Autosar应用接口设计指南

这是一篇研读Autosar的SWC设计规范文件《AUTOSAR_CP_EXP_AIUserGuide》的梳理，内容较为抽象，通过它来学习一些软件架构的设计思想。        

1.应用接口表AI Tables介绍

它是一个Excel表，基于Autosar元模型的设计，管理我们在元模型中定义的所有数据接口，并且可以利用VB脚本(或python)来验证我们的数据，并且生成arxml文件，该arxml文件包含了Excel表中定义的全部应用接口数据的详细结构化信息。

          

包含了车身域、动力域、底盘域、座舱域、网联信息、安全等多方面的内容，包括组件、端口、端口接口及其变量数据原型、量数据原型的数据类型、单位、组件类型的实例、关键词，用多个sheet来维护。

          

2.Autosar元模型

一种用于描述汽车电子系统软件架构的抽象模型，为汽车电子软件开发提供了标准化的、统一的语义和语法的规则体系，是汽车电子ECU软件开发的 “设计图”，定义了软件组件、接口、数据类型等各个要素之间的关系，在开发一个新的ECU软件时，首先依据 AUTOSAR 元模型来规划软件的基本架构，包括确定有哪些软件组件、它们之间如何通信等。

          

包括了如下几个部分：

2.1.软件组件（Software Component，SC）元模型：

可进行功能逻辑开发的单元，包含了代码和数据，描述了组件的接口，接口规定了软件组件之间的通信方式，比如在发动机控制软件中，负责燃油喷射控制的SWC会通过输出接口向外发送燃油喷射量等信息，同时通过输入接口获取发动机转速等信息。

          

2.2.通信元模型：

描述不同SWC之间的通信方式，无论这些SWC是否在同一个ECU内，包括信号、消息等概念，信号是最基本的通信单元，多个信号可以组成消息，比如车速信号从轮速传感器SWC发送到仪表盘显示SWC，这个过程的通信机制由通信元模型来定义。    

          

2.3.ECU 资源元模型：

定义了ECU的硬件资源相关内容，如处理器、内存、通信总线等资源的抽象表示。

          

下图就是一个Matlab的Autosar元模型实例，包含传感器、控制器、执行器的SWC，以及这些SWC间的端口和通信，好包括NVM等ECU资源。

          

Matlab的Autosar元模型实例          

2.4 模型元素分类

标准类：可直接在项目中使用，无需任何修改，包括物理维度、单位、生命周期信息；

蓝图类：是模型元素的基类，其他模型元素可以通过复制它来派生，包括应用数据类型、计算方法、数据约束、关键词集、端口接口、端口原型、集合；

示例类：不应被标准化，但对理解有帮助的元素被创建为示例类，包括软件组件类型、应用数据类型、蓝图映射集、派生自蓝图的计算方法、数据约束、端口接口。

          

3.从元模型到AI Tables

在Excel表格中，维护元模型中定义的定义所有模型元素

          

多重实例化：设计中一次指定一个结构并在多个地方使用它的能力，最好的类比就是面向对象编程，在元模型中，SwComponentType 可实例化出多个 SwComponentPrototypes，它们将具有与 SwComponentType 相同的属性。    

实例化sheet          

          

端口原型：是不同软件组件之间的通信连接点，明确定义了通信需求，端口原型要么是需求类型，要么是提供类型，需求端口（RPortPrototype）需要某些服务或数据，提供端口（ PPortPrototype）提供服务或数据。

          

端口原型蓝图：端口原型蓝图是创建端口原型的模板。

          

蓝图映射：从蓝图创建实例的过程就是蓝图映射。

          

 端口接口：定义了在两个端口原型之间传输的信息类型。

          

发送 - 接收通信接口：定义异步通信模式，其中发送者提供数据，一个或多个接收者接受这些数据。

发送接收接口          

          

客户端 - 服务器通信接口：客户端发起请求，服务器执行该操作并立即向客户端提供结果（同步操作调用），或者客户端自己检查操作的完成情况（异步操作调用）。    

客户端服务器接收接口          

          

数据类型DataTypes：从应用和实现的角度描述软件组件提供的数据，由抽象元类 AutosarDataType 表示，从它派生了应用数据类型和实现数据类型，应用数据类型进一步派生为应用原始数据类型和应用复合数据类型，还可以组合为应用数组数据类型和应用集合数据类型。

          

物理单位：输入和输出物理值的单位。

物理单位          

          

计算方法：表示物理值之间的数学关系，如F[kmh] = 30[kmh] + 2[kmh] ∗ x。

          

关键词和关键词集：在定义组件类型、端口、端口接口或数据元素的短名称时，利用 AUTOSAR 中预定义的关键词及其缩写是一个重要的部分。

          

4.AI Tables设计    

应用接口（AI）表的结构如下，主要包括如下sheet：

          

04_Keywords： 包含关键字及其缩写，“短名称”、“长名称”、“缩写名称” 和 “描述” 列用于定义在 AUTOSAR 中通用的关键字，例如 Accept和关键字缩写 Acpt。

              

05_TopLevel ：表示域的最顶级视图，包含域间端口原型和端口接口连接关系。

050xxxxx 工作表：域的展开描述，如0501_body，包含车身域的组合，050101_ExternLight表示车身域内的外灯组件。

          

06_Interfaces_DataElements：发送者 - 接收者接口工作表，每个发送者 - 接收者接口可以在所有 05xx 域 / 组合工作表中多次使用，一个接口也可以用于不同的端口。

          

06_Interface_ClientServer：客户端-服务器接口，每个定义的客户端 - 服务器接口可以在所有 05xx 域 / 组合工作表中多次使用，一个接口也可以用于不同的端口。    

          

07_DataTypes_ContinuousValue：连续值表，定义物理值，被06 sheet引用，包含关于最小位数要求、分辨率、物理下限和上限、偏移值和物理单位的信息，分别在标题为 “最小位数推荐”、“分辨率”、“物理下限”、“物理上限”、“偏移” 和 “单位” 的列中。

          

08_DataTypes_Enumeration ：枚举值工作表，定义枚举值，被06 sheet引用。

13_Units：单位定义。

   

          

全部完整的表定义例子：

   

          

6.生成arxml文件

基于如上设计的excel文件，运用VB生成arxml文件，文件内容及arxml文件内结构，见《AUTOSAR_CP_EXP_AIUserGuide》，包含如下内容：

公共元素：

包结构和类别

引用

实例引用

类型引用

描述

组合类型：

端口

组件原型和

连接器

端口原型蓝图：

端口原型蓝图的蓝图映射

接口：

发送 - 接收接口

客户端 - 服务器接口    

端口接口的蓝图映射

应用数据类型：

带有约束的原始类型

数组类型

记录类型

应用数据类型的蓝图映射

数据约束

计算方法

计算方法的蓝图映射

单位：

物理维度

关键字

数据约束：

数据约束的蓝图映射

          

总结

AI Table 详细描述了如何用表格维护Autosar软件架构元模型定义的模型元素，这些元模型和模型元素信息，将用于指导ECU的应用软件开发，在实际应用时，借鉴其设计思想，根据我们项目的情况，合理运用到我们自己的项目设计中。  

我的开源项目链接，欢迎star：

基于UDS on CAN的Bootloader的刷写上位机：

https://github.com/sydyg/UDS-on-Bootloader.git

OSEKNM协议栈：

https://github.com/sydyg/OSEK_NM

我是袁木，汽车研发，熟悉汽车电子产品及架构设计、嵌入式软件开发、汽车HIL和网络测试。

我的技能树：C/C++嵌入式、C#上位机、python、Matlab、MCU(RTOS)、MPU(Linux)、CANoe、SOA、Autosar CP & AP、CAN/LIN/ETH总线、智能网联。