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最新推荐文章于 2025-07-20 11:39:50 发布
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分类专栏： 图解AUTOSAR_CP_R18-10 文章标签： AUTOSAR 嵌入式 汽车 单片机
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AUTOSAR Classic Platform R4.4 概览与新特性解析

AUTOSAR经典平台R4.4版本架构、新概念及规格分析

目录

1. 引言

AUTOSAR（汽车开放系统架构）是一个不断发展的汽车软件标准，旨在提供标准化的软件架构以支持现代汽车电子系统的复杂性。AUTOSAR Classic Platform（经典平台）专为嵌入式实时系统设计，是实现汽车电控单元（ECU）功能的核心标准。

本文档基于AUTOSAR Classic Platform Release 4.4发布概览技术报告，详细分析了R4.4版本的架构、新引入的概念和规格文档的组织。R4.4是一个重要里程碑版本，引入了多项关键创新，特别是在安全性、通信和跨平台互操作性方面。

AUTOSAR R4.4在AUTOSAR组织的演进中代表着一次重要更新，它不仅包含丰富的新特性，还强化了与AUTOSAR Adaptive Platform（自适应平台）的互操作性，为构建现代汽车电子电气架构奠定基础。

2. AUTOSAR Classic Platform R4.4 架构概览

2.1 分层架构说明

AUTOSAR经典平台采用层次化架构设计，支持软件组件的可重用性和可移植性。下图展示了AUTOSAR Classic Platform R4.4的整体架构及各层次关系：

在这里插入图片描述

图2.1 AUTOSAR Classic Platform R4.4架构概览

AUTOSAR经典平台的分层设计是其核心特性，整体架构分为三个主要层次：应用层、运行时环境和基础软件层。R4.4版本保持了这一基本架构，同时在多个层次引入了新功能和增强。该架构图同时展示了R4.4中引入的关键新特性（右侧黄色区域）及其与现有功能模块的关系。

2.2 应用层

应用层位于架构的顶部，包含以下关键组件：

  • 应用软件组件(Application Software Components)：实现特定功能的软件单元，如车身控制、动力总成控制等
  • 复杂驱动程序(Complex Device Drivers)：处理特殊硬件接口的驱动程序，通过非标准接口与RTE通信
  • RTE辅助服务(RTE Implementation Plug-Ins)：R4.4版本新增的RTE插件机制，支持RTE的模块化实现和优化

应用层组件通过标准化接口与RTE层交互，确保应用软件的可移植性和可重用性。

2.3 运行时环境

运行时环境(Runtime Environment, RTE)是AUTOSAR架构中的核心中间层，其职责包括：

  • 作为应用层和基础软件层之间的通信中介
  • 实现软件组件之间的通信机制，包括客户端-服务器、发送方-接收方等模式
  • 提供操作系统抽象，使应用软件组件独立于具体操作系统
  • 在R4.4版本中，RTE得到增强，支持逻辑执行时间(LET)概念

RTE是实现AUTOSAR软件组件可移植性的关键技术，通过标准化API隔离了应用软件与特定ECU实现的依赖关系。

2.4 基础软件层

基础软件层是AUTOSAR架构中最底层的部分，提供基础服务、硬件抽象及系统功能，进一步分为四个子层：

2.4.1 服务层

服务层提供高级系统服务，包括：

  • 通信服务(Communication Services)：管理网络通信，如CAN、FlexRay、LIN和以太网
  • 系统服务(System Services)：提供系统级功能，如状态管理、诊断等
  • 内存服务(Memory Services)：管理NVRAM、EEPROM等非易失性存储
  • 安全服务(Security Services)：在R4.4中显著增强，提供加密、认证等安全功能
  • 诊断服务(Diagnostic Services)：支持车辆诊断功能

在R4.4版本中，服务层得到多项增强，尤其是在安全性、网络通信和总线镜像方面。

2.4.2 ECU抽象层

ECU抽象层提供对底层微控制器的功能抽象，包括：

  • 设备驱动抽象(Device Drivers Abstractions)：为I/O设备提供硬件无关接口
  • 通信驱动抽象(Communication Drivers Abstractions)：为通信控制器提供抽象接口
  • 内存驱动抽象(Memory Drivers Abstractions)：为存储设备提供抽象接口

ECU抽象层使高级软件组件不依赖于特定的硬件平台，增强了软件可移植性。

2.4.3 微控制器抽象层

微控制器抽象层(MCAL)直接与硬件交互，提供底层驱动功能：

  • 微控制器驱动(Microcontroller Drivers)：控制MCU特定功能
  • 通信硬件驱动(Communication Hardware Drivers)：控制CAN、LIN、FlexRay等通信控制器
  • 存储驱动(Memory Hardware Drivers)：控制Flash、EEPROM等存储设备
  • I/O驱动(I/O Hardware Drivers)：控制输入输出接口

在R4.4版本中，MCAL层得到MCAL多核分布功能的增强，提高了多核处理器的利用效率。

2.4.4 操作系统

AUTOSAR操作系统是基础软件层的核心组件，提供：

  • 任务调度和管理
  • 资源访问控制
  • 中断处理
  • 定时器服务
  • 跨核通信（在多核系统中）

操作系统与其他基础软件模块紧密集成，为整个AUTOSAR堆栈提供实时执行环境。

3. AUTOSAR R4.4 版本中引入的新概念

3.1 新概念概述

AUTOSAR Classic Platform Release 4.4引入了多项创新概念，显著增强了平台功能。下图展示了这些新概念及其与AUTOSAR标准和模块的关系：

在这里插入图片描述

图3.1 AUTOSAR R4.4新引入的概念和特性

R4.4版本共引入了10项核心新概念，这些概念可分为通信增强、安全性增强、工具链改进和时间相关增强四个主要类别。这些新概念不仅增强了经典平台的功能，还提高了与AUTOSAR自适应平台的互操作性。

3.2 通信与总线相关改进

R4.4在通信和总线功能方面引入了三项主要创新：

  • 总线镜像(Bus Mirroring)：允许外部测试设备监听和检查内部通信总线的流量和状态，尤其适用于无法直接访问的内部总线。该功能引入了新的镜像组件，可将LIN和CAN流量转发到CAN总线，或创建序列化数据包反映LIN、CAN和FlexRay总线上的通信，通过FlexRay或以太网传输。为避免中间网络过载，可对监控总线上的流量进行过滤。

  • LIN从节点支持(LIN Slave Support)：扩展AUTOSAR LIN通信栈，支持LIN从节点的建模和实现。这一概念拓展了AUTOSAR在LIN网络中的应用场景，使AUTOSAR ECU可以作为LIN从节点运行。

  • 传输层安全(Transport Layer Security)：提供在以太网节点之间建立安全通信会话的能力，基于广泛应用的TLS标准。该功能支持节点间的认证和加密通信，增强了ECU间或ECU与外部实体间的通信安全性。

这些通信增强反映了现代汽车网络日益增长的复杂性和安全需求，为车辆通信提供了更灵活、更安全的解决方案。

3.3 安全性增强

R4.4版本在安全性方面引入了重要增强：

  • 安全扩展(Security Extensions)：为AUTOSAR框架添加关键安全控制，支持安全汽车系统的高效实现。这些扩展包括：
    • 安全日志记录功能
    • 车辆密钥和证书管理
    • 认证时间服务
    • 诊断策略管理

安全扩展与传输层安全特性共同构成R4.4版本的完整安全解决方案，提高了AUTOSAR系统抵御网络攻击和数据篡改的能力。

3.4 工具链与架构改进

R4.4版本在工具链和架构方面引入了多项改进：

  • ASAM单位(ASAM Units)：定义标准化的物理单位集合和相关物理维度蓝图定义。所有定义在ASAM和AUTOSAR之间同步，应用于描述软件与物理世界接口的场景。这一标准化有助于提高不同供应商工具和组件之间的互操作性。

  • AUTOSAR运行时接口(AUTOSAR Runtime Interface)：定义构建工具与调试/跟踪工具之间的接口。该概念指定了AUTOSAR组件应包含的标准化挂钩，并定义了用于导出组件内部表示信息的模型，以简化调试和跟踪过程。

  • RTE实现插件(RTE Implementation Plugins)：支持RTE的模块化实现，包括标准RTE生成器和专用RTE插件。这一机制支持针对特定通信场景的高度优化实现，提高系统性能和灵活性。

  • 形式化模型查询(Formal Model Query)：引入AUTOSAR模型查询语言(ARMQL)，使Classic Platform和Adaptive Platform使用相同机制解析变化点。ARMQL以文本形式发布，不绑定特定工具，比现有公式语言更易理解。

这些工具链和架构改进增强了AUTOSAR开发环境的灵活性和效率，同时促进了不同平台和工具间的互操作性。

3.5 时间相关增强

R4.4版本引入了两项与时间和执行相关的关键增强：

  • 逻辑执行时间(Logical Execution Time)：扩展时间扩展规范(TIMEX)，指定发送方-接收方通信在预定义时间点执行。引入LET间隔的基本属性（开始、结束、持续时间）及其时序行为（触发、LET间隔之间的偏移）。这一概念提高了系统时序确定性，为关键应用提供更可预测的执行模型。

  • MCAL多核分布(MCAL Multicore Distribution)：描述MCAL驱动程序的多核能力实现和声明方法。这些能力支持应用和基础软件的高级多核用例，通过驱动程序的已知功能范围提高重用性。该概念增强了AUTOSAR在多核处理器上的性能和效率。

这些时间相关增强体现了AUTOSAR向更确定性、更高效的多核环境发展的趋势，满足现代汽车系统日益增长的计算需求。

4. AUTOSAR R4.4 规格概览

4.1 规格文档组织结构

AUTOSAR规格文档是实现标准兼容系统的关键参考。R4.4版本的规格文档按逻辑类别组织，下图展示了主要规格文档及其关系：

图4.1 AUTOSAR Classic Platform R4.4规格组织结构

AUTOSAR规格文档体系庞大而结构化，包括方法论和模板、应用接口规格、基础软件规格等多个类别。R4.4版本引入了多个新规格（图中橙色标注），同时对现有规格进行了更新。

4.2 新增规格说明

R4.4版本引入了以下关键新规格：

  • AUTOSAR运行时接口规格(Specification of AUTOSAR Run-Time Interface)：定义了AUTOSAR组件的运行时接口，支持更高效的调试和跟踪。

  • 总线镜像规格(Specification of Bus Mirroring)：详细说明总线镜像功能的实现方法、接口和配置参数。

  • LIN状态管理器规格(Specification of LIN State Manager)：支持LIN从节点功能，管理LIN网络中ECU的状态转换。

  • Socket适配器规格(Specification of Socket Adaptor)：支持基于TLS的安全通信会话，提供套接字通信的标准接口。

这些新规格直接支持R4.4版本中引入的新概念，为实现者提供详细的技术指导。

4.3 迁移的规格

在R4.4版本中，以下规格从AUTOSAR Classic Platform迁移到AUTOSAR Foundation标准：

  • 互操作性规格(Requirements on Interoperability of AUTOSAR Tools)
  • 行为模型交互规格(Requirements on Interaction with Behavioral Models)
  • 同步时基管理器需求(Requirements on Synchronized Time-Base Manager)：合并到新的时间同步需求文档中

这些迁移反映了AUTOSAR组织促进Classic Platform和Adaptive Platform之间互操作性的努力，通过在Foundation标准中定义共享概念，减少了重复并提高了一致性。

4.4 过时与移除的规格

R4.4版本将以下规格标记为过时或移除：

  • 过时：LIN网络管理规格(Specification of LIN Network Management)
  • 移除：
    • 加密抽象库规格(Specification of Crypto Abstraction Library)
    • 技术安全概念状态报告(Technical Safety Concept Status Report)

过时的规格在未来版本中可能被移除，而移除的规格已不再是标准的正式部分。这些变更反映了AUTOSAR的技术演进，淘汰旧方法，引入更现代的解决方案。

5. 总结

AUTOSAR Classic Platform Release 4.4代表了汽车软件标准化的重要进步，主要贡献包括：

  • 增强的安全性：通过安全扩展和传输层安全，提高了汽车系统的安全性和抵御攻击的能力
  • 改进的通信能力：总线镜像和LIN从节点支持扩展了通信选项和测试能力
  • 增强的工具互操作性：ASAM单位、形式化模型查询和AUTOSAR运行时接口改进了工具链集成
  • 多核性能提升：MCAL多核分布提高了多核处理器环境中的效率
  • 确定性执行：逻辑执行时间概念增强了系统时序确定性

特别值得注意的是，R4.4版本通过协调网络管理和时间同步机制，显著改善了Classic Platform与Adaptive Platform之间的互操作性，为构建混合AUTOSAR系统奠定了基础。

随着汽车电子系统复杂性的不断提高，AUTOSAR R4.4提供的这些增强功能为开发人员提供了更强大、更灵活的工具，以应对现代汽车软件挑战。随着汽车行业向自动驾驶、互联和电气化方向发展，AUTOSAR标准将继续演进，而R4.4版本是这一持续发展过程中的重要里程碑。

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