汽车开放系统架构完善车载网络和ECU设计

　　自2003年成立以来，AUTOSAR（汽车开放系统架构）联盟便一直致力于改变车载网络和电子控制单元（ECU）的设计方式。AUTOSAR为原始设备制造商（OEM）及其一级供货商提供了一种产业的标准方法，以设计和开发位于现代车辆中心的ECU。该标准将有助于减少设计过程中人为错误的产生，并为供货商和制造商提供一种明确且机器也可读取的数据格式，以交换设计信息。本文将探讨AUTOSAR采用战略的一些的预期商业效益，并解释了一些基本术语和设计方法。

　　AUTOSAR联盟的会员包括汽车OEM以及由零部件和服务供货商组成的支持性生态系统。该联盟的宗旨是针对汽车电气/电子（E/E）架构创造和建立全球性的开放标准。该标准在车辆架构级别提供支持，让OEM网络设计人员能设计和管理车辆功能之间的复杂关系，并且还支持供货商在制造之前详细定义独立ECU接口的细节。

　　为何改用AUTOSAR？

　　一款现代化豪华汽车可能包含多达100个ECU，包括从简单的传感器接口到复杂的娱乐信息及远程信息单元。将它们一次全部改用AUTOSAR方法和标准的风险很高，但原始设备制造商和一级供货商做出这样的改变会带带来许多的效益。预计到2020年，所有车辆都将拥有一些基于AUTOSAR的ECU，因此不可忽视该标准的存在。

　　改用AUTOSAR的一些原因和效益包括：

　　能在新的汽车平台和架构中更好地重新使用电子控制单元

　　能更好地使用预先验证和测试过的软件组件（代表车辆功能）

　　能减少下游设计错误——一套AUTOSAR方法可让功能在架构级别就可定义和验证

　　通过改善网络效率和功能运用而减少整体硬件成本

　　能减少整体网络架构分析和设计审查的成本

　　因使用一种标准化的数据交换格式（AUTOSARXML或arxml），从而改善了原始设备制造商和一级供货商之间的通信

　　不论在整个内部设计周期内是否需要对ECU进行重新设计或改进，改用AUTOSAR可加速设计调整。例如新工具的工作流程，或为了有助于保持与ISO26262标准的符合性（conformance），这些都会改变工作的流程，改用AUTOSAR方法可在变更流程时同时导入。不论如何实施调整，第一个基于AUTOSAR电子控制单元设计项目所花的时间，都要比现有/传统设计流程所花的时间来得更长，这是因为设计人员需要时间来熟悉新的方法。但随后即可带来节省成本和提升效益的成果。将传统的ECU资产转向AUTOSAR标准也是有可能的，通过采用"AUTOSAR封装（AUTOSAR Wrapper）"概念，重要的现有和经过证明的电子控制单元应用代码便可重复使用。使AUTOSAR的封装能够导入其它纯AUTOSARECU。这将有助于降低转用AUTOSAR方法的风险。

　　什么是AUTOSAR？

　　就本质而言，AUTOSAR提供标准的ECU接口定义，使设计人员能够具体指定每个汽车ECU中都需要的可重复使用之标准化软件层和组件。该标准不受硬件的影响，这意味着应用软件和硬件平台是相互独立的。应用软件开发人员可在应用软件中明确地说明各个汽车功能的细节，而不用担心相关软件服务和硬件接口。过去，软件和硬件紧密地整合在一起，因此很难实现可移植性和可重复使用（图1）。

　　图1：将应用软件与硬件分开。

　　将设计与硬件决策分开使车辆生产商/OEM能够依据所需的车辆功能进行自上而下的设计。存在于这个设计时间的虚拟功能总线（VFB）概念让所有软件电子控制单元都能够实现互连和获得测试。这让设计人员可专注于应用层，而不是根本的软件基础建设。通过采用虚拟功能总线，应用软件组件（SWC）与其它应用软件组件也相互独立。软件组件向虚拟功能总线发出输出信号，虚拟功能总线再将信息传送给目标组件的输入埠。AUTOSAR定义了输入和输出端口，以及交换信息的格式。这种抽离式的（abstracted）方法使得在定义相关硬件之前可实现所有车辆软件功能和接口交互验证。设计调整也因此变得容易得多，同时所有功能都被定义成虚拟功能总线上的软件组件（图2）。

　　图2：在虚拟功能总线上测试软件组件。

　　虽然虚拟功能总线不提供ECU之后在真实车辆中如何分布和互连的信息，但对架构设计时间来说，却是很有用的测试基准。可为车辆中的所有信号进行定时检查和接口定义。

　　一旦设计人员对各项功能感到满意，这些功能便会被映像或聚集到特定的硬件电子控制单元中。AUTOSAR可支持软件组件的映像和聚集流程。一个复杂的ECU可能包含很多软件组件，必要时可依照阶层式的方式将它们组织起来。

　　图3：将软件功能分配给真正的电子控制单元。

　　AUTOSAR运行环境

每个ECU都有为它量身定制的运行环境（RTE），通常可通过配套的设计工具