汽車應(yīng)用軟件開發(fā)已成為汽車開發(fā)過程中最復(fù)雜，最關(guān)鍵的活動。AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）為汽車電子控制單元（ECU）開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化的開放軟件體系結(jié)構(gòu)，是主機(jī)廠、供應(yīng)商以及工具和半導(dǎo)體供應(yīng)商的合作伙伴。重點是管理汽車電氣/電子（E / E）架構(gòu)開發(fā)中日益增長的復(fù)雜性，旨在實現(xiàn)新技術(shù)并提高開發(fā)效率-而不影響質(zhì)量。Autosar旨在軟件架構(gòu)、開發(fā)方法、應(yīng)用程序界面三個技術(shù)領(lǐng)域中實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。
除此重點外，AUTOSAR的關(guān)鍵成功因素還在于其開發(fā)協(xié)議，該協(xié)議從法律層面控制著合作伙伴與其精益組織之間的關(guān)系，從而區(qū)分了即核心合作伙伴和其他合作伙伴（保費，開發(fā)和合作伙伴），從而參照精益流程以快速做出決策。
為了掌握OEM和供應(yīng)商之間軟件模塊（例如駕駛員輔助系統(tǒng)）的復(fù)雜性，整體來說AutoSar有如下9個目標(biāo)：
1.軟件的可移植性。
OEM和供應(yīng)商應(yīng)能夠在車輛網(wǎng)絡(luò)內(nèi)重用軟件。也可以在不同OEM的不同汽車平臺上使用相同的軟件。
2.對不同車輛和平臺型號的可擴(kuò)展性。
AUTOSAR應(yīng)提供用于開發(fā)可適用于不同車輛以及車輛平臺和硬件的軟件系統(tǒng)的機(jī)制。這意味著AUTOSAR應(yīng)該是可配置的，以便可以集成到不同的車輛中。
3.支持不同的功能域。
AUTOSAR應(yīng)該能夠在盡可能多的功能域中重用軟件組件。這包括與非AUTOSAR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，例如與車輛信息娛樂系統(tǒng)的通信。
4.定義開放式體系結(jié)構(gòu)。
AUTOSAR的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該是可維護(hù)的，可適應(yīng)的和可擴(kuò)展的。因此，錯誤可以不斷修復(fù)。可以實現(xiàn)將來的要求和個性化增強(qiáng)。
5.開發(fā)高度可靠的系統(tǒng)。
AUTOSAR必須實現(xiàn)可用性，可靠性，功能安全性，完整性，維護(hù)性和安全性。通過這種方式，例如可以考慮對功能安全性的要求。
6.自然資源的可持續(xù)利用。
支持使用有效利用自然資源和使用可再生能源的技術(shù)。
7.各種伙伴之間的合作。
汽車行業(yè)的特點是合作伙伴之間的廣泛合作。AUTOSAR應(yīng)通過定義數(shù)據(jù)交換格式和允許來自不同合作伙伴的基本軟件和應(yīng)用程序集成的體系結(jié)構(gòu)來支持協(xié)作。
8.汽車ECU基本軟件功能的標(biāo)準(zhǔn)化。
基本軟件應(yīng)可用于不同的功能域，OEM和供應(yīng)商。然后可以將基本軟件作為產(chǎn)品提供。
9.支持適用的汽車國際標(biāo)準(zhǔn)和最新技術(shù)。
AUTOSAR應(yīng)與現(xiàn)有和相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)兼容。這允許在當(dāng)前和將來的車輛系統(tǒng)中使用AUTOSAR。一個例子是對現(xiàn)有和將來的總線系統(tǒng)的支持，例如FlexRay，CAN，以太網(wǎng)等。
這些項目目標(biāo)在高級系統(tǒng)要求的“ AUTOSAR主要要求規(guī)范”中進(jìn)行了詳細(xì)說明。下面的示例說明了這一點：項目目標(biāo)“軟件的可移植性”分為以下主要要求：
– AUTOSAR的軟件架構(gòu)應(yīng)分為功能層。
– AUTOSAR應(yīng)提供與硬件的隔離層，以允許盡可能多的軟件部分獨立于硬件進(jìn)行設(shè)計。
– AUTOSAR應(yīng)允許在整個車載網(wǎng)絡(luò)中免費分發(fā)應(yīng)用軟件。
主要特征和核心功能是根據(jù)主要要求得出的。從中得出“軟件需求規(guī)范”（SRS）。這些SRS的詳細(xì)信息產(chǎn)生了“軟件規(guī)范”（SWS）。下圖顯示了它們的相關(guān)性。“軟件規(guī)范”構(gòu)成了將AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)實施到軟件中的基礎(chǔ)。
其中，AUTOSAR的標(biāo)準(zhǔn)化分為軟件架構(gòu)、開發(fā)方法、應(yīng)用程序界面三個技術(shù)領(lǐng)域。
ECU軟件體系結(jié)構(gòu)的主要概念在于通過軟件抽象層-運行時環(huán)境（RTE）來拆分獨立于硬件的應(yīng)用程序軟件和面向硬件的基本軟件（BSW）。一方面，該抽象層支持為駕駛員輔助系統(tǒng)開發(fā)特定于OEM且具有競爭力的軟件應(yīng)用程序。另一方面，它簡化了與OEM無關(guān)的BSW的標(biāo)準(zhǔn)化過程。此外，這是ECU軟件針對不同汽車系列和變體進(jìn)行可擴(kuò)展性的前提。它提供了在多個ECU之間分布應(yīng)用程序以及集成來自不同來源的軟件模塊的可能性。
BSW進(jìn)一步分為以下幾層：“服務(wù)”，“ ECU抽象”，“微控制器抽象”，運行時環(huán)境從基本軟件中提取應(yīng)用程序?qū)樱⒔M織它們之間進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息通信。這構(gòu)成了在應(yīng)用程序級別上面向組件，與硬件無關(guān)的軟件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其中軟件模塊為獨立的單元。例如，駕駛員輔助系統(tǒng)的功能由軟件模塊實現(xiàn)。這些軟件模塊共同構(gòu)成了應(yīng)用程序。各個軟件模塊僅直接與RTE通信。因此，無論通信發(fā)生在ECU內(nèi)還是超出ECU邊界，通信都經(jīng)過清晰設(shè)計來確保獨立性，可以在不了解所使用或計劃的硬件的情況下開發(fā)軟件組件，或者在ECU之間分配現(xiàn)有軟件模塊。
除了軟件體系結(jié)構(gòu)以外，AUTOSAR還對汽車軟件的開發(fā)方法進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，從而促進(jìn)了現(xiàn)代系列項目相關(guān)合作伙伴的合作。AUTOSAR設(shè)計方法論解決了將ECU和各種ECU中的軟件模塊集成到具有不同總線系統(tǒng)的車輛通信網(wǎng)絡(luò)中。它定義了通用工件和相關(guān)活動，尤其是活動的依賴性。該設(shè)計方法可應(yīng)用于應(yīng)用軟件的開發(fā)，運行時環(huán)境和系統(tǒng)配置中。
對于產(chǎn)生或可以在AUTOSAR設(shè)計方法中使用的信息，AUTOSAR定義了具有語義約束的正式數(shù)據(jù)交換格式（AUTOSAR方案）。此信息作為形式描述存儲在AUTOSAR XML（.arxml）文件中。許多工具將這些描述用于RTE和AUTOSAR BSW的配置和生成。例如，軟件組件描述為應(yīng)用程序軟件提供了標(biāo)準(zhǔn)化的組件模型。或者，系統(tǒng)描述使用交叉鏈接的ECU實例定義系統(tǒng)上的純軟件層與物理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。它描述了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌總€通道的通信以及各個ECU上軟件模塊的分配。AUTOSAR設(shè)計方法的原理如下圖所示。
AUTOSAR應(yīng)用程序接口–所顯示的接口符號
除了描述汽車工業(yè)中E / E系統(tǒng)的基本能力外，實際交換格式還需要許多方面支持，例如文檔，需求可追溯性和各種工件的生命周期。此外，集成的變型管理使OEM和供應(yīng)商可以表達(dá)基本的AUTOSAR產(chǎn)品系列，并在必要時與合作伙伴交換此信息。這些變體的共同理解和統(tǒng)一解釋是成功開展項目合作的關(guān)鍵要素。
通過應(yīng)用程序接口確保應(yīng)用程序模塊與RTE的鏈接。AUTOSAR一方面通過語法將基本接口機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)化，另一方面在車輛域主體中標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用程序接口的語義、內(nèi)部和舒適性，動力傳動系統(tǒng)，底盤以及乘客和行人保護(hù)。其重點是針對廣泛引入的應(yīng)用程序的接口規(guī)范，以強(qiáng)調(diào)軟件模塊的重用和交換。最后，標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用程序接口的使用對于應(yīng)用程序的重用至關(guān)重要。
來自AUTOSAR所有合作伙伴的專家都對接口規(guī)范進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，例如關(guān)于使用的數(shù)據(jù)類型，單位和縮放因子。它們允許軟件設(shè)計人員和開發(fā)人員在擴(kuò)展或復(fù)用軟件模塊的情況下使用它，而不依賴于任何特定的硬件或ECU。駕駛員輔助系統(tǒng)等應(yīng)用程序包括差異化的競爭功能。因此，AUTOSAR并沒有標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用程序的內(nèi)部功能過程（例如算法），而是將在應(yīng)用程序之間交換的信息。
系統(tǒng)架構(gòu)：虛擬功能總線（VFB）
為了開發(fā)功能系統(tǒng)架構(gòu)，AUTOSAR引入了虛擬功能總線的概念-VFB。VFB允許描述整個系統(tǒng)中，即整個車輛中應(yīng)用模塊之間的功能交互。此描述獨立于實際的ECU架構(gòu)和實施的網(wǎng)絡(luò)。這樣，VFB從硬件中提取了應(yīng)用程序。AUTOSAR將單個應(yīng)用程序描述為軟件組件（SWC）。VFB既提供了它們之間的通信機(jī)制，也提供了使用基本軟件到軟件組件的服務(wù)的機(jī)制（請參見圖7，上部）。各種機(jī)制由所謂的端口表示（參見6.1節(jié)）。
在進(jìn)一步的過程中，功能系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)映射到物理體系結(jié)構(gòu)上，這意味著ECU和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｔ诖耍瑢④浖M件分配給ECU。在每個ECU中，VFB的功能都由RTE和底層基本軟件實現(xiàn)（請參見圖7，下部）。為了避免造成誤解，應(yīng)明確指出：AUTOSAR已指定VFB概念。此概念已在市場上可用的各種系統(tǒng)架構(gòu)工具中實現(xiàn)。
AUTOSAR軟件體系結(jié)構(gòu)的層模型將應(yīng)用軟件以軟件組件的形式放置在應(yīng)用層中。
可以將軟件組件分組為再次在外部充當(dāng)軟件組件的合成。通過這種通用組件概念，可以將軟件組件的任何嵌套層次結(jié)構(gòu)實現(xiàn)為一個系統(tǒng)。可以獨立于硬件設(shè)計和開發(fā)應(yīng)用程序軟件，軟件組件通過端口進(jìn)行通信，每個端口代表一個某些溝通機(jī)制。在應(yīng)用程序之間進(jìn)行通信時，最重要的機(jī)制是用于形成由數(shù)據(jù)發(fā)送者發(fā)起的在“發(fā)送者-接收者”之間的通信端，以及用于由接收者發(fā)起的通信的“客戶端”。除此之外，還有其他端口用于過程控制（外部觸發(fā)事件）或用于訪問某些參數(shù)（校準(zhǔn)，操作模式，非易失性存儲器）。每個端口都有一個接口，用于確定要通信的數(shù)據(jù)類型。AUTOSAR用編程語言C定義了端口的精確映射。下圖顯示了ECU內(nèi)部以及不同ECU中的應(yīng)用程序之間的通信路徑。軟件組件由稱為“軟件組件模板”的特定AUTOSAR的正式描述。除了對端口和接口的描述之外，它還包含所謂的內(nèi)部行為。該術(shù)語成立于AUTOSAR的早期，但不幸的是經(jīng)常引起誤解。在AUTOSAR的上下文中，“內(nèi)部行為”描述了與時間或事件相關(guān)的過程控制（事件和調(diào)度）的組件。這包括“可運行實體”的定義，即由底層操作系統(tǒng)按事件或時間安排的最小軟件實體。明確要在組件中實現(xiàn)的算法不屬于“內(nèi)部行為”。
實際上，有幾種典型的方法可以填寫或編輯軟件組件說明。許多用于基于模型的開發(fā)的設(shè)計工具可以從圖形模型中生成軟件組件描述，并允許編輯相應(yīng)的條目。同樣，RTE生成器通常允許編輯軟件組件說明。對于具有特定硬件要求的應(yīng)用程序，例如依賴于某些傳感器或執(zhí)行器的軟件，AUTOSAR提供了所謂的傳感器/執(zhí)行器軟件組件，在軟件組件說明中可以注明這些約束。
AUTOSAR運行時環(huán)境（RTE）將應(yīng)用程序從基本軟件的任何實現(xiàn)細(xì)節(jié)中提取出來，并從控制設(shè)備的硬件中提取出來。它表示特定ECU上VFB的運行時實現(xiàn)。RTE提供了應(yīng)用程序之間的通信機(jī)制以及訪問基本軟件服務(wù)的機(jī)制。這還包括為通信提供數(shù)據(jù)緩沖和排隊。
RTE的實際程序代碼取決于應(yīng)用程序，它們的通信，基本軟件使用的服務(wù)以及調(diào)度。實際上，代碼是由RTE生成器根據(jù)軟件組件描述的信息創(chuàng)建的。嚴(yán)格來講，RTE是一種“中間件”層技術(shù)，它可以通過分散的網(wǎng)絡(luò)來重新定位應(yīng)用程序?qū)拥慕M件。
基本軟件通過RTE為應(yīng)用程序提供所有系統(tǒng)服務(wù)和功能。盡管基本軟件的功能對于應(yīng)用程序必不可少，但車輛用戶通常不會很好地注意到這些功能。隨著對硬件的依賴性越來越高，基本軟件又分為多個層：服務(wù)層，ECU抽象層和微控制器抽象層。依次地，每個層包含代表精確指定功能范圍的各個模塊。AUTOSAR基本軟件包含大約總共80個不同的模塊，為此標(biāo)準(zhǔn)對每個模塊都具有要求和軟件規(guī)范。其中，模塊及其接口的功能行為用C定義，因此一個模塊的兩種不同但符合標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)方式可以直接互換。基本軟件模塊的功能行為及其配置的參數(shù)化使用與應(yīng)用程序組件相同的形式描述機(jī)制。控制單元的基本軟件模塊的配置說明在ECU配置說明中進(jìn)行了概述。
服務(wù)層包括系統(tǒng)服務(wù)，例如通信服務(wù)，診斷協(xié)議，存儲服務(wù)，ECU操作模式的管理以及作為獨立模塊的AUTOSAR操作系統(tǒng)（OS）。AUTOSAR OS基于實時系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)OSEK / VDX，并且在某些領(lǐng)域得到了擴(kuò)展，但在其他領(lǐng)域也受到限制。它是靜態(tài)配置和縮放的，并提供基于優(yōu)先級的實時行為和中斷處理。在運行期間，可以使用各種保護(hù)機(jī)制來進(jìn)行內(nèi)存訪問或時間行為。AUTOSAR OS還適用于小型和性能較低的微控制器，但同時也支持多核使用以及對代碼和數(shù)據(jù)使用多個內(nèi)存分區(qū)。服務(wù)模塊與操作系統(tǒng)及硬件無關(guān)。這些系統(tǒng)服務(wù)可通過RTE用于應(yīng)用程序，應(yīng)用程序無法直接訪問底層的基本軟件模塊。這是保留給服務(wù)使用的，以作為其功能的一部分訪問ECU或微控制器資源。服務(wù)模塊及其底層模塊也稱為功能堆棧，例如FlexRay的通信堆棧。有時將這樣的堆棧實現(xiàn)和集成為一個大型軟件單元，而沒有底層模塊結(jié)構(gòu)。
服務(wù)層包括系統(tǒng)服務(wù)，例如通信服務(wù)，診斷協(xié)議，存儲服務(wù)，ECU操作模式的管理以及作為獨立模塊的AUTOSAR操作系統(tǒng)（OS）。AUTOSAR OS基于實時系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)OSEK / VDX，并且在某些領(lǐng)域得到了擴(kuò)展，但在其他領(lǐng)域也受到限制。它是靜態(tài)配置和縮放的，并提供基于優(yōu)先級的實時行為和中斷處理。在運行期間，可以使用各種保護(hù)機(jī)制來進(jìn)行內(nèi)存訪問或時間行為。AUTOSAR OS還適用于小型和性能較低的微控制器，但同時也支持多核使用以及對代碼和數(shù)據(jù)使用多個內(nèi)存分區(qū)。服務(wù)模塊與操作系統(tǒng)無關(guān)，與硬件無關(guān)。這些系統(tǒng)服務(wù)可通過RTE用于應(yīng)用程序。應(yīng)用程序無法直接訪問底層的基本軟件模塊。這是保留給服務(wù)使用的，以作為其功能的一部分訪問ECU或微控制器資源。服務(wù)模塊及其底層模塊也稱為功能堆棧，例如FlexRay的通信堆棧。有時將此類堆棧實現(xiàn)和集成為一個大型軟件單元，而沒有AUTOSAR定義的基礎(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)。盡管這破壞了抽象原理并降低了靈活性，但由于可能實現(xiàn)更高的效率和性能，因此在AUTOSAR中使用功能堆棧進(jìn)行處理已很普遍。
AUTOSAR成功的決定性原因是伙伴關(guān)系的基本原則，截至2014年10月，已有180多家伙伴公司形成了合作標(biāo)準(zhǔn)化和實施競爭。因此，AUTOSAR伙伴關(guān)系的主要結(jié)果是在其標(biāo)準(zhǔn)及其實施的自由過程中實施競爭的約束。AUTOSAR引入的另一個基本變化是用戶的范式轉(zhuǎn)變，從實現(xiàn)軟件轉(zhuǎn)向配置和生成軟件。這樣就可以通過AUTOSAR系統(tǒng)描述中的適當(dāng)工具在軟件中快速實施，從而在電子控制軟件的開發(fā)中達(dá)到無與倫比的抽象度。這種抽象水平以及特定硬件的獨立性使軟件重用達(dá)到了新的水平，并使人們能夠集中精力開發(fā)創(chuàng)新的客戶功能，這些功能目前主要出現(xiàn)在自動駕駛系統(tǒng)領(lǐng)域。
