汽車電子學(xué)習(xí)筆記—AutoSAR之基礎(chǔ)軟件層（BSW）

- 1、概述
如之前autosar概述筆記中說明，BSW按照層級結(jié)構(gòu)可以分為服務(wù)層、ECU抽象層、硬件抽象層（MCAL）和復(fù)雜驅(qū)動層（CDD）。

- 硬件抽象層（MCAL）
主要包含了相關(guān)的Driver，通過該層次可以訪問MCU的資源，比如訪問整個芯片的CAN,LIN等控制器，配置MCU的Port腳，配置MCU的時鐘等。主要包含下面的內(nèi)容： MCU,PORT,DIO,ADC,SPI,CAN,LIN,FLEXRAY,PWM,ICU,OCU等

- ECU抽象層
底層驅(qū)動的抽象，同時它也是外設(shè)的驅(qū)動，它提供了可以訪問外設(shè)和底層MCU的接口，該層次主要包含了下面的內(nèi)容：CanIf,Can Transceiver Driver, MemIf, Fee, Ea, External Flash/EEPROM Driver, WdgIf等

- 服務(wù)層
包含操作系統(tǒng)的功能、車輛網(wǎng)絡(luò)通信管理服務(wù)、存儲器服務(wù)(NVRAM管理)、診斷服務(wù)(包括UDS通信、錯誤存儲和故障處理)、ECU狀態(tài)管理，模式管理、邏輯和時間程序流監(jiān)控(Wdg管理器)、密碼服務(wù)(密碼服務(wù)管理)、調(diào)度管理（Schedule Manager）

- 復(fù)雜驅(qū)動
跨越于微控制器硬件層和RTE之間，其主要任務(wù)是整合具有特殊目的且不能用MCAL進行配置的非標(biāo)準(zhǔn)功能模塊，將該部分功能嵌入到AUTOSAR基礎(chǔ)軟件層中，從而實現(xiàn)處理復(fù)雜傳感器以及執(zhí)行器的特定功能和時間要求。復(fù)雜驅(qū)動程序跟單片機和ECU硬件緊密相關(guān)。其上層程序接口是根據(jù)AUTOSAR指定并且實施的；其下層程序接口受標(biāo)準(zhǔn)接口程序的限制。復(fù)雜驅(qū)動可以使用特定的中斷或是復(fù)雜的微控制器外設(shè)（如PCP/TPU）來直接訪問微控制器，從而實現(xiàn)對復(fù)雜傳感器的評估和執(zhí)行器的控制，比如噴油控制，電磁閥控制，增量位置檢測等

- 2、詳細(xì)描述

- I/O功能

功能包括了DIO（數(shù)字輸入輸出）、ADC和PWM等

• 1）I/O Signal Interface： 對輸入數(shù)據(jù)的初步處理，比如輸入去抖等
• 2）Driver for ext. ADC ASIC： 外置ADC的驅(qū)動，比如當(dāng)有外部ADC采樣芯片的時候，通過SPI通信，將數(shù)據(jù)傳入主芯片
• 3）Driver for ext. I/O ASIC： 同上，只不過這里是I/O
• 4）SPI Handler： SPI處理驅(qū)動，將硬件中的SPI封裝成API供上層調(diào)用
• 5）ADC PWM DIO： MCAL中的驅(qū)動，將硬件中的ADC、PWM、DIO分別封裝成API供上層調(diào)用
• 6）SPI ADC PWM DIO（Hardware）： 就是指芯片中的這些功能模塊

實際例子流程

Adc_ReadGroup：是MCAL對上層開放的API函數(shù)，Read到的是ADC采樣值（比如12位精度最大就是4095）
Get_SensorValue：IoHwAb中的一個服務(wù)函數(shù)，主要作用就是通過ADC采樣值計算出實際的傳感器阻值（多少歐姆）。Sensor SWC和IoHwAb是通過C/S接口相連，可以通過Rte_Call_Get_(port)_SensorValue調(diào)用
Send_Temperature：將歐姆值計算成實際的溫度值，再傳遞給App SWC

- Communication功能

• 1）COM：主要就起了一個信號接口和網(wǎng)關(guān)的作用。從應(yīng)用層傳下來數(shù)據(jù)首先就進入這里，應(yīng)用層無需關(guān)心收發(fā)的數(shù)據(jù)是通過什么總線傳輸?shù)?#xff0c;只需要將它傳輸給COM即可
• 2）PDU Router： PDU——Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元。這個模塊的功能就是將COM下發(fā)的信號數(shù)據(jù)分配到相應(yīng)的協(xié)議總線上去；或者將不同的協(xié)議變成同一信號上傳給COM
• 3）IPDU Mux：用于解析一些特殊的協(xié)議，比如CAN FD或者用戶自定義的一些協(xié)議。就是起了一個統(tǒng)一CAN ID，不同信號Layout的作用
• 4）CAN Tp：分包數(shù)據(jù)傳輸與錯誤檢測，一般來說只有在診斷的時候才會使用
• 5）CAN Interface：主要配置收發(fā)隊列；組幀(FlexRay)；管理時間觸發(fā)總線的調(diào)度表(LIN, FlexRay)
• 6）CAN Driver：MCAL中對主芯片上CAN模塊的驅(qū)動封裝
• 7）Trcv Driver：Transceiver driver，收發(fā)器驅(qū)動

通信流程：

• 發(fā)送流程

  • 1）應(yīng)用層Send一個數(shù)據(jù)進COM
  • 2）COM寫信號進PDU Buffer中
  • 3）PDU被PDU Router立刻發(fā)送或按周期發(fā)送（每個PDU都有一個獨立的ID），之后PDU Router辨認(rèn)總線種類，并把PDU發(fā)向不同的下級模塊
  • 4）Interface根據(jù)不同的通道，把報文寫入不同的隊列
  • 5）Driver根據(jù)報文的優(yōu)先級立刻發(fā)送報文

• 接收流程

  • 1）硬件接收報文
  • 2）由Driver發(fā)出Rx中斷（函數(shù)），之后通過RxIndication，數(shù)據(jù)被傳遞到Interface
  • 3）傳遞到PDU Router
  • 4）傳遞到COM（如果SWCs使用Data ReceptionTrigger，就通知RTE；否則暫存到Buffer中）
  • 5）信號被RTE讀取，然后應(yīng)用層讀取

- Memory功能

1）ROM存儲方式

• EEPROM：可以按位操作
• FLASH仿EEPROM：相同大小容量下Flash相對便宜一些，但是只能按塊擦寫，不能按位擦寫。想要讓Flash做到按位擦寫，就需要先將Flash原來的數(shù)據(jù)備份一份，再修改其中想要修改的位，再按塊擦除，最后將改寫好的數(shù)據(jù)再燒錄回原塊中
• 而存儲可以是片內(nèi)的，也可以是片外的

2）詳細(xì)說明

• NVRAM Manager：
  a.應(yīng)用層訪問非易失性數(shù)據(jù)的唯一接口，提供非易失數(shù)據(jù)的管理服務(wù)
  b.NVM模塊上層是RTE，下層是對接Flash Driver或者EEPROM Driver的接口
  c.NVM里面的數(shù)據(jù)讀寫有兩種同步機制：Implicit synchronization（隱式同步）和Explicit synchronization（顯式同步）

• Memory Abstraction Interface：主要作用是將需要讀寫的信息解耦，分別分派給EEPROM或FLASH

• EEPROM Abstraction（EA）：EEPROM的抽象層，主要作用就是進一步封裝片外或片內(nèi)EEPROM驅(qū)動，給上層提供統(tǒng)一的API接口

• Flash EEPROM Emulation： 同上，此為Flash

• External E2 Drv：ECU抽象層中片外EEPROM的驅(qū)動，下面是SPI的驅(qū)動，由于片外的EEPROM要通過SPI通信才能訪問。因此，片外EEPROM的驅(qū)動要放到ECU抽象層中

• SPI Handler Drv：MCAL中對片上SPI的驅(qū)動

• SPI EEPROM FLASH：片內(nèi)的SPI、EEPROM和FLASH功能模塊

• External E2 Memory：片外EEPROM，就是板載的EEPROM，需要通過SPI訪問

流程：

• 片內(nèi)存儲
  
• 片外存儲
  
  - Watchdog功能
  
  • WdgM: 為應(yīng)用層提供安全相關(guān)的服務(wù)
  • WdgIf: 看門狗接口，主要功能是觸發(fā)硬件看門狗
  • Wdg Drv: Mcal中看門狗的驅(qū)動

- Diagnostics功能
一般故障處理過程，如ECU故障發(fā)生了，要將故障的內(nèi)容記錄到EEP或者Flash中，communication模塊把故障信息傳輸?shù)紺AN或者LIN上，故障發(fā)生后需要對故障功能做出應(yīng)急處理

- FIM： Function Inhibition Manager，功能禁止管理，當(dāng)一些error出現(xiàn)的時候，禁止一些功能。比如當(dāng)檢測到控制器過電流的時候，關(guān)閉MOS或IGBT，防止炸管
- DEM：Diagnostic Event Manager，診斷事件管理。就是用來記錄和存儲診斷事件的，下面連接NVRAM Manager，就是將這些診斷事件記錄到EEP或者Flash中
- DCM：Diagnostic Communication Manager，診斷通信管理。實現(xiàn)診斷通信協(xié)議，我們通常說的UDS協(xié)議（即ISO14229，是Unified Diagnostic Services，統(tǒng)一診斷服務(wù)，是診斷服務(wù)的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)

流程：

• 對故障做出快速響應(yīng)的功能：
  首先由應(yīng)用層傳輸數(shù)據(jù)到DEM，DEM判斷出是哪個故障，之后發(fā)送給FIM；FIM立即做出判斷，通過回調(diào)函數(shù)通知SWC或者輪詢的方式禁止SW
• 將故障記錄的功能：
  故障由應(yīng)用層傳輸數(shù)據(jù)到DEM，DEM一邊是發(fā)送給FIM，另一邊是發(fā)送給NVRAM Manager，然后將故障記錄到EEP或者Flash中，方便以后維修診斷

- AutoSAR OS
OS可以配置為四個等級：SC1、SC2、SC3、SC4 （SC：Scalability Classes，可伸縮的類型）

• SC1： 包含標(biāo)準(zhǔn)OSEK OS標(biāo)準(zhǔn)，除此之外還定義了標(biāo)準(zhǔn)的計數(shù)器接口和輪詢式的調(diào)度表
• SC2= SC1 + 時間保護。也就是說，當(dāng)一個任務(wù)執(zhí)行時間過長，它會被停止；SC2同時還定義了時間監(jiān)控。防止因為一個任務(wù)時間過長而影響其他任務(wù)的實時性
• SC3： SC3 = SC1 + 內(nèi)存保護。針對未經(jīng)授權(quán)訪問安全相關(guān)軟件組件的內(nèi)存區(qū)域的防護
• SC4： SC4 = SC1 + 時間保護 + 內(nèi)存保護 = SC2 | SC3

- Mode Management功能
模式管理，可以理解為對狀態(tài)的管理（比如ECU的上電、下電和休眠；CAN通訊的開啟和關(guān)閉都是狀態(tài)）。主要管理的對象有ECU、BSW和COM（通信中又可以細(xì)分很多）

• ECU State Manager(EcuM)
  ECU狀態(tài)機，主要作用是管理的是ECU的上下電功能（還包括休眠、重啟等）。
  具體有以下四個功能：

  • 1）單片機初始化時，初始化OS所需的BSW模塊
  • 2）為單片機的休眠（Sleep）模式和喚醒（wake up）模式做準(zhǔn)備
  • 3）執(zhí)行關(guān)機命令和重啟命令
  • 4）通過喚醒驗證協(xié)議驗證已發(fā)生的喚醒

• Basic Software Mode Manager(BswM)：
  主要作用是定義一系列規(guī)則。一旦滿足規(guī)則，就執(zhí)行相應(yīng)的動作。主要有Communication Control、Ecu State Handing和Module Initialization

• Communication Manager(ComM)：主要功能是管理通信的啟用和關(guān)閉

• Network Management(Nm If, Bus NM)：主要功能是保持總線喚醒和協(xié)調(diào)總線關(guān)閉

• Bus State Manager(Bus SM)：切換Bus的狀態(tài)，比如CAN SM是切換該CAN的啟動和關(guān)閉（注意把CAN和COM區(qū)分開，COM更高一層，COM不光包含CAN）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的汽车电子学习笔记—AutoSAR之基础软件层（BSW）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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