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操作系统与模式管理系统
通信系统
存储管理
功能安全和信息安全
Bootloader
时间同步
FOTA解决方案
随着汽车工业的快速发展,汽车在降低能耗、提高安全性和舒适度等方面的要求越来越高,极大的促进了车用基础技术在整车系统的应用和创新,同时汽车电子软件的开发难度和复杂性也不断上升,其强实时、高可靠、网络化、平台化及标准化的要求和趋势日益显著,使得车用基础专用的嵌入式实时操作系统和开发环境正成为支撑汽车电子软件开发和运行的基础。AUTOSAR OS 加上系统服务模块,实现电控单元最小软件系统,实现电控单元软件系统的状态和生命周期管理。
图· ORIENTAIS AUTOSAR Classic Platform操作系统与模式管理系统
AUTOSAR OS 是针对汽车嵌入式领域的一种实时操作系统,秉承消耗最低的运 行时间和灵活配置的原则,能为汽车电子厂商的应用软件提供最优化的操作系统内核。它具有代码精简、中断屏蔽时间短、中断响应及任务切换快、应用隔离保护、内存保护、时间保护、应用保护、模式管理、同步时基等特点,在具备良好性能的 同时能为汽车电子应用提供一个资源消耗小、可裁剪、可扩展、移植性强的运行平台, 是专门为汽车电子领域开发的可抢占多任务的实时操作系统。
支持多芯片平台移植,目前支持的有AURIX TC2xx/TC3xx、Tricore TC17xx、NXP S32K14x、NXP S32K3xx、MPC57xx、ST SPC58xx、Renesas RH850、芯驰 G9X 等。
图·AUTOSAR Safety OS 实时操作系统模块结构
AUTOSAR系统服务是一组模块和函数,这些模块和函数可以被所有软件层模块使用。比如操作系统(包括定时器服务)和错误管理。系统服务的实现与 ECU 硬件以及应用程序有部分关联,其上层接口与 ECU 硬件无关。系统服务中模式管理相关的模块主要包括 EcuM(ECU 状态管理)和 BSWM(基础软件模式管理),与操作系统(OS)模块组成 ECU 基础软件平台的基础系统,执行ECU软件功能调度与模式管理。
现代汽车随着电子设备的不断增加,造成线束数量的不断增多,汽车空间内布线越来越困难,限制了功能的扩展,同时线束质量的增加也增加了车辆油耗。
汽车ECU并不是与负载设备简单地连接,更多需要与外围设备、传感器及其它电控单元进行信息交流,经过复杂的控制运算,发送控制指令,这些功能简单的线束连接已经不能实现。如今CAN、LIN、ETH等总线已经被汽车电子产品开发广泛采用,简化布线,提高了ECU之间通讯的可靠性,同时保证整个系统数据的一致性,做到一次取得数据,整个系统共同使用。标准化的通信组件的需求使基于总线的软件开发工作越来越重要。
现场总线通信包含 CAN/LIN 总线的通信支持,除总线无关上层模块外还包括模块:CAN 总线 CanSM、CanTp、CanIf、Can、CanTrcv,LIN总线LinSM、LinIf(包含 LinTp)、Lin、LinTrcv,各类总线相关模块实现 PDU 在各自总线上的收发。
图·网络管理
随着汽车行业的发展,智能互联、车载娱乐和网络安全等领域对带宽的要求越来越高,加上博通 BroadR-Reach 方案解决了传统以太网标准在车载应用中的各种问题,使得车内网络对以太网的需求越来越多。车载以太网模块就是为了适应这些新的变化开发出来的标准 AUTOSAR 组件。
作为车载通信总线的一种类型,实现基于以太网的通信、诊断、网络管理、标定功能。以太网通信除上层无关模块外还包括以太网总线特有的 EthSM、EthIf、SoAd、TcpIp、DoIP、SD、SOMEIPTP 等模块
图·以太网通信
随着汽车电子电气化程度的提高,各个电子控制单元需要同其他控制单元交换更多的信息,确保对自身功能和整车功能进行更加有效的控制。传统布线方法无法满足电子控制单元间大量信息的通讯需求,汽车网络的出现不仅解决了日益复杂的线束布置问题,同时也给汽车的优化控制带来了质的飞跃。为了保证 ECU 之间通讯安全可靠,支撑对临时故障的最大容错性,同时支持同网络有关的诊断功能,需要网络管理功能来支持和维护汽车通讯的整个网络。
网络管理模块采用分布式网络管理方式并具有强实时性、高容错性、低资源占用率的特性,通过监控网络状态的诊断功能确保了通信网络的安全性和可靠性,使网络中的 ECU 节点有序地睡眠和唤醒,在没有通信需求的时候睡眠,可以节约能耗,提高总线利用率。
图·网络管理
车辆法规对汽车排放、安全的要求不断提高,使得车辆在运行时必须通过对传感器、执行机构和ECU等进行实时监测来实现对车辆各个工作系统运行情况的监测,并且记录存储故障代码,提供实时警告。另一方面,工程人员通过诊断设备同整车通讯,达到维修和监测的目的。针对诊断设备和汽车ECU之间的数据交换,各大汽车公司制订了相关的标准和协议,这一整套从物理层到上层应用的协议叫做通信诊断协议栈。
诊断产品是针对汽车电子电控单元和非车载诊断设备进行通信,为其提供诊断通信服务的软件模块。通过诊断软件可以在ECU产品开发过程中读写系统信息和诊断数据;生产过程中做功能测试以及辅助完成零部件的生产;在售后市场上支持对ECU的诊断信息的读取和控制。
诊断协议栈包括CanTp、Dcm、Dem、FIM、DoIP等模块,主要对诊断请求进行处理与响应,针对故障进行管理等。
图·诊断协议栈
ECU 软件系统最终匹配和优化,由V模型开发的一个重要环节 --- 标定来完成。该过程涉及到一系列复杂的ECU软件参数值修改,需采集大量实验数据,并做技术处理和验证,最终实现控制策略及其参数的确定,实现电控单元的性能调优。
图·标定系统
1939是基于德国 Bosch公司(Robert Bosch GmbH)的控制器局域网络(CAN:Controller Area Network)开发的通信协议。该协议栈实现了 SAE J1939 标准的大部分功能,J1939 主要应用场景是中重型道路车辆中电气设备通讯以及电动汽车充电桩领域;J1939 协议栈实施在经典 CAN 总线上,波特率限定为 250Kbps 使用扩展 CanID;AUTOSAR 实现了 SAE J1939 21 中的大数据传输、Request、Request2、AckM 收发;实现了 SAE J1939 73 中诊断的大部分 DMx,以及 SAE J1939 81 网络管理地址申明与仲裁。
图·J1939 协议栈
随着汽车工业的发展,各种嵌入式系统被广泛地用于汽车电子之中,良好的汽车电子软件可以增加汽车的舒适性,保证车辆的安全,为用户提供便捷的操作。在所有汽车电子软件中,存储管理模块起到了至关重要的作用。
存储管理模块采用层次化的结构设计方法,针对汽车电子应用特点,对底层的物理存储器进行抽象,包含一个功能齐全,可配置的底层驱动模块和一套统一的硬件抽象接口。不仅极大地简化了对存储器的操作,提高效率,而且也实现了上层软件的平台无关性,降低软件的开发复杂度,提高软件的可移植性和复用性。
图·存储管理
在现代汽车领域中,各智能 ECU 模块广泛使用,给汽车行业带来巨大的变革。但由于设计中的缺失,以及开发过程中风险管理意识的不足,这些存在设计缺陷的ECU流入车辆安全控制系统中,导致大量人员伤亡事故的发生。为此,车辆功能安全标准ISO 26262 越来越受到各车厂和零部件供应商的重视。
普华ORIENTAIS Classic AUTOSAR基础软件对操作系统、WDG等模块采用ISO26262 标准最高安全等级 ASILD进行设计开发。通过OS、E2E1ib和WDG提供相关功能安全机制来阻止和检测软件故障,确保AUTOSAR组件间“免受干扰”,实现整个AUTOSAR系统的功能安全。
图·功能安全
随着车辆和 ECU 网络化和互联化程度的加深,对于车辆数据信息安全的需求在持续增加。以往的车辆总线通信传输的都是未经加密的数据,一旦被第三方侵入,便可直接读取车辆的关键数据,如转速、转向、刹车等信息,一旦被非法利用,后果不堪设想。在此背景下,AUTOSAR 引入了 SecOC(Secure OnboardCommunication) 模块,SecOC 模块调用的加密算法由 crypto 协议栈提供。
普华 ORIENTAIS AUTOSAR Classic Platform 基础软件提供基于AUTOSAR标准的安全通信和密码服务管理模块,以及基于硬件芯片和 / 或软件实现的国际主流密码算法和国密算法,满足客户的信息安全要求。
图·信息安全
ECU 的开发周期较长,并且汽车电子产品开发对安全性、可靠性的指标要求很 高,所以软件更新的情况在开发过程及售后都有可能出现。为了方便售后服务,同时避免对 ECU 硬件产品造成破坏,汽车行业按照各种标准采用专门的诊断测试设备, 通过标准的通信接口对 ECU 控制程序或者数据进行更新。Bootloader 是为了完成上 述功能,常驻在ECU内部 Flash 特定位置的程序。
作为常驻内存的软件组件,Bootloader 的主要功能是使得ECU具备了在线的可再编程能力。HIS Bootloader 主要是通过标准的通信接口对ECU进行再编程。HIS Bootloader 的软件设计基于 ISO 14229、ISO 15765-2、ISO 13400-2、HIS 标准、 AUTOSAR 标准等,从而与国内外整车厂自定义规范保持着较好的兼容性。
时间同步功能为应用程序提供了基于硬件时钟的时间同步管理功能,它用于记录和处理各应用之间由于硬件或通信等因素产生的时间误差,并通过此误差使各应用的时间与同一个作为标准的主时间同步。时间同步功能包括 StbM、EthTSyn、 CanTSyn 等三个模块。
图·时间同步
FOTA(Firmware Over-The-Air)主要解决的是ECU脱产程序更新的问题,以及作为车载终端对车上其他ECU发起程序刷写的操作。完整的车端 FOTA 协议栈包含的功能模块有 FOTA Master,FOTA Handler,以及相关的通信栈、诊断栈、存储栈、 信息安全栈等。通讯栈用于刷写数据流在不同通信总线上的重组与分片。存储栈主要是将下载的刷写数据写入非易失存储设备中,并对数据读写进行管理。诊断栈用于刷写流程中诊断服务请求的响应和处理。
FOTA Master 作为客户端主动发起刷写操作,用于刷写整车中其他 ECU节点,FOTA Master 可同时对多个ECU发起刷写请求,每个请求的刷写流程可以单独配置;针对刷写过程可能出现的异常,FOTA Master 可以根据接收到的状态信息发起回滚操作。
FOTA Handler 作为被刷 ECU 流程控制单元,主要实现对刷写请求的响应、刷写数据的流程管理和存储等操作。被刷端的ECU存储空间提供了至少 2 个分区用于应用程序切换,处于活动状态的分区将更新数据流下载到备选的非活动区域;下载 完成且校验通过后,根据用户选择完成启动时分区切换,从而实现“不停车升级”,下载流程因条件不满足的中断,支持掉电或复位后从上次中断点继续进行下载,避免了流程的反复重新开始。
图·FOTA解决方案
完整的Classic AUTOSAR集成开发环境,包括SWC设计工具,BSW基础软件配置工具,RTE配置及代码生成工具。
覆盖支持Classic AUTOSAR标准3.1.5/4.2.2/R19-11
AUTOSAR Safety OS产品通过ISO 26262功能安全ASIL D 莱茵国际认证
支持以太网、CAN/CANFD、LIN总线
支持信息安全
支持OTA、FOTA
400-6013-123
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