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[導(dǎo)讀]隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的深入，自動(dòng)駕駛，Car2-X應(yīng)用程序以及更強(qiáng)大的交互性和連接性的特點(diǎn)，這些功能它們需要一個(gè)新的軟件平臺(tái)來支持這些驅(qū)動(dòng)程序定義的新需求，并允許其增量部署無線傳輸，這在經(jīng)典的AUTOSAR平臺(tái)上已經(jīng)不可行了。一.AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，...
隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的深入，自動(dòng)駕駛，Car2-X應(yīng)用程序以及更強(qiáng)大的交互性和連接性的特點(diǎn)，這些功能它們需要一個(gè)新的軟件平臺(tái)來支持這些驅(qū)動(dòng)程序定義的新需求，并允許其增量部署無線傳輸，這在經(jīng)典的AUTOSAR平臺(tái)上已經(jīng)不可行了。
AUTOSAR經(jīng)典平臺(tái)是基于C編程語言和功能相對(duì)簡單的嵌入式的設(shè)備而開發(fā)的。AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)使用C 編程語言進(jìn)行了更高的抽象級(jí)別及依賴于性能更強(qiáng)大的硬件。目標(biāo)硬件依賴多核CPU和高性能計(jì)算（HPC）能力的單板PC，運(yùn)行POSIX PSE51兼容操作系統(tǒng)。
2)體系結(jié)構(gòu)方面：
在體系結(jié)構(gòu)方面，自適應(yīng)平臺(tái)遵循與經(jīng)典平臺(tái)相似的模式：標(biāo)準(zhǔn)化的分層體系結(jié)構(gòu)，為應(yīng)用程序提供了與硬件無關(guān)的API和服務(wù)。如下圖所示：自適應(yīng)平臺(tái)的應(yīng)用程序的AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境（ARA）繼承了Classic平臺(tái)RTE，提供了大量的庫和服務(wù)。
圖1 AUTOSAR經(jīng)典平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)
圖2 AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)
3)通信內(nèi)存及操作系統(tǒng)方面：
下表總結(jié)了Adaptive Platform的系統(tǒng)性能特征，并描述了與ClassicalPlatform的區(qū)別。
表1：經(jīng)典平臺(tái)和自適應(yīng)平臺(tái)之間的系統(tǒng)性能比較
1）經(jīng)典平臺(tái)的通信協(xié)議基于在系統(tǒng)運(yùn)行前的靜態(tài)預(yù)配置的基于信號(hào)的規(guī)范，而自適應(yīng)平臺(tái)基于面向服務(wù)的通信，允許動(dòng)態(tài)啟動(dòng)通信。即在Classic Platform中，運(yùn)行時(shí)的服務(wù)必須在編譯時(shí)處理確定的，在Adaptive Platform 平臺(tái)支持運(yùn)行時(shí)服務(wù)的動(dòng)態(tài)注冊(cè)，并可以為每個(gè)SWC指定作用域：1）只能發(fā)現(xiàn)預(yù)配置的服務(wù)實(shí)例，2）完全開放以允許被發(fā)現(xiàn)使用）。
2）自適應(yīng)平臺(tái)應(yīng)支持的應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)調(diào)度策略，它允許在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)部署應(yīng)用程序。
3）另一個(gè)重要特征是內(nèi)存管理單元，操作系統(tǒng)通過它執(zhí)行的每個(gè)進(jìn)程（任務(wù)）都有自己的虛擬地址，而不會(huì)識(shí)別其他進(jìn)程的存在。即使在運(yùn)行期間部署應(yīng)用程序，也能保證應(yīng)用程序之間獨(dú)立運(yùn)行不受干擾。
如下圖所示，面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）是一種基于服務(wù)創(chuàng)建軟件體系結(jié)構(gòu)的方法,它允許應(yīng)用程序組件和其他軟件組件之間交換和使用服務(wù)，注意：這里的服務(wù)是指為應(yīng)用程序提供的功能超出了基本操作軟件已經(jīng)提供的功能，可獨(dú)立于TIER1提供的基礎(chǔ)軟件上進(jìn)行自適應(yīng)的增加新的服務(wù)功能。
圖3 面向服務(wù)的通信范例
如下圖所示，應(yīng)用程序被解釋為一組數(shù)據(jù)提供（傳感器），數(shù)據(jù)處理（應(yīng)用程序邏輯）和數(shù)據(jù)消耗（執(zhí)行器）服務(wù)。通信路徑遵循生產(chǎn)者/消費(fèi)者或客戶/服務(wù)器模型，其中某些應(yīng)用程序以生產(chǎn)者的身份提供服務(wù)，而其他應(yīng)用程序以消費(fèi)者的身份訂閱服務(wù)。并通過SOME/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)娇偩€。
圖4 基于SOME/IP面向服務(wù)的通信
2)SOME / IP通信協(xié)議
基于SOME / IP協(xié)議的通信API的序列化和反序列化，以客戶端/服務(wù)器方式實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序之間通信數(shù)據(jù)的交換。與經(jīng)典方式不同（無論接收方需不需要數(shù)據(jù)，都廣播所有數(shù)據(jù)）只有所需的數(shù)據(jù)被訂閱并到達(dá)客戶端。例如在以CAN總線為主的車載網(wǎng)絡(luò)中，通信過程是面向信號(hào)的（除了診斷通信之外），這是一種根據(jù)發(fā)送者需求實(shí)現(xiàn)的通信過程，當(dāng)發(fā)送者發(fā)現(xiàn)信號(hào)的值變化了，或者發(fā)送周期到了，就會(huì)發(fā)送信息，而不考慮接收者是否有需求。而SOME/IP則不同，它是在接收方有需求的時(shí)候才發(fā)送，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于總線上不會(huì)出現(xiàn)過多不必要的數(shù)據(jù)，從而降低負(fù)載。
圖5 應(yīng)用程序之間的通信
3)基于POSIX的操作系統(tǒng):
操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)自適應(yīng)平臺(tái)的所有應(yīng)用程序的資源管理以及它們與硬件層的交互。AUTOSAR沒有為Adaptive Platform指定新的操作系統(tǒng)，而是定義了它的執(zhí)行上下文和供AdaptiveApplications使用的必需的操作系統(tǒng)接口（OSI）。為了滿足AUTOSAR為自適應(yīng)平臺(tái)定義的要求，OSI應(yīng)該支持POSIX標(biāo)準(zhǔn)庫。AUTOSAR Adaptive為POSIX操作系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境,此外,操作系統(tǒng)應(yīng)通過在啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)度和通信路徑的動(dòng)態(tài)配置功能來支持應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)行為。
三. AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)的的功能堆棧
自適應(yīng)平臺(tái)軟件平臺(tái)包括11個(gè)功能集群，可以將其大致分為三類：基本功能，通信以及安全性。
1)基本功能
2)通訊
3)安全保障
4）自適應(yīng)平臺(tái)服務(wù)
有四個(gè)指定的Adaptive Platform Services：
四. Adapative AUTOSAR的實(shí)施
與經(jīng)典平臺(tái)一樣，需要軟件堆棧才能在量產(chǎn)軟件中使用AUTOSAR。下表列出了提供或已經(jīng)宣布提供Adaptive Platform軟件堆棧的制造商：
如下圖所示，標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)將從當(dāng)前的開發(fā)階段切換到更穩(wěn)定的演進(jìn)階段，成熟度級(jí)別一直提高到R18-10，然后質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)繼續(xù)發(fā)布功能。R18-10計(jì)劃與Classic Platform 4.4.0同步。從那時(shí)起，Classic（CP）和Adaptive Platform（AP）的發(fā)布周期將同步，這使得更容易同時(shí)推出影響兩個(gè)平臺(tái)的新功能。
一.AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)
隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，更多復(fù)雜的功能將集成到未來的汽車中。AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)針對(duì)功能更強(qiáng)大的板載計(jì)算機(jī)提供更高級(jí)別的功能。AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)與AUTOSAR經(jīng)典平臺(tái)區(qū)別如下:
1)適用場(chǎng)景方面：AUTOSAR經(jīng)典平臺(tái)是基于C編程語言和功能相對(duì)簡單的嵌入式的設(shè)備而開發(fā)的。AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)使用C 編程語言進(jìn)行了更高的抽象級(jí)別及依賴于性能更強(qiáng)大的硬件。目標(biāo)硬件依賴多核CPU和高性能計(jì)算（HPC）能力的單板PC，運(yùn)行POSIX PSE51兼容操作系統(tǒng)。
2)體系結(jié)構(gòu)方面：
在體系結(jié)構(gòu)方面，自適應(yīng)平臺(tái)遵循與經(jīng)典平臺(tái)相似的模式：標(biāo)準(zhǔn)化的分層體系結(jié)構(gòu)，為應(yīng)用程序提供了與硬件無關(guān)的API和服務(wù)。如下圖所示：自適應(yīng)平臺(tái)的應(yīng)用程序的AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境（ARA）繼承了Classic平臺(tái)RTE，提供了大量的庫和服務(wù)。
圖1 AUTOSAR經(jīng)典平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)
圖2 AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)
3)通信內(nèi)存及操作系統(tǒng)方面：
下表總結(jié)了Adaptive Platform的系統(tǒng)性能特征，并描述了與ClassicalPlatform的區(qū)別。
表1：經(jīng)典平臺(tái)和自適應(yīng)平臺(tái)之間的系統(tǒng)性能比較
1）經(jīng)典平臺(tái)的通信協(xié)議基于在系統(tǒng)運(yùn)行前的靜態(tài)預(yù)配置的基于信號(hào)的規(guī)范，而自適應(yīng)平臺(tái)基于面向服務(wù)的通信，允許動(dòng)態(tài)啟動(dòng)通信。即在Classic Platform中，運(yùn)行時(shí)的服務(wù)必須在編譯時(shí)處理確定的，在Adaptive Platform 平臺(tái)支持運(yùn)行時(shí)服務(wù)的動(dòng)態(tài)注冊(cè)，并可以為每個(gè)SWC指定作用域：1）只能發(fā)現(xiàn)預(yù)配置的服務(wù)實(shí)例，2）完全開放以允許被發(fā)現(xiàn)使用）。
2）自適應(yīng)平臺(tái)應(yīng)支持的應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)調(diào)度策略，它允許在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)部署應(yīng)用程序。
3）另一個(gè)重要特征是內(nèi)存管理單元，操作系統(tǒng)通過它執(zhí)行的每個(gè)進(jìn)程（任務(wù)）都有自己的虛擬地址，而不會(huì)識(shí)別其他進(jìn)程的存在。即使在運(yùn)行期間部署應(yīng)用程序，也能保證應(yīng)用程序之間獨(dú)立運(yùn)行不受干擾。
二. AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)的關(guān)鍵功能
1)面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)SOA:如下圖所示，面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）是一種基于服務(wù)創(chuàng)建軟件體系結(jié)構(gòu)的方法,它允許應(yīng)用程序組件和其他軟件組件之間交換和使用服務(wù)，注意：這里的服務(wù)是指為應(yīng)用程序提供的功能超出了基本操作軟件已經(jīng)提供的功能，可獨(dú)立于TIER1提供的基礎(chǔ)軟件上進(jìn)行自適應(yīng)的增加新的服務(wù)功能。
圖3 面向服務(wù)的通信范例
如下圖所示，應(yīng)用程序被解釋為一組數(shù)據(jù)提供（傳感器），數(shù)據(jù)處理（應(yīng)用程序邏輯）和數(shù)據(jù)消耗（執(zhí)行器）服務(wù)。通信路徑遵循生產(chǎn)者/消費(fèi)者或客戶/服務(wù)器模型，其中某些應(yīng)用程序以生產(chǎn)者的身份提供服務(wù)，而其他應(yīng)用程序以消費(fèi)者的身份訂閱服務(wù)。并通過SOME/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)娇偩€。
圖4 基于SOME/IP面向服務(wù)的通信
2)SOME / IP通信協(xié)議
基于SOME / IP協(xié)議的通信API的序列化和反序列化，以客戶端/服務(wù)器方式實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序之間通信數(shù)據(jù)的交換。與經(jīng)典方式不同（無論接收方需不需要數(shù)據(jù)，都廣播所有數(shù)據(jù)）只有所需的數(shù)據(jù)被訂閱并到達(dá)客戶端。例如在以CAN總線為主的車載網(wǎng)絡(luò)中，通信過程是面向信號(hào)的（除了診斷通信之外），這是一種根據(jù)發(fā)送者需求實(shí)現(xiàn)的通信過程，當(dāng)發(fā)送者發(fā)現(xiàn)信號(hào)的值變化了，或者發(fā)送周期到了，就會(huì)發(fā)送信息，而不考慮接收者是否有需求。而SOME/IP則不同，它是在接收方有需求的時(shí)候才發(fā)送，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于總線上不會(huì)出現(xiàn)過多不必要的數(shù)據(jù)，從而降低負(fù)載。
圖5 應(yīng)用程序之間的通信
3)基于POSIX的操作系統(tǒng):
操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)自適應(yīng)平臺(tái)的所有應(yīng)用程序的資源管理以及它們與硬件層的交互。AUTOSAR沒有為Adaptive Platform指定新的操作系統(tǒng)，而是定義了它的執(zhí)行上下文和供AdaptiveApplications使用的必需的操作系統(tǒng)接口（OSI）。為了滿足AUTOSAR為自適應(yīng)平臺(tái)定義的要求，OSI應(yīng)該支持POSIX標(biāo)準(zhǔn)庫。AUTOSAR Adaptive為POSIX操作系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境,此外,操作系統(tǒng)應(yīng)通過在啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)度和通信路徑的動(dòng)態(tài)配置功能來支持應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)行為。
三. AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)的的功能堆棧
自適應(yīng)平臺(tái)軟件平臺(tái)包括11個(gè)功能集群，可以將其大致分為三類：基本功能，通信以及安全性。
1)基本功能
-
執(zhí)行管理
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操作系統(tǒng)接口
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日志記錄和跟蹤
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持久性
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時(shí)間同步
2)通訊
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通信管理
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Restful communication
3)安全保障
-
身份和訪問管理
-
密碼管理
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平臺(tái)運(yùn)行健康管理
4）自適應(yīng)平臺(tái)服務(wù)
有四個(gè)指定的Adaptive Platform Services：
-
診斷
-
信號(hào)到服務(wù)的映射
-
網(wǎng)絡(luò)管理
-
狀態(tài)管理
-
更新和配置管理
四. Adapative AUTOSAR的實(shí)施
與經(jīng)典平臺(tái)一樣，需要軟件堆棧才能在量產(chǎn)軟件中使用AUTOSAR。下表列出了提供或已經(jīng)宣布提供Adaptive Platform軟件堆棧的制造商：
|
Vendor |
Stack |
|
Elektrobit |
EB corbos AdaptiveCore |
|
Vector |
Adaptive MICROSAR |
如下圖所示，標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)將從當(dāng)前的開發(fā)階段切換到更穩(wěn)定的演進(jìn)階段，成熟度級(jí)別一直提高到R18-10，然后質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)繼續(xù)發(fā)布功能。R18-10計(jì)劃與Classic Platform 4.4.0同步。從那時(shí)起，Classic（CP）和Adaptive Platform（AP）的發(fā)布周期將同步，這使得更容易同時(shí)推出影響兩個(gè)平臺(tái)的新功能。
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