AUTOSAR與汽車控制器軟件開發(fā)

本書在介紹汽車電控模塊開發(fā)規(guī)范AUTOSAR通用知識的基礎(chǔ)上，通過重卡自動駕駛整車控制器項目，講述了基于AUTOSAR和英飛凌TC275微控制器平臺進(jìn)行車載ECU 基礎(chǔ)軟件設(shè)計和集成的全過程。AUTOSAR分層架構(gòu)的每個部分均從通用方法講起，再通過具體的模塊進(jìn)行詳細(xì)過程描述，步驟清晰，配圖豐富，旨在讓讀者能夠切實將書中的方法應(yīng)用在實際項目中。書的最后簡要介紹了AUTOSAR工具鏈對道路車輛功能安全和信息安全的支持，為開發(fā)符合ISO 26262、GB/T 34590、ISO 21434、WP.29 R155/R156等標(biāo)準(zhǔn)的車載控制器軟件提供參考。
本書適合于具有一定車載嵌入式軟件開發(fā)經(jīng)驗和C語言基礎(chǔ)的讀者，可作為高等院校本科生、研究生學(xué)習(xí)嵌入式軟件開發(fā)的參考書，也可供汽車電子行業(yè)軟件工程師學(xué)習(xí)和參考。

（1）通過一個具體的工程實例，深入淺出地講解AUTOSAR工具鏈方式設(shè)計車載ECU軟件的思路方法。 （2）作者為車企技術(shù)研發(fā)人員，工作經(jīng)驗豐富，圖書內(nèi)容實用。 （3）適合汽車電子行業(yè)的新人以及從手寫代碼切換至工具鏈開發(fā)的車載嵌入式軟件工程師閱讀使用。

AUTOSAR（Automotive Open System Architecture）是由全球各大汽車整車廠、汽車零部件供應(yīng)商、汽車電子軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合建立的一套標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，該架構(gòu)旨在改善汽車電子系統(tǒng)軟件的更新與交換，同時更方便有效地管理日趨復(fù)雜的汽車電子軟件系統(tǒng)。
近年來，越來越多的公司采用AUTOSAR 工具鏈進(jìn)行車載ECU 軟件開發(fā)，這對采用傳統(tǒng)手寫代碼方式設(shè)計程序的工程師而言是個不小的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下三個方面。
① AUTOSAR 規(guī)范涉及很多全新的概念，像RTE、SWC、BswM 這些縮寫，對于一些手寫代碼多年的老工程師是陌生的。
② C 語言編程和使用工具鏈配置方式進(jìn)行軟件設(shè)計，在思路上存在不小的差異，車載軟件工程師在開發(fā)方式切換的過程中可能會有諸多不適應(yīng)。
③ 雖然AUTOSAR 規(guī)范也是用C 語言實現(xiàn)的且源程序可見，但由于模塊繁多且每個模塊所含的代碼量過于龐大，短期內(nèi)很難再用“把每行代碼搞清楚”的方式保證程序質(zhì)量，而且在程序執(zhí)行異常時由于開發(fā)人員對代碼不熟悉，即使是有著多年C 語言編程經(jīng)驗的老工程師，也可能會有“問題查找無從下手”的感覺。
因此，在使用AUTOSAR 方式設(shè)計車載ECU 軟件的初期，很多項目團(tuán)隊都采用“基礎(chǔ)軟件外協(xié)開發(fā)”的模式。即委托第三方軟件公司搭建一個AUTOSAR工程并給出各主要模塊的設(shè)計示例，再在此基礎(chǔ)上去做自己的項目。這樣的開發(fā)模式有助于快速適應(yīng)全新的設(shè)計方法，縮短項目周期，但也會帶來“過于依賴項目組外部資源，一旦出現(xiàn)錯誤難以解決”等痛點。
針對以上問題，本書通過一個具體的工程實例，深入淺出地講解使用AUTOSAR工具鏈方式設(shè)計車載ECU 軟件的思路和方法，以期為剛剛進(jìn)入汽車電子行業(yè)的新人和從手寫代碼切換至工具鏈開發(fā)的車載嵌入式軟件工程師提供一些幫助。
本書共8章。第1章介紹AUTOSAR 的基礎(chǔ)知識。第2章介紹L3 級重卡牽引車線控車輛整車控制器的工程實例及其嵌入式軟件的AUTOSAR 解決方案。第3～7章是本書的核心部分，詳細(xì)介紹AUTOSAR 工程應(yīng)用的具體實施過程，目標(biāo)是讓讀者對使用工具鏈方式開發(fā)車載ECU 軟件的整個流程有一個清晰的認(rèn)識，從而學(xué)會AUTOSAR 工具鏈的基本使用方法。其中，第3章從無到有地在ISOLAR-AB 中創(chuàng)建一個全新的AUTOSAR 工程，讓讀者對此類工程的集成步驟有一個比較清晰的認(rèn)識；第4章主要講解軟件架構(gòu)設(shè)計，即SWC設(shè)計的方法，同時引出ECU 軟件開發(fā)中常見的軟件組件；第5章闡述本書示例所涉及的模式管理、通信、存儲等BSW 模塊的設(shè)計方法；第6章則詳細(xì)介紹本書示例所用到的MCAL 各模塊的基本概念、配置及接口代碼的實現(xiàn)，基本覆蓋了常用的MCAL 模塊；第7章在對抽象層和外圍芯片實現(xiàn)做簡要說明的基礎(chǔ)上，著重描述基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件的集成步驟。第8章主要介紹AUTOSAR對功能安全、信息安全的支持，作為本書內(nèi)容的拓展外延。
本書第1章由北汽福田工程研究總院新技術(shù)研究院趙鵬編寫，第2～ 7章由北汽福田汽車股份有限公司李漠塵編寫，第8章由北汽福田汽車股份有限公司張云云編寫，書中示例為重卡牽引車線控車輛的工程實例。全書由北汽福田工程研究總院新技術(shù)研究院王永興、郭鳳剛負(fù)責(zé)審閱，在此表示衷心感謝！
本書在編寫過程中得到了ETAS 公司技術(shù)和銷售經(jīng)理的大力支持和悉心指導(dǎo)，以及福田汽車電控實驗室基礎(chǔ)軟件組全體同仁的鼎力相助，在此一并致謝！
本書適合有一定車載嵌入式軟件開發(fā)知識和項目經(jīng)驗的讀者閱讀，可作為高等院校本科生、研究生學(xué)習(xí)以AUTOSAR 工具鏈方式開發(fā)車載嵌入式軟件的參考書，也可作為汽車電子行業(yè)基礎(chǔ)軟件開發(fā)工程師學(xué)習(xí)和實操的參考資料。
本書中的實操步驟經(jīng)過了福田汽車電控實驗室基礎(chǔ)軟件組同事的反復(fù)檢驗，且書中項目已經(jīng)結(jié)題并在多輛實車上得到驗證。但由于作者水平有限，書中難免出現(xiàn)疏漏之處，真誠希望讀者批評指正。

著者
2024年2月

1 AUTOSAR 基礎(chǔ)知識 001
1.1 AUTOSAR 簡介 001
1.1.1 AUTOSAR優(yōu)勢 001
1.1.2 AUTOSAR核心思想 002
1.1.3 AUTOSAR應(yīng)用現(xiàn)狀 002
1.2 AUTOSAR 分層架構(gòu) 003
1.2.1 應(yīng)用軟件層 004
1.2.2 運行時環(huán)境 004
1.2.3 基礎(chǔ)軟件層 004
1.3 AUTOSAR 軟件組件 005
1.3.1 軟件組件的數(shù)據(jù)類型 006
1.3.2 軟件組件的端口 006
1.3.3 軟件組件的端口接口 006
1.3.4 軟件組件的內(nèi)部行為 007
1.4 AUTOSAR 方法論 008
1.4.1 設(shè)計階段 008
1.4.2 開發(fā)步驟 009
1.5 AUTOSAR 開發(fā)策略 009

2 本書工程實例及AUTOSAR 解決方案 011
2.1 工程實例介紹 011
2.1.1 重卡自動駕駛車輛線控底盤簡介 011
2.1.2 車輛線控改造問題 011
2.1.3 重卡自動駕駛車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 012
2.1.4 整車控制器功能 013
2.2 AUTOSAR 解決方案 014
2.3 AUTOSAR 工具鏈說明 014

3 AUTOSAR 工程創(chuàng)建和模塊集成步驟 015
3.1 AUTOSAR 工程創(chuàng)建 015
3.1.1 文件夾創(chuàng)建 015
3.1.2 工程創(chuàng)建 016
3.1.3 基本接口創(chuàng)建 016
3.2 系統(tǒng)配置 020
3.2.1 部件創(chuàng)建 020
3.2.2 系統(tǒng)創(chuàng)建 020
3.2.3 部件引用和抽取配置 020
3.3 通信配置 023
3.3.1 DBC文件復(fù)制 023
3.3.2 DBC導(dǎo)入 023
3.3.3 通信模塊后續(xù)處理 025
3.3.4 抽取 026
3.3.5 生成RTA-BSW 026
3.3.6 arxml文件合并 028
3.4 模式管理配置 028
3.4.1 EcuM 配置 028
3.4.2 BswM 配置 029
3.5 操作系統(tǒng)配置 031
3.5.1 OS創(chuàng)建 031
3.5.2 OS配置 031
3.5.3 RTA-OS配置 035
3.5.4 RTA-OS生成 042
3.5.5 集成文件復(fù)制 044
3.6 RTE 創(chuàng)建及配置 045
3.6.1 RTE創(chuàng)建 045
3.6.2 RTE配置 046
3.7 定點數(shù)位域配置 048
3.7.1 Bfx創(chuàng)建 048
3.7.2 Bfx配置 049
3.8 Ecuc 數(shù)據(jù)集配置 050
3.8.1 Ecuc Value Collection創(chuàng)建 050
3.8.2 Ecuc Value Collection配置 050
3.9 AUTOSAR 平臺類型配置 053
3.9.1 AR Package創(chuàng)建 053
3.9.2 數(shù)據(jù)類型添加 054
3.10 缺省故障追蹤器配置 055
3.10.1 Det創(chuàng)建 055
3.10.2 Det配置 055
3.11 標(biāo)準(zhǔn)類型配置 057

4 AUTOSAR 軟件架構(gòu)設(shè)計 058
4.1 軟件組件設(shè)計步驟 058
4.1.1 創(chuàng)建軟件組件 058
4.1.2 端口接口設(shè)計 061
4.1.3 軟件組件內(nèi)部行為設(shè)計 061
4.1.4 軟件組件加入部件 062
4.1.5 軟件組件加入ECU 063
4.2 軟件組件集成方法 064
4.2.1 運行實體添加 064
4.2.2 系統(tǒng)信號映射 064
4.2.3 內(nèi)部信號映射 065
4.2.4 代碼生成 065
4.3 軟件組件設(shè)計案例 070
4.3.1 軟件組件匯總 070
4.3.2 信號采集軟件組件 071
4.3.3 驅(qū)動控制軟件組件 073
4.3.4 基本功能軟件組件 075
4.3.5 應(yīng)用軟件組件 079
4.3.6 其他軟件組件 079

5 AUTOSAR BSW 設(shè)計 082
5.1 BSW 設(shè)計通用步驟 082
5.1.1 BSW 相關(guān)模塊梳理 082
5.1.2 BSW 模塊配置 083
5.1.3 基礎(chǔ)模塊配置 084
5.1.4 微控制器抽象層配置 085
5.1.5 軟件集成 085
5.2 EcuM 模塊設(shè)計 087
5.2.1 EcuM 模塊創(chuàng)建和整體配置 087
5.2.2 EcuM 通用配置 089
5.2.3 EcuM 靈活狀態(tài)機(jī)配置 093
5.3 BswM 模塊設(shè)計 094
5.3.1 BswM 模塊創(chuàng)建和通用配置 094
5.3.2 模式配置 097
5.3.3 行為配置 099
5.3.4 行為列表配置 103
5.3.5 請求端口配置 106
5.3.6 模式條件配置 108
5.3.7 邏輯表達(dá)式配置 112
5.3.8 規(guī)則配置 114
5.3.9 數(shù)據(jù)類型映射集配置 117
5.4 NvM 模塊設(shè)計 117
5.4.1 存儲模塊概述 117
5.4.2 FEE配置 118
5.4.3 MemIf配置 124
5.4.4 NvM 配置 125
5.4.5 CRC配置 134
5.4.6 存儲相關(guān)模塊配置 137
5.4.7 存儲模塊代碼生成 139
5.4.8 存儲軟件組件設(shè)計 139
5.4.9 存儲功能集成 141
5.4.10 存儲代碼編寫 143
5.5 其他模塊設(shè)計 145

6 AUTOSAR MCAL 設(shè)計 146
6.1 MCAL 設(shè)計通用步驟 146
6.1.1 MCAL相關(guān)模塊梳理 146
6.1.2 Port模塊配置 147
6.1.3 MCU模塊配置 148
6.1.4 UART模塊配置 149
6.1.5 中斷配置 152
6.1.6 初始化函數(shù)調(diào)用 154
6.1.7 靜態(tài)代碼復(fù)制 155
6.1.8 調(diào)試代碼編寫 155
6.2 MCU 模塊設(shè)計 156
6.2.1 通用箱配置 157
6.2.2 MCU模塊配置 158
6.2.3 MCU復(fù)位原因配置 164
6.3 GPT 模塊設(shè)計 165
6.3.1 通用定時器模塊配置 165
6.3.2 中斷配置 167
6.3.3 通用定時器配置 168
6.4 Port 模塊設(shè)計 170
6.5 ADC 模塊設(shè)計 172
6.5.1 通用箱配置 172
6.5.2 ADC集配置 174
6.6 SPI 模塊設(shè)計 181
6.6.1 端口配置 182
6.6.2 中斷配置 182
6.6.3 DMA配置 182
6.6.4 SPI配置 182
6.6.5 SPI應(yīng)用 189
6.7 CAN 模塊設(shè)計 190
6.7.1 端口配置 191
6.7.2 中斷配置 191
6.7.3 CAN配置 191
6.8 Fls 模塊設(shè)計 197
6.8.1 Fls配置 197
6.8.2 Fls應(yīng)用 201

7 AUTOSAR 其他部分設(shè)計與集成 202
7.1 抽象層設(shè)計 202
7.2 芯片驅(qū)動設(shè)計 203
7.2.1 初始化函數(shù)調(diào)用 203
7.2.2 核心函數(shù)調(diào)用 204
7.2.3 頭文件路徑配置 204
7.3 基礎(chǔ)軟件與應(yīng)用軟件集成 204
7.3.1 文件復(fù)制與工程刷新 204
7.3.2 抽取和運行時環(huán)境生成 206
7.3.3 工程編譯 206
7.3.4 生成標(biāo)定文件 206
7.4 其他模塊設(shè)計 207

8 AUTOSAR 與汽車電子相關(guān)技術(shù) 208
8.1 AUTOSAR 與功能安全 208
8.1.1 ISO 26262要求和 AUTOSAR支持 208
8.1.2 AUTOSAR安全機(jī)制 213
8.1.3 車載ECU基礎(chǔ)軟件功能安全實現(xiàn) 214
8.2 AUTOSAR 與信息安全 215
8.2.1 汽車基礎(chǔ)軟件信息安全要求 215
8.2.2 AUTOSAR信息安全模塊 216
8.2.3 車載ECU軟件信息安全實現(xiàn) 217

參考文獻(xiàn)  218