如果是CAN Signal相关的Port建立与Signal的Mapping。如果是底层CS相关的Port 在配置软件中建立Mapping。其他Port直接在SWC之间建立连接。

7、选择连接的Port在不同SWC之间有一致的初始值，并校验APP中SWC配置是否有错误，并进行修改。

8、在RTE中将SWC的Runnable Mapping到具体的Task中。

9、生成SWC模块、Rte模块、OS模块的代码。

10、进行代码实现、编译、调试。

本期分享就到这里，欢迎大家一起交流学习，如果有不合理的地方也请大家指正，愿和大家一起学习进步，一步步做好汽车电子软件开发。

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