上海2014年11月13日電 /美通社/ -- 電子設(shè)計自動化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商 Mentor Graphics 近日發(fā)布一份題為《AUTOSAR 如何重塑汽車領(lǐng)域》的研究報告。
作者簡介
Andrew Patterson 是 Mentor Graphics 嵌入式軟件事業(yè)部業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)，汽車市場是他的專長。加入 Mentor Graphics 之前，Andrew 在設(shè)計自動化市場馳騁超過25年的時間，精通各種技術(shù)、汽車仿真模型開發(fā)、虛擬原型設(shè)計和機(jī)電一體化。目前，他在 Mentor Graphics 主要負(fù)責(zé)嵌入式軟件戰(zhàn)略，包括運(yùn)行于多種主機(jī)硅平臺上的 Linux、AUTOSAR 和其他操作系統(tǒng)。Andrew 擁有英國劍橋大學(xué) (Cambridge University) 的工程和電子科學(xué)碩士學(xué)位。
前言、背景
自2003年組建以來，AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）聯(lián)盟一直致力于改變車載網(wǎng)絡(luò)和電子控制單元 (ECU) 的設(shè)計方式。AUTOSAR 為原始設(shè)備制造商 (OEM) 及其一級供應(yīng)商提供設(shè)計和開發(fā)位于現(xiàn)代車輛中心的 ECU 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。該標(biāo)準(zhǔn)能幫助減少設(shè)計過程中人為錯誤的可能性，并為供應(yīng)商和制造商提供一種明確且機(jī)器可讀的數(shù)據(jù)格式來交換設(shè)計信息。本文探討了 AUTOSAR 采用的戰(zhàn)略的一些預(yù)期商業(yè)益處，并解釋了一些基本術(shù)語和設(shè)計方法。
AUTOSAR 聯(lián)盟的會員包括汽車 OEMs 以及由零部件和服務(wù)提供商組成的支持性生態(tài)系統(tǒng)。該聯(lián)盟的宗旨是針對汽車電氣/電子 (E/E) 架構(gòu)創(chuàng)造和建立全球性開放標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在車輛架構(gòu)級別提供支持，讓OEMs 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員能設(shè)計和管理車輛功能之間的復(fù)雜關(guān)系，并且還支持供應(yīng)商在制造之前詳細(xì)定義獨(dú)立 ECUs 接口的細(xì)節(jié)。
全文要點(diǎn)與大綱如下：
1, 為何改用 AUTOSAR？
一款現(xiàn)代化豪華車可能包含多達(dá)100個 ECUs，包括從簡單的傳感器接口到復(fù)雜的娛樂信息及遠(yuǎn)程信息單元。將它們一次性全部改用 AUTOSAR 方法和標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險很高，但原始設(shè)備制造商和一級供應(yīng)商做出這樣的改變會獲得廣泛的利益。預(yù)計到2020年，所有車輛都將擁有一些基于 AUTOSAR 的 ECUs，因此該標(biāo)準(zhǔn)不能被忽視。
改用 AUTOSAR 的一些原因和好處包括：
改用 AUTOSAR 可加速設(shè)計調(diào)整，不論在整個內(nèi)部設(shè)計周期內(nèi)是否需要對 ECU 進(jìn)行重新設(shè)計或改進(jìn)。改用 AUTOSAR 方法可與新的工具的工作流程等其它流程調(diào)整或采用更高的安全標(biāo)準(zhǔn)以保持與 ISO26262 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一同時進(jìn)行。不論如何實施調(diào)整，首個基于 AUTOSAR 的電子控制單元設(shè)計項目都要比現(xiàn)有/傳統(tǒng)的設(shè)計流程所花費(fèi)的時間更長，這是因為設(shè)計人員需要時間來熟悉新的方法。隨之而來的是成本節(jié)余和效益的提升。傳統(tǒng)的 ECU 資產(chǎn)向 AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變也是有可能的，通過采用“AUTOSAR 封裝”概念，重要的現(xiàn)有和公認(rèn)電子控制單元應(yīng)用代碼可實現(xiàn)重復(fù)使用。使 AUTOSAR 的封裝能夠?qū)肫渌?AUTOSAR ECUs。
2, 什么是 AUTOSAR？
從本質(zhì)而言，AUTOSAR 提供標(biāo)準(zhǔn)的 ECU 接口定義，使設(shè)計人員能夠明確每個汽車 ECU 中都需要的可重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)化軟件層和組件。該標(biāo)準(zhǔn)不受硬件的影響，這意味著應(yīng)用軟件和硬件平臺是相互獨(dú)立的。應(yīng)用軟件開發(fā)人員可在應(yīng)用軟件中明確各個汽車功能的細(xì)節(jié)，而不用擔(dān)心相關(guān)軟件服務(wù)和硬件接口。過去，軟件和硬件緊密地整合在一起，因此很難實現(xiàn)便攜性和可重復(fù)使用（圖1）。
將設(shè)計與硬件決策分開使車輛生產(chǎn)商/OEM 能夠基于所需的車輛功能進(jìn)行自上而下的設(shè)計。存在于這一設(shè)計階段的虛擬功能總線 (VFB) 概念使得所有軟件電子控制單元都能夠?qū)崿F(xiàn)互連和得到測試。通過采用虛擬功能總線，應(yīng)用軟件組件 (SWC) 與其它應(yīng)用軟件組件也相互獨(dú)立。軟件組件向虛擬功能總線發(fā)出輸出信號，虛擬功能總線再將信息傳送給目標(biāo)組件的輸入端口。AUTOSAR 為輸入和輸出端口以及交換信息格式提供定義。這種分離方法使得在定義相關(guān)硬件之前實現(xiàn)所有車輛軟件功能和接口交互驗證成為可能。設(shè)計調(diào)整也因此變得容易得多，同時所有功能在虛擬功能總線上都被定義為軟件組件（圖2）。
虛擬功能總線不提供 ECUs之后在真實車輛中如何分布和互連的信息，但對架構(gòu)設(shè)計階段來說卻是很有用的測試基準(zhǔn)?？舍槍λ熊囕v信號進(jìn)行定時檢查和接口定義。
一旦設(shè)計人員對各項功能感到滿意，這些功能便會被映射或聚集到特定的硬件電子控制單元中。AUTOSAR 為軟件組件的映射和聚集過程提供支持。一個復(fù)雜的 ECU 可能包含很多軟件組件，必要時可進(jìn)行分級組織。
3, AUTOSAR 運(yùn)行環(huán)境
每個 ECU 都有它量身定制的運(yùn)行環(huán)境 (RTE)，通?？赏ㄟ^配套的設(shè)計工具來自動創(chuàng)建。真正的電子控制單元之間的實際通信將作為 CAN 或 FlexRay 總線的一部分來實現(xiàn)，而運(yùn)行環(huán)境通過生成工具進(jìn)行配置，以便執(zhí)行相連 AUTOSAR 組件所需的通信路徑。運(yùn)行環(huán)境可以切實執(zhí)行虛擬功能總線和架構(gòu)設(shè)計流程的通信和連接拓?fù)?。由?AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)支持很多不同類型的軟件組件，運(yùn)行環(huán)境必須考慮各種軟件組件存在的限制和變化。
4, 為 AUTOSAR 組件提供服務(wù) -- 基礎(chǔ)軟件層和操作系統(tǒng)
基礎(chǔ)軟件 (BSW) 是一種標(biāo)準(zhǔn)化軟件，不包含車輛應(yīng)用邏輯和電子控制單元功能，但為運(yùn)行環(huán)境提供依賴硬件和獨(dú)立于硬件的服務(wù)。所需的服務(wù)包括內(nèi)存服務(wù)（NVRAM 管理器）、網(wǎng)絡(luò)通信管理服務(wù)、診斷服務(wù)和狀態(tài)管理。當(dāng)應(yīng)用層中定義的 AUTOSAR 軟件組件要求服務(wù)時，運(yùn)行環(huán)境的任務(wù)是在真正的電子控制單元上完成映射。
運(yùn)行環(huán)境不提供任何機(jī)制來從遠(yuǎn)程 ECU 獲取服務(wù)，AUTOSAR 規(guī)范也不允許這樣做。所有服務(wù)要求都必須在“本地”電子控制單元上得到滿足。在真正的電子控制單元上運(yùn)行的基本操作系統(tǒng)（OS 或 OSEK）不知道 AUTOSAR “可運(yùn)行實體”的概念。操作系統(tǒng)擁有一個可調(diào)度活動列表，這些活動通過調(diào)度算法進(jìn)行管理。
5, 關(guān)于硬件
AUTOSAR 分層軟件架構(gòu)可以分離硬件的應(yīng)用邏輯，以便重復(fù)利用和攜帶。運(yùn)行環(huán)境和操作系統(tǒng)與微控制器抽象層 (MCAL) 相連，可以訪問主微控制器上的物理端口和設(shè)備。微控制器抽象層具體到每個微控制器，使操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件能夠訪問數(shù)字輸入/輸出、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換、FLASH 和 EEPROM 支持等設(shè)備。圖4顯示了 AUTOSAR 電子控制單元中不同硬件和軟件層之間的關(guān)系。
6, 支持新方法
汽車 OEM 可以通過一個自上而下的 AUTOSAR 設(shè)計方法，操作整個網(wǎng)絡(luò)的完整模型。AUTOSAR 設(shè)計工具允許提取單個ECU，連接性和接口信息在 AUTOSAR XML (arxml) 中有定義。這個接口定義之后將傳給一級供應(yīng)商，進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)節(jié)設(shè)計和實施。由于擁有統(tǒng)一的格式，相同的定義可以在公開投標(biāo)時同時傳給幾個一級供應(yīng)商。標(biāo)準(zhǔn)化描述的好處在于在ECU描述中可以避免任何設(shè)計不定性，并且隨著 AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，存在誤解的可能性越來越小。由于這個標(biāo)準(zhǔn)與硬件無關(guān)，因此能夠很好地利用新行業(yè)趨勢的好處，如車內(nèi)以太網(wǎng)、混合技術(shù)車輛網(wǎng)絡(luò)(CAN/Flexray)、異構(gòu)多核平臺以及車載網(wǎng)關(guān)布置。
7, 想要試試看？
包括 Mentor Graphics 在內(nèi)的一些商業(yè)機(jī)構(gòu)為 AUTOSAR 設(shè)計提供評估套件。這些套件包括架構(gòu)設(shè)計到單個 ECU 配置。Mentor Graphics 還擁有其 VSX 工具套件以及支持 CAN、FlexRay、LIN 和以太網(wǎng)的 ECU 硬件開發(fā)板。這些工具以Eclipse為基礎(chǔ)，利用開源工具鏈進(jìn)行從源代碼到運(yùn)行實施的一系列設(shè)計。相對于大規(guī)模地將車內(nèi) ECU 一次性改到 AUTOSAR 方法來說，低風(fēng)險調(diào)查和 AUTOSAR 試驗更可取。
研究報告總結(jié)
AUTOSAR 為車載網(wǎng)絡(luò)和 ECU 設(shè)計提供預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)方法，找到了進(jìn)入每個汽車 OEM 和一級機(jī)構(gòu)的方式。AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)提供了改善工藝和重新利用組件的機(jī)會，但是也存在學(xué)習(xí)一個新的 ECU 設(shè)計流程和工具的挑戰(zhàn)。AUTOSAR 的早期采用者一直將這些知識傳給主流設(shè)計和資源，可用于量產(chǎn)的工具如今已廣泛推出。AUTOSAR 的采用還將幫助機(jī)構(gòu)達(dá)到功能安全標(biāo)準(zhǔn) ISO26262的要求，因為它支持一個可重復(fù)、定義明確、且自上而下的設(shè)計流程。
關(guān)于Mentor Graphics
Mentor Graphics公司是電子硬件和軟件設(shè)計解決方案(EDA)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，為世界上較成功的通信、半導(dǎo)體，計算機(jī)，消費(fèi)電子，汽車電子和國防軍工公司提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、咨詢服務(wù)和支持, 可加快客戶電子及機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加成本效益。工程師可借助公司不斷推出的新產(chǎn)品及解決方案，應(yīng)對日趨復(fù)雜的電路板及芯片設(shè)計領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。Mentor Graphics 公司擁有業(yè)內(nèi)最為豐富的頂級產(chǎn)品線，提供完整的 SOC/IC/FPGA/PCB/SI 設(shè)計工具和服務(wù)，并且是唯一一家擁有嵌入式軟件解決方案的 EDA 公司。公司成立于1981年，目前有超過70家分公司分布世界各地。
公司總部地址：8005 S.W. Boeckman Road, Wilsonville, Oregon 97070-7777。
上市公司（納斯達(dá)克代碼：MENT)
成立于1981年，總部位于俄勒岡州威爾遜維爾市
全球設(shè)有70多個分公司或辦事處
已在中國上海、北京、深圳設(shè)立分支機(jī)構(gòu)
公司網(wǎng)址 -- www.mentor.com , www.mentorg.com.cn
欲了解有關(guān) Mentor Graphics 汽車解決方案的更多信息，請訪問 http://automotive.cn.mentor.com 或發(fā)送電郵至 auto_china@mentor.com 。
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