一、引言

隨著汽車新四化“電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化"全面推進(jìn)，幾乎每一項(xiàng)新技術(shù)的誕生都離不開(kāi)汽車電子的身影。其中，電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）作為汽車電子控制系統(tǒng)的核心。與傳統(tǒng)ECU相比，采用AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchitecture，汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)）這種分層架構(gòu)，極大降低了汽車嵌入式系統(tǒng)軟、硬件耦合度。

圖1 傳統(tǒng)軟件架構(gòu)與AUTOSAR架構(gòu)對(duì)比

此外，隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車相關(guān)控制器正向開(kāi)發(fā)需求的增長(zhǎng)，AUTOSAR規(guī)范越來(lái)越受到大家的關(guān)注，并且應(yīng)用需求也越來(lái)越大。國(guó)內(nèi)一些主流整車廠以及零部件供應(yīng)商都開(kāi)始致力于符合AUTOSAR規(guī)范的車用控制器軟件開(kāi)發(fā)。

二、汽車電子控制系統(tǒng)

汽車電子控制系統(tǒng)由傳感器（Sensor）、電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）和執(zhí)行器（Actuator）組成。

圖2 汽車電子控制系統(tǒng)基本構(gòu)成

傳感器作為信號(hào)輸入裝置，用來(lái)檢測(cè)和采集各種信息，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等，可以將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳給電子控制單元。

ECU 也即汽車嵌入式系統(tǒng)（Automotive Embedded System，AES），ECU對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)控制算法向執(zhí)行器發(fā)出控制指令。硬件部分主要由微控制器（Microcontroller，MCU）及外圍電路組成；軟件部分主要包括硬件抽象層（Hardware Abstraction Layer，HAL）、嵌入式操作系統(tǒng)及底層軟件和應(yīng)用軟件層。

執(zhí)行器為執(zhí)行某種控制功能的裝置，用于接收來(lái)自ECU的控制指令，并對(duì)控制對(duì)象實(shí)施相應(yīng)的操作。

三、ECU開(kāi)發(fā)流程中總線通訊：ARXML 規(guī)則下的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)作

ECU 實(shí)際開(kāi)發(fā)流程中，從需求分析與定義到系統(tǒng)集成測(cè)試，總線通訊貫穿始終。

比如在需求分析與定義階段，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)首先要梳理整車功能需求，明確各 ECU 需要實(shí)現(xiàn)的功能及彼此間的數(shù)據(jù)交互需求。

基于這些需求，工程師使用 ARXML （AUTOSAR Extensible Markup Language）文件定義 ECU 間的通訊協(xié)議，包括選擇 CAN、Flexray 還是 SOME/IP 總線，以及詳細(xì)規(guī)劃報(bào)文結(jié)構(gòu)、信號(hào)編碼等內(nèi)容。

以 CAN 總線為例，ARXML 文件中會(huì)明確 CAN 報(bào)文的 ID、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、信號(hào)位置及編碼方式等信息。開(kāi)發(fā)人員依據(jù)這些規(guī)范進(jìn)行代碼實(shí)現(xiàn)，確保各個(gè) ECU 在 CAN 總線上準(zhǔn)確收發(fā)數(shù)據(jù)。

在集成測(cè)試階段，ARXML 文件提供的標(biāo)準(zhǔn)化描述，能幫助測(cè)試人員快速搭建測(cè)試用例，驗(yàn)證 ECU 間的通訊邏輯是否符合預(yù)期。比如，通過(guò)對(duì)比 ARXML 定義的信號(hào)與實(shí)際總線上抓取的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)定位通訊異常問(wèn)題，極大提升開(kāi)發(fā)效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

四、ADTF：汽車數(shù)據(jù)與時(shí)間觸發(fā)框架（Automotive Data and Time-Triggered Framework）

ADTF 作為一款專業(yè)的汽車數(shù)據(jù)與時(shí)間觸發(fā)框架軟件，是一個(gè)基于層級(jí)和面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)。

圖3 ADTF 系統(tǒng)架構(gòu)

大家也可以看出來(lái)，ADTF同樣采用模塊化的設(shè)計(jì)，與AUOSAR CP 架構(gòu)層級(jí)設(shè)計(jì)有異曲同工之妙。基于Runtime來(lái)封裝底層服務(wù)，通過(guò)插件開(kāi)發(fā)可以生成各類工具箱，完成ECU開(kāi)發(fā)中各類測(cè)試任務(wù)。比如在總線類數(shù)據(jù)的解析與測(cè)試領(lǐng)域有良好的表現(xiàn)。它具備強(qiáng)大的多總線數(shù)據(jù)處理能力，比如adtf_car_communication_toolbox、adtf_device_toolbox。能夠無(wú)縫接入 CAN、Flexray、SOME/IP 等多種汽車總線，并基于 ARXML 規(guī)則對(duì)總線數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。

五、應(yīng)用案例

在ADTF Car Communication Toolbox中，基于 “AUTOSAR ARXML 文件對(duì)汽車總線通信數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，實(shí)現(xiàn)了 CAN、FlexRay 和 SOME/IP 等總線協(xié)議的解析。

圖4 Decoding CAN using arxml database

圖5 Decoding FlexRay using arxml database

圖6 Decoding SOMEIP using arxml database

該工具包通過(guò)集成 ARXML 解析能力，使 ADTF 具備汽車總線通信的解碼功能，適用于車載網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)、測(cè)試與分析場(chǎng)景，幫助工程師將原始總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可理解的信號(hào)流，提升汽車電子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。

六、結(jié)語(yǔ)

在汽車電子技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，基于 ARXML 規(guī)則的總線通訊標(biāo)準(zhǔn)化與高效解析能夠加快ECU開(kāi)發(fā)流程。

ADTF 具備多總線數(shù)據(jù)解析與測(cè)試能力，深度結(jié)合 ARXML 規(guī)則，為 CAN、Flexray、SOME/IP 等總線數(shù)據(jù)處理提供測(cè)試解決方案。

無(wú)論是 ECU 開(kāi)發(fā)過(guò)程中的協(xié)議驗(yàn)證，還是整車集成測(cè)試中的問(wèn)題定位，ADTF 都能快速部署完成測(cè)試開(kāi)發(fā)。