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AUTOSAR 固定点插值库 (IFX Library) 详解

基于 AUTOSAR CP Release 4.4.0 的规范文档

1. 概述

AUTOSAR固定点插值库（IFX Library）是AUTOSAR平台中的基础组件，提供固定点数学运算和插值功能，用于实现各种数值计算。本文档详细分析了IFX库的规范、架构和使用方法。

IFX库的主要特点：

提供固定点插值运算功能
支持各种数据类型的输入/输出
无需初始化和关闭阶段
不依赖于DET错误处理机制
符合MISRA C 2012标准
使用AUTOSAR标准数据类型

2. 架构设计

2.1 模块架构

IFX库在AUTOSAR架构中的位置及其与其它模块的关系如下图所示：

在这里插入图片描述

架构解释

IFX库位置：

功能：IFX库位于AUTOSAR基础软件层，属于库(Libraries)模块
主要组成：插值函数(Interpolation)、查表函数(Map Lookup)、数据点搜索(DP Search)
调用方式：可直接被应用软件组件(SWC)或其他BSW模块调用

调用关系：

应用软件组件可以直接调用IFX库函数
其他BSW模块也可以直接调用IFX库函数
不需要通过RTE或其他中间层

特性说明：

无初始化和关闭阶段：IFX库可以在ECU初始化的最早阶段被调用
不依赖DET：不使用DET进行错误通知
无状态设计：采用纯函数调用方式，无内部状态
符合标准：遵循MISRA-C 2012编码标准
数据类型：使用AUTOSAR标准数据类型

2.2 数据流设计

IFX库中数据的处理流程和各模块间的交互如下图所示：

在这里插入图片描述

数据流解释

基本调用流程：

调用IFX API：应用软件组件或BSW模块调用IFX库函数
数据处理路径：
1. 插值函数路径：调用插值函数→找到相邻数据点→计算插值结果→返回结果
2. 查表函数路径：调用查表函数→找到相邻数据点→查表获取结果→返回结果

数据点搜索特性：

处理单调递增数据系列
返回索引和插值比率
比率分辨率为2^-16
使用结构体Ifx_DPResultU16_Type存储结果

插值计算规则：

边界处理：
- 输入值小于第一个分布点：使用第一个值
- 输入值大于最后一个分布点：使用最后一个值
中间结果向零舍入

2.3 数据类型定义

IFX库使用的数据类型及其关系如下图所示：

在这里插入图片描述

数据类型解释

标准数据类型：

IFX库使用AUTOSAR标准数据类型：
- boolean：布尔类型，值为TRUE或FALSE
- sint8/s8：有符号8位整型，范围[-128, 127]
- uint8/u8：无符号8位整型，范围[0, 255]
- sint16/s16：有符号16位整型，范围[-32768, 32767]
- uint16/u16：无符号16位整型，范围[0, 65535]
- sint32/s32：有符号32位整型，范围[-2147483648, 2147483647]
- uint32/u32：无符号32位整型，范围[0, 4294967295]

自定义数据类型：

Ifx_DPResultU16_Type：用于数据点搜索的结构体，包含：
- Index：数据点索引
- Ratio：插值比率，分辨率为2^-16，向零舍入
- 此结构体不应被用户直接读/写/修改

API函数类型：

数据点搜索函数：Ifx_DP_search_<InTypeMn1>(...)
插值函数：Ifx_Ipo_<InTypeMn1>_<OutTypeMn1>(...)和Ifx_IntIpo_<InTypeMn1>_<OutTypeMn1>(...)
查表函数：Ifx_IpoMap_<InTypeMn1>_<OutTypeMn1>(...)和Ifx_IntIpoMap_<InTypeMn1>_<OutTypeMn1>(...)

命名约定：

InTypeMn1：输入类型助记符 (u8, s8, u16, s16, u32, s32)
OutTypeMn1：输出类型助记符 (u8, s8, u16, s16, u32, s32)
示例：Ifx_IpoMap_s16u8_s8表示使用sint16输入X, uint8输入Y, sint8输出

数据类型示例代码

/* Ifx_DPResultU16_Type结构体定义 */
typedef struct {
    uint16 Index;  /* 数据点索引 */
    uint16 Ratio;  /* 数据点比率，分辨率2^-16 */
} Ifx_DPResultU16_Type;

/* 数据点搜索函数示例 */
Ifx_DPResultU16_Type Ifx_DP_search_s16(
    const sint16* X_TablePtr,  /* X坐标表指针 */
    uint16 NoOfPoints,         /* 点数量 */
    sint16 X                   /* 查询点X坐标 */
);

/* 插值函数示例 */
sint16 Ifx_Ipo_s16_s16(
    const sint16* X_TablePtr,  /* X坐标表指针 */
    const sint16* Y_TablePtr,  /* Y坐标表指针 */
    uint16 NoOfPoints,         /* 点数量 */
    sint16 X                   /* 查询点X坐标 */
);

/* 查表函数示例 */
sint16 Ifx_IpoMap_s16u8_s16(
    const sint16* X_TablePtr,  /* X坐标表指针 */
    uint16 NoOfXPoints,        /* X点数量 */
    const uint8* Y_TablePtr,   /* Y坐标表指针 */
    uint16 NoOfYPoints,        /* Y点数量 */
    const sint16* Z_TablePtr,  /* Z值表指针 */
    sint16 X,                  /* 查询点X坐标 */
    uint8 Y                    /* 查询点Y坐标 */
);

3. 功能规范

3.1 错误分类与检测

IFX库采用简单的错误处理机制：

无错误分类定义：IFX库不支持DET（Default Error Tracer）调用
错误检测：函数应在运行时检查输入参数值，特别是那些可能导致致命错误或不可预测结果的情况
错误处理：当检测到错误时，函数应返回规范中指定的非可配置值
不检测的错误：如果传递给例程的值无效且超出函数规范范围，则不检测此类错误

/* 错误检测示例 */
sint16 Ifx_Ipo_s16_s16(
    const sint16* X_TablePtr,
    const sint16* Y_TablePtr,
    uint16 NoOfPoints,
    sint16 X
)
{
    /* 参数验证 */
    if (X_TablePtr == NULL || Y_TablePtr == NULL || NoOfPoints == 0) {
        return 0; /* 返回规范指定的错误值 */
    }
    
    /* 其它处理逻辑 */
    /* ... */
}

3.2 初始化与关闭

IFX库的初始化和关闭特性：

无初始化阶段：IFX库不需要初始化阶段，可在ECU初始化的第一步被调用
无关闭阶段：IFX库不需要关闭操作阶段
直接API调用：IFX API可直接从BSW模块或SWC调用，无需端口定义
无状态设计：纯函数调用，无内部状态维护

3.3 库实现要求

IFX库的实现必须遵循以下要求：

代码共享：库代码应实现为可在不同内存分区的调用者之间共享
避免宏：应避免使用宏，函数应声明为函数或内联函数
函数调用限制：库函数可以调用其他库函数，但不能调用任何BSW模块函数
编码标准：应符合MISRA C标准
内存映射：使用AUTOSAR内存映射机制映射代码到内存段
标准类型：包含StandardTypes.h头文件，使用AUTOSAR整数数据类型
平台独立性：避免直接使用编译器和平台特定关键字

4. 例程规范

4.1 数据类型

IFX库使用的数据类型及助记符：

布尔类型：boolean，值为TRUE或FALSE
有符号整型：
- sint8/s8：范围[-128, 127]
- sint16/s16：范围[-32768, 32767]
- sint32/s32：范围[-2147483648, 2147483647]
无符号整型：
- uint8/u8：范围[0, 255]
- uint16/u16：范围[0, 65535]
- uint32/u32：范围[0, 4294967295]

这些助记符用在例程名称中表示输入和输出类型。

4.2 舍入规则

IFX库中的舍入规则：

向零舍入：
- 0 ≤ X < 1 舍入为 0
- -1 < X ≤ 0 舍入为 0
插值计算中的舍入：插值计算中的中间结果应向零舍入

4.3 目标优化

IFX库支持两种优化方式：

目标优化：
- 部分例程可被另一个使用整数提升的例程替代
- 部分例程可被限制例程和不同签名的例程组合替代
例程数量优化：
- 通过交换’X’和’Y’数据类型减少例程总数
- 优化规则：
  - 规则1：较大数据类型优先（16位优先于8位）
  - 规则2：无符号类型优先于有符号类型（u16优先于s16）
- 数据类型优先级：u32, s32, u16, s16, u8, s8