淺談AUTOSAR軟體架構

 隨著汽車技術的飛速進步，尤其是電氣化、自動化及互聯化的深度融合，汽車行業正經歷著一場前所未有的變革。在這場變革中，汽車不再僅僅是機械與金屬的簡單堆砌，而是轉變為集成了高度複雜電子系統、先進算法與智能互聯技術的移動空間。這一轉變的核心驅動力之一，便是軟體在汽車設計與功能實現中日益凸顯的主導地位，標誌著汽車正式步入了“軟體定義汽車”（Software-Defined Vehicle, SDV）的新時代。 在這樣的背景下，AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture）作為汽車行業廣泛採用的軟體架構標準，其經典平台（Classic Platform, CP）軟體應運而生並持續演進，以更好地適應和推動這一變革。AUTOSAR 即汽車開放系統架構是由全球汽車製造商、部件供應商及其他電子、半導體和軟體系統公司聯合建立的聯盟，致力於為汽車工業開發一個開放的、標準化的軟體架構16。以下是關於 AUTOSAR 的詳細介紹：

基本原理

• 組件化架構：將整個汽車軟體系統劃分為多個自治的軟體組件，每個組件都有獨立的功能和接口，使軟體系統更易擴展和維護4。
• 標準化接口：組件之間通過標準化接口進行通信和數據交換，確保不同供應商的 ECU 可互相兼容和替換4。
• 軟體與硬體分離：通過基礎軟體包實現硬體和軟體以及不同軟體組件之間的分離，基礎軟體包由微控制器抽象層、控制器抽象層和相互獨立的服務層組成1。
• 嚴格的時鐘同步：為保證實時性和可靠性，要求所有 ECU 之間時鐘同步，確保數據傳輸和處理的一致性與可預測性4。

架構層次

• 應用層：包含應用軟體的功能，如車輛控制、安全功能和娛樂系統等，應用軟體通過標準接口通信和交互3。
• 運行時環境層：提供中間層管理和執行應用軟體，包括通信管理、消息傳遞、調度和資源管理等功能，目標是提供可靠高效的運行環境3。
• 基礎設施層：提供底層服務和功能，支持運行時環境和應用軟體執行，包括硬體抽象層、設備驅動程序、操作系統和通信協議棧等3。

核心概念

• 軟體組件：構成汽車電子系統的基本單元，可獨立開發、測試和部署，通過標準化接口通信和交互3。
• ECU（電子控制單元）：安裝在汽車中的計算設備，用於控制和管理汽車電子系統，AUTOSAR 定義了其軟體架構和接口3。
• ARXML（AUTOSAR XML）：用於描述 AUTOSAR 軟體組件、接口、通信和配置信息的語言，其文件可作為開發、集成和配置工具間的通用數據格式3。

功能優勢

• 標準化和可重用性：提供標準化軟體組件和接口定義，不同供應商可開發互操作的軟體組件，提高軟體可重用性和維護性3。
• 系統可擴展性：架構支持模塊化和可擴展性，新軟體組件可較容易添加到現有系統，應對市場需求和技術進步3。
• 互操作性和兼容性：定義標準化通信協議和數據格式，促進不同 ECU 間互操作性和數據交換，使不同汽車電子系統協同工作3。
• 安全性和可靠性：關注汽車電子系統安全性和可靠性，提供安全機制和標準，防止安全漏洞和故障，確保系統穩定可靠35。
• 系統配置和參數化：支持系統靈活配置和參數化，開發人員可通過 ARXML 描述文件輕鬆配置和管理系統特性、功能和參數3。

應用場景

• 動力系統：如發動機控制中的燃油噴射控制、點火控制、渦輪增壓控制，以及變速器控制中的換擋策略、離合器控制等2。
• 底盤系統：包括制動系統的防抱死制動系統（ABS）、電子穩定程序（ESP）、制動輔助系統（BA），轉向系統的電動助力轉向（EPS）、主動轉向系統等2。
• 車身系統：像燈光控制的自動大燈、自適應前照燈系統（AFS），空調系統的自動空調、空氣淨化系統等2。
• 信息娛樂系統：多媒體系統的導航系統、音頻系統，車載通信的藍牙連接、Wi-Fi 連接等2。
• 安全系統：被動安全的氣囊控制、安全帶提醒，主動安全的盲點監測系統、車道保持輔助系統、自動緊急制動系統等2。
• 自動駕駛：感知系統的雷射雷達（LiDAR）、毫米波雷達、攝像頭，決策系統的路徑規劃、行為預測，控制執行的轉向控制、制動控制、加速控制等2。
• 車聯網（V2X）：車對車通信（V2V）的碰撞預警、車隊管理，車對基礎設施通信（V2I）的交通信號同步、停車引導，車對行人通信（V2P）的行人安全等