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AUTOSAR OCU驱动程序详解

AUTOSAR标准输出比较单元驱动程序架构与实现分析

1. 概述
- 1.1 OCU驱动程序简介
- 1.2 功能概述
2. OCU驱动程序架构
- 2.1 架构图
- 2.2 层次结构
3. OCU驱动程序组件设计
- 3.1 组件图
- 3.2 接口定义
4. OCU驱动程序状态管理
- 4.1 状态图
- 4.2 状态转换
5. OCU驱动程序数据结构
- 5.1 配置类图
- 5.2 数据类型定义
6. OCU驱动程序使用流程
- 6.1 序列图
- 6.2 调用流程
7. 总结

1. 概述

1.1 OCU驱动程序简介

OCU（Output Compare Unit，输出比较单元）驱动程序是AUTOSAR标准中MCAL（微控制器抽象层）的一部分，提供了对微控制器中输出比较单元的抽象接口。OCU驱动程序使上层软件能够使用标准化的API访问硬件输出比较功能，无需关心具体的硬件细节。

1.2 功能概述

根据AUTOSAR规范文档，OCU驱动程序提供以下核心功能：

比较值控制：允许设置绝对或相对阈值，与自由运行计数器进行比较
通道管理：支持启动和停止OCU通道，控制计数器运行
通知机制：在计数器值等于阈值时提供通知回调
引脚控制：管理输出引脚状态，配置比较匹配时的动作
计数器读取：提供读取自由运行计数器当前值的接口

OCU通道由自由运行计数器、比较阈值和比较匹配动作组成。当计数器值等于阈值时，会执行配置的比较匹配动作，如修改输出引脚状态或触发通知回调。

2. OCU驱动程序架构

2.1 架构图

下图展示了OCU驱动程序在AUTOSAR架构中的位置和与其他模块的关系：

在这里插入图片描述

2.2 层次结构

根据架构图和源文档，OCU驱动程序位于AUTOSAR架构的MCAL层，其层次结构如下：

应用层：

应用软件组件：实现特定的应用功能，通过RTE使用OCU驱动提供的服务。

RTE层：

运行时环境：连接应用层和基础软件层，提供标准化的通信机制。

BSW层：

ECU抽象层：对BSW功能提供抽象接口，屏蔽硬件细节。
MCAL层：包含OCU驱动程序，直接与硬件交互。
- OCU驱动程序：提供对OCU硬件的访问接口。
- 其他MCAL模块：如DIO、PORT等，与OCU驱动协作。
服务层：提供系统服务，用于配置和初始化模块。

硬件层：

MCU硬件：微控制器硬件平台。
OCU硬件单元：实现计数器、比较器和输出功能的硬件单元。

OCU驱动程序的关键职责包括：

初始化和配置OCU通道
启动/停止通道
设置阈值和读取计数器值
配置输出引脚行为
通知上层应用比较匹配事件

OCU硬件单元的功能包括：

自由运行计数器
比较阈值
比较匹配动作
输出引脚控制

3. OCU驱动程序组件设计

3.1 组件图

以下组件图展示了OCU驱动程序的内部结构和接口设计：

在这里插入图片描述

3.2 接口定义

OCU驱动程序包含以下主要功能模块和接口：

初始化模块：

Ocu_Init：初始化OCU驱动程序，设置硬件寄存器和内部数据结构。
Ocu_DeInit：反初始化OCU驱动程序，复位硬件和内部状态。

通道控制模块：

Ocu_StartChannel：启动指定的OCU通道，允许计数器运行。
Ocu_StopChannel：停止指定的OCU通道，禁止计数器运行。
Ocu_SetPinState：设置通道关联的输出引脚状态（高/低电平）。
Ocu_SetPinAction：配置比较匹配时输出引脚的动作（置高/置低/翻转/禁用）。

通知管理模块：

Ocu_EnableNotification：启用指定通道的比较匹配通知回调。
Ocu_DisableNotification：禁用指定通道的比较匹配通知回调。
通知处理：内部组件，负责处理比较匹配事件并调用回调函数。

计数器管理模块：

Ocu_GetCounter：读取指定通道计数器的当前值。
Ocu_SetAbsoluteThreshold：设置绝对比较阈值。
Ocu_SetRelativeThreshold：设置相对比较阈值（相对于当前计数器值或当前阈值）。

配置管理模块：

通道配置：管理OCU通道的配置数据。
静态配置：存储来自配置工具的静态配置参数。

这些接口符合AUTOSAR标准，提供了对OCU硬件功能的完整访问。配置参数包括通道ID、计数器最大值、计数器频率/分辨率、默认阈值、通知函数、输出引脚配置和硬件通道分配等。

根据源文档中的SRS_Ocu_00006，OCU驱动程序提供当计数器值等于阈值时的通知功能。通知仅在以下条件满足时触发：

通知功能已配置（非空指针）
通知功能已启用

根据SRS_Ocu_00012，OCU驱动程序还提供设置比较匹配时引脚动作的功能，可能的动作值包括OCU_HIGH、OCU_LOW、OCU_TOGGLE和OCU_DISABLE。

4. OCU驱动程序状态管理

4.1 状态图

下图展示了OCU驱动程序通道的状态转换：

在这里插入图片描述

4.2 状态转换

OCU驱动程序使用状态机管理其生命周期和功能状态。主要状态和转换包括：

未初始化状态 (UNINIT)：

驱动程序尚未初始化，无法使用任何功能。
通过调用Ocu_Init()函数转换到初始化完成状态。

初始化完成状态 (INITIALIZED)：

驱动程序已初始化，可以使用其功能。
通过调用Ocu_DeInit()函数返回到未初始化状态。
初始化后的特点：
- 所有通道处于停止状态
- 所有通知被禁用
- 输出引脚设置为默认状态

在初始化完成状态下，通道和通知有各自的子状态：

通道子状态：

通道停止状态 (IDLE)：通道未运行，不会触发比较匹配。
- 通过调用Ocu_StartChannel()转换到通道运行状态。
通道运行状态 (RUNNING)：通道正在运行，可以触发比较匹配。
- 通过调用Ocu_StopChannel()返回到通道停止状态。
- 在此状态下可以：
  - 读取计数器值 (Ocu_GetCounter)
  - 设置阈值 (Ocu_SetAbsoluteThreshold/Ocu_SetRelativeThreshold)
  - 设置引脚状态 (Ocu_SetPinState)
  - 设置比较匹配动作 (Ocu_SetPinAction)

通知子状态：

通知关闭状态 (NOTIFICATION_DISABLED)：不会触发通知回调。
- 通过调用Ocu_EnableNotification()转换到通知开启状态。
通知开启状态 (NOTIFICATION_ENABLED)：可以触发通知回调。
- 通过调用Ocu_DisableNotification()返回到通知关闭状态。
- 当通知开启且通道运行时：
  - 在计数器值等于阈值时
  - 触发配置的通知回调函数

根据源文档的SRS_Ocu_00004，初始化OCU驱动程序后，所有通知都应该被禁用，所有通道都应该被停止。如果通道有关联的输出引脚，该引脚将被设置为配置中定义的默认值。

根据SRS_Ocu_00007，OCU驱动程序允许在运行时启用/禁用通知，以防止调用不需要的通知（中断），并允许在软件执行流中选择何时触发第一个或下一个通知。

5. OCU驱动程序数据结构

5.1 配置类图

下图展示了OCU驱动程序的配置数据结构：

在这里插入图片描述

5.2 数据类型定义

OCU驱动程序定义了以下主要数据类型和结构：

顶层配置结构 (Ocu_ConfigType)：

包含所有通道配置的容器结构。
属性：
- ChannelConfigs：指向通道配置数组的指针。
- NumberOfChannels：配置的通道数量。

通道配置结构 (Ocu_ChannelConfigType)：

定义每个OCU通道的特性。
属性：
- ChannelId：通道的唯一标识符。
- CounterMaxValue：计数器的最大值。
- DefaultThreshold：阈值的默认值。
- HwChannel：分配的硬件通道。
- NotificationEnable：通知启用状态。
- NotificationCallback：通知回调函数。
- DefaultPinAction：比较匹配时的默认引脚动作。
- DefaultPinState：输出引脚的默认状态。
- CountDirection：计数方向（向上/向下）。
- CountResolution：计数器分辨率。
- HwSpecificConfig：指向硬件特定配置的指针。

引脚状态类型 (Ocu_PinStateType)：

定义输出引脚的可能状态。
值：
- OCU_LOW：低电平。
- OCU_HIGH：高电平。

引脚动作类型 (Ocu_PinActionType)：

定义比较匹配时的可能引脚动作。
值：
- OCU_SET_LOW：设置为低电平。
- OCU_SET_HIGH：设置为高电平。
- OCU_TOGGLE：翻转当前状态。
- OCU_DISABLE：禁用动作。

计数方向类型 (Ocu_CountDirectionType)：

定义计数器的计数方向。
值：
- OCU_COUNT_UP：向上计数。
- OCU_COUNT_DOWN：向下计数。

通知类型 (Ocu_NotifyType)：

通知回调函数的类型定义。
当比较匹配发生时调用的函数指针。

硬件特定配置 (Ocu_HwSpecificConfig)：

包含MCU特定的配置参数。
属性：
- ClockSetting：时钟设置。
- DmaEnable：DMA启用状态。
- HwResourceId：硬件资源ID。
- PinSelectionValue：引脚选择值。
- 其他硬件特定配置：取决于具体MCU。

OCU驱动程序接口定义了以下API函数：

Ocu_Init：初始化驱动程序。
Ocu_DeInit：反初始化驱动程序。
Ocu_StartChannel：启动通道。
Ocu_StopChannel：停止通道。
Ocu_SetPinState：设置引脚状态。
Ocu_SetPinAction：设置比较匹配时的引脚动作。
Ocu_GetCounter：获取计数器值。
Ocu_SetAbsoluteThreshold：设置绝对阈值。
Ocu_SetRelativeThreshold：设置相对阈值。
Ocu_EnableNotification：启用通知。
Ocu_DisableNotification：禁用通知。

根据源文档的SRS_Ocu_00002，OCU驱动程序支持以下基本静态配置：计数器最大值、计数分辨率/频率、通知函数、阈值默认值、分配的硬件通道、通道符号名/ID、计数方向、输出信号和默认输出电平、硬件资源ID以及硬件触发事件。

6. OCU驱动程序使用流程

6.1 序列图

下图展示了OCU驱动程序的典型使用序列：

在这里插入图片描述

6.2 调用流程

OCU驱动程序的使用流程可以分为以下几个阶段：

初始化阶段：

应用软件调用Ocu_Init(配置参数)初始化OCU驱动程序。
OCU驱动程序初始化硬件寄存器和内部数据结构。
初始化完成后，所有通道停止，所有通知禁用，输出引脚设置为默认状态。

通道配置阶段：

应用软件调用Ocu_SetPinState(通道ID, OCU_HIGH/OCU_LOW)设置输出引脚状态。
应用软件调用Ocu_SetPinAction(通道ID, OCU_SET_HIGH/OCU_SET_LOW/OCU_TOGGLE)配置比较匹配时的引脚动作。
应用软件调用Ocu_SetAbsoluteThreshold(通道ID, 阈值)设置比较阈值。
应用软件调用Ocu_EnableNotification(通道ID)启用通知回调。

通道启动阶段：

应用软件调用Ocu_StartChannel(通道ID)启动通道。
OCU驱动程序启动计数器。

运行阶段：

当计数器值等于阈值时，OCU硬件触发比较匹配事件。
OCU驱动程序执行配置的引脚动作并调用通知回调（如果已启用）。
应用软件可以调用Ocu_GetCounter(通道ID)读取当前计数器值。
应用软件可以调用Ocu_SetRelativeThreshold(通道ID, 增量值)设置新的相对阈值。

停止阶段：

应用软件调用Ocu_StopChannel(通道ID)停止通道。
应用软件调用Ocu_DisableNotification(通道ID)禁用通知回调。

去初始化阶段：

应用软件调用Ocu_DeInit()去初始化OCU驱动程序。
OCU驱动程序复位硬件寄存器和内部数据结构。

根据源文档中的各项需求，这个使用流程完全符合AUTOSAR OCU驱动程序的设计规范。

/* OCU驱动程序使用示例 */
#include "Ocu.h"

/* 通知回调函数 */
void MyOcuNotification(void)
{
    /* 处理比较匹配事件 */
    /* 例如：更新PWM占空比、触发采样等 */
}

void ApplicationTask(void)
{
    Std_ReturnType result;
    uint8 channelId = OCU_CHANNEL_0;
    Ocu_ValueType counterValue;
    
    /* 1. 初始化OCU驱动程序 */
    result = Ocu_Init(&OcuConfigData);
    if (result != E_OK) {
        /* 处理错误 */
        return;
    }
    
    /* 2. 配置OCU通道 */
    Ocu_SetPinState(channelId, OCU_HIGH);
    Ocu_SetPinAction(channelId, OCU_TOGGLE);
    Ocu_SetAbsoluteThreshold(channelId, 1000); /* 设置比较阈值为1000 */
    Ocu_EnableNotification(channelId);         /* 启用通知回调 */
    
    /* 3. 启动OCU通道 */
    result = Ocu_StartChannel(channelId);
    if (result != E_OK) {
        /* 处理错误 */
        return;
    }
    
    /* 4. 运行阶段 */
    /* ... 应用逻辑 ... */
    
    /* 读取当前计数器值 */
    counterValue = Ocu_GetCounter(channelId);
    
    /* 设置新的相对阈值（当前阈值 + 500） */
    Ocu_SetRelativeThreshold(channelId, 500);
    
    /* ... 更多应用逻辑 ... */
    
    /* 5. 停止OCU通道 */
    Ocu_StopChannel(channelId);
    Ocu_DisableNotification(channelId);
    
    /* 6. 去初始化OCU驱动程序 */
    Ocu_DeInit();
}