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AUTOSAR 安全扩展规范解析与图解

基于 AUTOSAR Release 4.4.0 安全扩展规范详解

1. 概述

本文档基于AUTOSAR安全扩展规范(Document ID 671: AUTOSAR_TPS_SafetyExtensions)，通过图表和详细解释，阐述AUTOSAR安全扩展的核心概念、结构和应用方式。

AUTOSAR安全扩展旨在为符合ISO 26262标准的功能安全开发提供标准化的信息交换机制，确保不同供应商和工具之间的一致性安全信息管理。

2. AUTOSAR安全扩展概览

2.1 安全扩展基本架构

下图展示了AUTOSAR安全扩展的基本架构及其主要概念之间的关系：

在这里插入图片描述

2.1.1 安全需求类型

AUTOSAR将安全需求分为以下几类：

安全目标(Safety Goal): 源自危害分析和风险评估(HARA)，是最高级别的安全需求
功能安全需求(Functional Safety Requirement): 从安全目标细化而来，描述功能安全概念
技术安全需求(Technical Safety Requirement): 细化功能安全需求，描述技术安全概念
软件安全需求(Software Safety Requirement): 细化技术安全需求，描述软件安全概念
硬件安全需求(Hardware Safety Requirement): 细化技术安全需求，描述硬件安全概念
外部安全需求(External Safety Requirement): 引用AUTOSAR文档外部的安全需求

每种安全需求在AUTOSAR XML中通过category属性进行标识，分别对应为：SAFETY_GOAL、SAFETY_FUNCTIONAL、SAFETY_TECHNICAL、SAFETY_SOFTWARE、SAFETY_HARDWARE和SAFETY_EXTERNAL。

2.1.2 安全完整性级别(ASIL)

ASIL是ISO 26262定义的汽车安全完整性级别，分为QM(无安全要求)、A、B、C、D四个等级，其中D级表示最高的安全要求。AUTOSAR安全扩展支持以下ASIL值：

基本ASIL: QM、A、B、C、D
分解ASIL: QM(A)、QM(B)、QM©、QM(D)、A(B)、A©、A(D)、B©、B(D)、C(D)

括号中的值表示分解前的上下文ASIL，例如B(D)表示从ASIL D分解为ASIL B。

2.1.3 安全需求追溯和分配

安全需求追溯包括以下类型的关系：

细化/精炼关系: 安全需求层次之间的细化，如技术安全需求细化功能安全需求
分解关系: 安全需求的ASIL分解，将一个高ASIL需求分解为两个独立的较低ASIL需求
独立性需求: 确保分解元素之间的独立性，防止干扰
分配关系: 将安全需求分配到AUTOSAR元素，如软件组件、端口等
映射关系: 将安全需求映射到安全机制/措施
实现关系: AUTOSAR元素对安全需求或安全机制的实现

3. 安全需求追溯与分配示例

下图展示了安全需求的分解和分配过程的具体实例：

在这里插入图片描述

3.1 安全需求分解

在上图中，技术安全需求ECU_TSR_01(ASIL B)被分解为两个独立的安全需求：

ECU_TSR_03(ASIL QM(B)): “CAN总线CAN_CL15到逻辑CL15_01消息的正确转换应该得到确保”
ECU_TSR_047(ASIL QM(B)): “CAN消息CAN总线CAN_CL15应该被正确接收”

这种分解通过DECOMPOSITION关系表示，同时需要满足独立性需求，以确保两个分解需求之间不会相互干扰。

3.2 安全需求映射和分配

分解后的安全需求被映射到相应的安全机制:

ECU_TSR_03映射到"CAN总线消息转换机制"
ECU_TSR_047映射到"CAN总线消息接收机制"

这些安全需求和安全机制最终被分配到AUTOSAR软件组件FLM上，该组件通过REALIZES关系实现这些安全需求。

4. AUTOSAR安全需求的XML结构

下图展示了AUTOSAR安全需求在XML文档中的表示结构：

在这里插入图片描述

4.1 基本元素

安全需求在AUTOSAR XML中基于以下核心元素：

StructuredReq: 结构化需求元素，继承自Referrable，包含category属性用于标识安全需求类型
AdminData: 管理数据，包含安全相关的属性，如ASIL和状态
Sdg/Sd: 特殊数据组和特殊数据，用于存储安全属性
SdxRef: 特殊引用，用于表示分解、独立性、分配等关系
TraceableText/L-1: 可追溯文本，用于需求描述和追溯
Xfile: 外部文件引用，用于引用AUTOSAR外部的安全需求

4.2 XML表示示例

以下是安全需求在AUTOSAR XML中的表示示例：

<STRUCTURED-REQ>
  <SHORT-NAME>SysSafReq05</SHORT-NAME>
  <CATEGORY>SAFETY_TECHNICAL</CATEGORY>
  <ADMIN-DATA>
    <SDGS>
      <SDG GID="SAFEX">
        <SD GID="ASIL">B</SD>
        <SD GID="STATUS">PROPOSED</SD>
      </SDG>
    </SDGS>
  </ADMIN-DATA>
  <DESCRIPTION>...</DESCRIPTION>
</STRUCTURED-REQ>

安全需求的分解关系示例：

<SDG GID="DECOMPOSITION">
  <SDX-REF DEST="STRUCTURED-REQ" BASE="SAFEX">ECU_TSR_03</SDX-REF>
</SDG>

5. 应用指南

5.1 安全需求定义

使用适当的category属性标识安全需求类型
为每个安全需求分配唯一的shortName，作为全局标识符
为安全需求设置正确的ASIL属性
为安全需求添加状态属性，跟踪需求生命周期

5.2 安全需求分解

确保分解后的两个安全需求是独立的
使用INDEPENDENCE属性引用确保独立性的需求
遵循ISO 26262-9中的ASIL分解规则
使用适当的ASIL标记法表示分解(如B(D))

5.3 安全需求分配

将安全需求分配到适当的AUTOSAR元素
确保AUTOSAR元素的ASIL不低于分配给它的安全需求的ASIL
可以使用REALIZES关系表示AUTOSAR元素对安全需求的实现

6. 总结

AUTOSAR安全扩展为在AUTOSAR环境中进行ISO 26262合规开发提供了标准化的安全信息交换机制。通过定义安全需求类型、ASIL属性、追溯关系和分配机制，使不同供应商和工具之间能够一致地管理安全信息。

本文通过图表和解释，详细阐述了AUTOSAR安全扩展的核心概念和应用方式，包括:

安全需求的分类与层次结构
ASIL级别和ASIL分解机制
安全需求追溯和分配方法
XML结构表示

这些知识对于在AUTOSAR环境中实施功能安全开发至关重要，能够帮助开发者符合ISO 26262标准的要求，提高汽车电子系统的功能安全性。

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AUTOSAR 安全扩展规范解析与图解

目录

1. 概述

2. AUTOSAR安全扩展概览

2.1 安全扩展基本架构

2.1.1 安全需求类型

2.1.2 安全完整性级别(ASIL)

2.1.3 安全需求追溯和分配

3. 安全需求追溯与分配示例

3.1 安全需求分解

3.2 安全需求映射和分配

4. AUTOSAR安全需求的XML结构

4.1 基本元素

4.2 XML表示示例

5. 应用指南

5.1 安全需求定义

5.2 安全需求分解

5.3 安全需求分配

6. 总结