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车载软件架构—CP和AP相同与不同

 车载诊断技术 2022-02-06

车载软件架构—CP和AP相同与不同

起源

AUTOSAR(AUTmotive Open System ARchitecture) 是汽车电子E/E系统发展的一个重要的节点。该标准是由包括BMW、DAIMLER、GM、TOYOTA、福特等主机厂和包括博世、大陆等供应商牵头成立的一个标准发展组织定义的一个开放参考的ECU软件架构。

最初目的是为了避免反复重复开发功能相同相近的软件模块。使用独立于系统的标准软件平台,可缩短产品上市时间,减少开发工作,并可从同一组组件中开发出更多产品,提高产品质量,实现软件和硬件的解耦。

相同之处

无论是AP AUTOSAR还是CP AUTOSAR,提出该标准最初总体目标是一致的:

1、更好的管理数量增多,功能复杂度增加的汽车ECU; 
2、改善ECU软件质量和可靠性;
3、提升产品升级灵活性,缩短产品推向市场的时间;
4、可拓展的架构解决方案。

CP AUTOSAR与AP AUTOSAR标准提倡的内容是相同的:

1、汽车软件架构标准设计;
2、详细的底层软件模块设计;
3、汽车产品各域标准化数据描述;
4、适用于此架构的过程定义和软件工具链。

相同之处更多在于从宏观出发,落实到具体实现策略,则体现出不同之处。


不同之处

考量到两个软件架构主要的应用场景,对于芯片性能要求(实时性和算力):

CP AUTOSAR一般运行在8bit、16bit、32bit的微控制器(MCU)中,运行CP AUTOSAR 的芯片算力一般低于1000 DMIPs
AP AUTOSAR可以运行在64bit的高性能处理器(MPU)、CPU等中,,AP AUTOSAR也可以运行在虚拟硬件上,AP AUTOSAR可以运行在算力高于20000 DMIPs的芯片上。

CP AUTOSAR软件架构是分层的,有较为明显的上下层关系,详细可参考如下图所示:

如上图,体现的分层架构实现不同的功能(从下往上):

1、微控制器层(HW);
2、基础软件层(BSW):
  • 微控制器抽象层
  • ECU抽象层
  • 服务层
  • 复杂驱动
3、RTE层:体现了application的所有接口,软件模块间通过RTE交互,并通过RTE访问BSW;
4、Application层:不依赖于硬件。

对比CP AUTOSAR,AP AUTOSAR一般是指ARA(AUTOSAR Runtime for Adaptive Applications),主要由两部分组成:

  1. Foundation;
  2. Service。

具体示意如下图所示:

注:

所有的模块都称为功能集群(Functional Clusters, FC),蓝色的FC属于Foundation的部分,橘色的部分属于Service的部分。无论是Foundation部分的FC,还是Service部分的FC,都不是上下层关系。

两者架构设计原则

CP AUTOSAR架构设计原则为:

  • CP AUTOSAR将与硬件相关的以及通用系统功能定义为BSW模块
  • 应用功能定义为独立的软件组件SWC
  • RTE分离SWC和BSW
  • BSW可配置,并且可以被多个产品线的ECU重复使用
  • 不开源

AP AUTOSAR架构设计原则为:

  • 遵循面向服务的架构SOA设计范式(该理念非新创概念,原互联网中已使用成熟的应用理念,只是将应用场景变化到车载中)

  • 充分利用其他领域软件成熟技术,重用软件市场成熟组件,缩短开发周期

  • 充分利用各种开源软件(对比CP的不开源)

开发流程来看,CP与AP都主要都包括以下三个阶段:

设计阶段:设计ARXML;
代码生成:基于ARXML生成代码;
集成:集成Application,编译调试等

对于开发阶段,同样存在不同之处,详细如下::

AP AUTOSAR设计阶段,需要进行Service与Manifest的设计;CP AUTOSAR设计阶段,需要进行ECU配置设计,而AP没有ECU配置这个设计项。

CP 与AP开发流程如下图所示:

蓝色虚线框表示CP AUTOSAR的开发流程,绿色表示AP AUTOSAR的开发流程。

CP AUTOSAR是基于信号的通信,主要包括CAN、Lin、FlexRay等。

AP AUTOSAR是面向服务的通信,支持基于以太网的SOME/IP、IPC、RPC等。

CP AUTOSAR虽然可以支持SOME/IP,但是CP AUTOSAR中SOME/IP只不过是把Sender-Receiver的CAN通信转换成了Client-Server的以太网通信,整个通信链路仍是静态配置的,并不是真正的面向服务的通信。

PS: 传统嵌入式ECUs主要实现替代或增强电气系统的功能。这些ECUs中的软件主要根据输入的电气信号和来自车载网络上其他ECUs的输出信息来控制其输出的电气信号,它们在整个车辆寿命中往往不会发生明显变化。
而下一代的车辆运用,比如自动驾驶,将需求更复杂、更高计算资源的软件,并满足更严苛的integrity和security要求。这些软件需要实现比如环境感知、行为计划等功能,并需要将车辆融入到外部后台系统和基建系统中。随着外部系统的不断发展或改进的功能,要求车辆中的软件能够不断被更新。
Classic AUTOSAR(CP)满足了传统嵌入式ECU的需求,而上述ECU的需求无法满足。因此AUTOSAR指定了另外一个软件平台,即Adaptive AUTOSAR(AP)。AP更专注提供高性能计算和通讯机制,并提供灵活的软件配置,例如支持无线更新软件(FOTA)。

篇外

Adaptive AUTOSAR优势:

  • ECU更加智能:基于SOA通信使得AP中ECU可以动态的同其他ECU提供或获取服务,动态同其他ECU进行连接;
  • 更强大计算能力:基于SOA架构使得AP能够更好支持多核、多ECU、多SOCs并行处理,提供更强大的计算能力;
  • 更加安全:基于SOA架构使得AP中各个服务模块独立,可独立加载,IAM管理访问权限;
  • 敏捷开发:Adaptive AUTOSAR服务不局限于部署在ECU本地可分布于车载网络中,使得系统模块可灵活部署,并可后期灵活独立更新(FOTA);
  • 高通信带宽:基于Ethernet等高通信带宽的总线通信;
  • 更易物联:基于以太网的SOA通信,更易实现无线、远程、云连接,部署Car-2-X应用;
  • 系统兼容:通过SOME\IP等协议AP可以同CP/Non-AUTOSAR等ECU。

两者应用场景

CP AUTOSAR一般应用在对实时性要求高、对功能安全要求高、对算力要求较低的场景中,如引擎控制、制动系统等。
AP AUTOSAR一般应用在对实时性有一定要求、对功能安全有一定要求,对算力要求较高的场景中,如:
1、传感器融合处理、运行时动态更新
2、自动驾驶中:
  • 与交通基础设施的通信

  • 与云服务器进行通信

3、域控制器的车辆架构
  • 车身域

  • 娱乐域

  • 动力域




4、OTA
5、跨域计算平台、智能手机集成等等

最近七八年,AUTOSAR软件架构这个topic一直很火,出现了很多基于该软件架构的解决方案供应商。靠着早入局,质量稳定等优势在业界大吃特吃。伴随着对协议解读越发通透,国内也出现了该方面的解决方案服务商,随着使用过程中不断优化(敏捷开发,快速迭代),早日实现关键技术不被卡脖子。话又说回来,特斯拉在电动车一骑绝尘,但是也没有采用AUTOSAR软件架构,基于自己团队软件能力,开发出属于自己的车载软件架构。车载软件嘛,只有基于自身软件架构实现其功能,又可以保证软件运行稳健性,就是王道。

万里长征方起步,我辈需加倍努力。

愿你我相信时间的力量

做一个长期主义者!



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   作者简介 | 穿拖鞋的汉子
           汽车电子工程师
公众号:车载诊断技术
    来,每天进步一点点!

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