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AUTOSAR 自适应平台机器配置详解

全面剖析AUTOSAR AP机器配置架构、元模型关系与建模策略

1. 概述

AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture）自适应平台（Adaptive Platform，简称AP）是为支持高度自动驾驶和网联功能而设计的车载软件架构。在AUTOSAR AP中，机器配置（Machine Configuration）是一项关键机制，它定义了如何配置AP系统中的各种功能集群和组件。

本文将深入探讨AUTOSAR AP机器配置（APMC）的架构、元模型关系、建模策略以及参数与引用类型，帮助读者全面理解AP系统的配置机制。与AUTOSAR经典平台（Classic Platform，简称CP）的ECU配置（EcuC）相比，AP机器配置采用了更为简化和灵活的方法，以适应现代汽车软件的复杂需求。

2. AUTOSAR AP机器配置架构

2.1 整体架构

AUTOSAR AP机器配置主要分为两大部分：定义侧（Definition Side）和值侧（Value Side）。定义侧描述了配置的结构和规则，而值侧则存储具体的配置值。这种分离使得配置结构与实际值可以独立管理，提高了灵活性。

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图2.1：AUTOSAR AP机器配置概览架构

从上图可以看出，自适应平台机器配置主要包含以下关键元素：

定义侧（Definition Side）
- Parameter定义：定义各种参数类型，包括枚举参数、布尔参数、整数参数、浮点参数和字符串参数
- Reference定义：定义各种引用类型，包括容器引用、外部引用和实例引用
- 参数和引用都使用特定的类型系统，可以满足不同场景的配置需求
值侧（Value Side）
- Parameter值：存储具体参数值，分为数值参数值和文本参数值
- Reference值：存储具体引用值，指向定义侧中定义的元素
元模型关系
- M2元模型与M1模型之间的关系，遵循严格的结构定义
- 序列化关系，包括从元模型到XML Schema，从模型到XML文件
设计模型与配置模型关系
- 设计模型可以派生到配置模型，支持多种派生策略

这种分层架构使得AUTOSAR AP机器配置更加灵活，能够适应多种配置场景，同时保持与设计模型的一致性。

2.2 类结构详解

为了更清晰地理解AUTOSAR AP机器配置的内部结构，下图展示了定义侧和值侧的详细类结构：

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图2.2：AUTOSAR AP机器配置类图

从类图中可以看出以下重要结构：

定义侧类层次结构
- MachineDesign：机器设计的顶层类，包含多个配置元素
- ConfigurationElement：所有配置元素的抽象基类，提供通用属性如shortName和desc
- Container、Parameter和Reference：从ConfigurationElement继承的三种主要元素类型
- 参数类型体系：从Parameter继承的具体参数类型，如EnumerationParameter、BooleanParameter等
- 引用类型体系：从Reference继承的具体引用类型，如ContainerReference、ForeignReference等
值侧类层次结构
- ConfigurationValue：所有配置值的抽象基类
- ContainerValue、ParameterValue和ReferenceValue：从ConfigurationValue继承的三种主要值类型
- NumericalValue和TextualValue：从ParameterValue继承的具体参数值类型
关键关系
- 定义侧和值侧之间通过引用关系连接，值侧元素引用定义侧中的相应元素
- Container可以包含多个ConfigurationElement，形成层次化的配置结构
- ContainerValue可以包含多个ConfigurationValue，对应定义侧的结构

这种类结构设计具有良好的可扩展性和灵活性，允许配置在不同功能域之间保持一致性，同时支持特定功能集群的定制化需求。

3. 元模型与序列化关系

3.1 元模型层级

AUTOSAR采用多级元建模方法，在机器配置中这一点尤为重要。以下图表展示了元模型层级和序列化关系：

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图3.1：AUTOSAR AP元模型层级和序列化关系图

从图中可以看出三种关键的层级关系：

M2与M1模型关系
- M2元模型：定义AUTOSAR模型的"语法"，是创建其他模型的基础
- M1模型：依据M2元模型创建的具体模型，如机器配置模型
- M2元模型序列化为XML Schema，而M1模型序列化为XML文件
- XML文件需要符合由XML Schema定义的结构规则
参数定义与参数值关系
- 参数定义侧：定义参数的结构和规则，相当于"语法"
- 参数值侧：存储具体参数值，必须符合定义侧设定的规则
- 定义侧序列化为参数定义XML，值侧序列化为参数值XML
- 参数值XML的结构由参数定义XML决定
综合层级关系
- M2元模型定义M1模型（包括定义侧和值侧）的结构
- 定义侧（M1）定义值侧（M1）的结构
- 所有XML序列化产物之间存在层级验证关系

这种多层元建模方法的关键点是：

值侧必须同时遵循M2元模型定义的结构规则
值侧还必须遵循定义侧确定的内容规则
这种双重约束确保了配置的正确性和一致性

3.2 参数定义与值关系

在AUTOSAR AP机器配置中，参数定义和参数值之间的关系是基础性的概念。定义侧建立了配置的"语法"，而值侧则按照这个"语法"提供具体的配置数据。

这种分离带来几个关键优势：

配置变更简化：可以独立更新配置值，而不需要修改配置结构
多配置支持：同一配置定义可以有多套配置值，适用于不同部署场景
验证自动化：系统可以根据定义侧的规则自动验证值侧的正确性
工具链支持：建模工具可以基于定义侧提供更好的配置编辑体验

4. 建模策略

AUTOSAR AP提供了多种建模策略，用于不同场景下设计模型和配置模型的整合。下图展示了这些建模策略：

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图4.1：AUTOSAR AP建模策略图

4.1 仅设计模型

在某些特殊场景下，可以完全从设计模型获取配置信息，无需创建单独的配置模型：

适用场景：配置需求简单，或者设计模型中已包含足够的配置信息
工作方式：直接从设计模型中提取需要的配置信息
优势：减少模型冗余，简化工作流程
局限性：仅适用于少数特殊情况，不适合复杂配置场景

4.2 完全派生策略

将设计模型完全派生到配置模型的策略类似于AUTOSAR经典平台中的Com配置方法：

工作方式：所有相关设计信息复制到配置模型中
特点：派生完成后，设计模型可以不再需要
优势：配置模型包含所有必要信息，独立完整
局限性：配置模型可能变得庞大且复杂，存在信息冗余

4.3 部分派生策略

部分派生策略有两种变体：使用平面引用和使用实例引用：

使用平面引用的部分派生
- 只将部分设计信息派生到配置模型
- 配置模型使用平面引用指向原始设计模型
- 不使用类型-原型模式
- 设计模型必须保留
使用实例引用的部分派生
- 同样只派生部分设计信息
- 配置模型使用实例引用指向设计模型
- 主要针对使用类型-原型模式的元模型
- 设计模型必须保留

部分派生策略的主要优势是减少了信息冗余，同时保持了设计模型和配置模型之间的联系。

4.4 仅配置模型

在某些场景下，可能不存在相关的设计模型，所有配置都在M1级别直接完成：

适用场景：无需从设计模型中获取信息的纯配置场景
工作方式：直接在配置模型中创建所有必要的配置元素
局限性：这种方法在AUTOSAR中较少使用，通常是特殊情况

4.5 厂商扩展策略

厂商可以基于AUTOSAR标准的功能集群定义创建自己的扩展：

工作方式：从标准功能集群定义派生厂商特定功能集群定义
扩展能力：可以添加厂商特定的容器、参数或引用
语言一致性：使用与标准定义相同的语言元素
优势：便于工具开发，允许后续标准化

这种厂商扩展策略使得AUTOSAR生态系统可以在保持标准兼容性的同时，满足特定厂商的需求。

5. 参数与引用详解

5.1 参数类型

AUTOSAR AP机器配置支持多种参数类型，以满足不同的配置需求：

![嵌入式
汽车
单片机
图解AUTOSAR_CP

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图5.1：AUTOSAR AP参数与引用详细结构图

从图中可以看出，AUTOSAR AP支持以下参数类型：

枚举参数（EnumerationParameter）
- 定义有限的选项集合（如NetworkState可选值为"OFFLINE"、“ONLINE”、“PREPARED”）
- 默认值必须是选项列表中的一个值
- 适用于离散选项场景
布尔参数（BooleanParameter）
- 表示开/关、是/否类型的配置（如IsEnabled）
- 默认值为true或false
- 适用于二元选择场景
整数参数（IntegerParameter）
- 包含可选的最小值和最大值约束（如RetryCount的范围为0-10）
- 可以设置默认值
- 适用于需要整数配置的场景
浮点参数（FloatParameter）
- 支持带小数点的数值（如Timeout的范围为0.0-60.0）
- 可以设置最小值、最大值和默认值
- 适用于需要精确数值的场景
字符串参数（StringParameter）
- 用于文本类型的配置值（如InstanceName）
- 可以设置默认值
- 适用于需要自由文本的场景

5.2 引用类型

AUTOSAR AP机器配置支持三种主要的引用类型：

容器引用（ContainerReference）
- 引用配置模型内部的其他容器（如LoggerConfiguration引用LoggerContainer）
- 指定targetType属性确定引用目标的类型
- 用于在配置元素之间建立关联
外部引用（ForeignReference）
- 引用外部命名空间中的元素（如ServiceInterface引用AUTOSAR/ServiceInterfaces命名空间中的元素）
- 包含referencedType和targetNamespace属性
- 用于连接设计模型或其他独立模型中的元素
实例引用（InstanceReference）
- 引用特定上下文路径中的实例（如ComInstance引用特定路径下的通信实例）
- 包含contextPath指定引用上下文
- 适用于指向具体部署实例的场景

5.3 容器结构

容器是AUTOSAR AP机器配置中组织参数和引用的基本结构：

定义侧容器
- 提供层次化的组织结构（如NetworkManagementContainer）
- 包含参数、引用和子容器
- 定义配置的整体结构和关系
值侧容器
- 对应定义侧的容器结构（如NetworkManagementValue）
- 包含实际的参数值和引用值
- 必须遵循定义侧确定的结构