深入浅出了解AUTOSAR Adaptive平台

为什么提出 AUTOSAR Adaptive平台



在过去的30至40年中，嵌入式软件的发展呈指数级增长，并且没有丝毫放缓的迹象。因此，“ 软件对现代汽车至关重要”的说法已经成为一种共识。

AUTOSAR Classic 平台支持了汽车软件的增长。该平台的特点是支持硬实时，高安全性，可用资源相对较低的ECU，因此非常适合传统的汽车应用。

而智能化、网联化和电动化是汽车未来的发展趋势，而正是这样的变化，将会给汽车E/E架构和软件架构带来巨大的革新。


图1 汽车的发展趋势

随着技术的进步下一代汽车的ECU的技术要求也发生着变化


01  能够处理大型数据的高性能要求，比如用于计算机视觉处理或基于多传感器输入的模型推导。这就需要应用程序能够对数据进行并行计算并给出解决方案，首先高性能的计算需要新硬件架构的支持，如多核、GPU等；其次应用程序的大规模部署需要平台和编程语言的支持。

02  高带宽通信要求，如ADAS要求大量的数据通信和并行处理，这就需要以太网等新技术的支持。

03  V2X应用的实现需要车辆与车外系统的互动，这些网联化都需要动态通信和大量数据的有效分配，如交通状态的获取以及第三方的参与。

04  安全的灵活性来适应新的威胁的要求，以确保ECU与车外系统进行通信时的安全性。

05  增量更改ECU应用程序要求，增加新的应用程序而不需要更改整个ECU应用程序。


图2 E/E架构的发展趋势

这些要求和 AUTOSAR Classic平台的特征相互矛盾，在过去的汽车控制器ECU中，一直专注于严格的实时性和安全性要求，但随着可升级性的要求越来越多，这包括软件组件的动态重载和标准库的使用，例如用于图像处理和信息更新等。因此我们需要一个新的平台来动态通信和增量更改。

基于 AUTOSAR Adaptive 平台标准的ECU，通过平台提供的“面向服务的通信”使得在整个车辆生命周期中升级应用程序和添加新的软件功能变成可能，例如通过云端的软件更新。还可以在分布式工作组中彼此独立地开发，测试和更新功能，然后随时将功能集成到整个系统中。


图3 AUTOSAR Adaptive 面向服务的架构

与AUTOSAR Classic平台不同，这些自适应应用程序在运行时使用“Manifest”形式的数据来集成到AUTOSAR Adaptive平台中，这些Manifest描述了实际的功能以及平台如何使用该功能。

AUTOSAR Adaptive平台是基于IEEE1003.13中定义的POSIX PSE51。POSIX（可移植操作系统接口）是应用程序功能和操作系统之间的标准化编程接口。它使车辆软件开发更加灵活。在车辆中，应用程序通过自适应平台分配给ECU。AUTOSAR OS接口作为自适应应用程序AUTOSAR运行时（ARA）的一部分，将操作系统与应用程序链接起来。


图4 AUTOSAR Adaptive平台是 AUTOSAR Classic 平台和信息娱乐系统/IT之间的链接

基于AUTOSAR Adaptive平台开发的应用程序的安全级别最高可以达到ISO26262 ASIL-B的级别。如果需要实现更严格的安全要求，推荐使用AUTOSAR Classic平台的微控制器.由于AUTOSAR Classic平台和AUTOSAR Adaptive 平台是在共同的基础上设计的，因此可以将这两个平台结合起来以提高整个系统的安全等级。AUTOSAR Adaptive和AUTOSAR Classic平台将共存于车辆中，而不是取代的关系。

根据OEM的估算，运行AUTOSAR Adaptive平台ECU占整个车辆ECU个数会小于10%，比如在高级的车辆中，大约有120个ECU，这其中大约有5 ~ 10个ECU运行AUTOSA Adaptive平台。AUTOSAR Adaptive 和AUTOSAR Classic平台的ECU可以在在SOME/IP的基础上，将AUTOSAR Classic平台ECU的各种信号可以自动映射到AUTOSAR Adaptive平台ECU上的服务。


图5 AUTOSAR Adaptive 和 AUTOSAR Classic 共存于车辆中

AUTOSAR Adaptive平台的架构如下


图6 AUTOSAR Adaptive 平台架构

Adaptive应用程序（Adaptive Application, AA）在适用于 Adaptive应用程序的AUTOSAR实时运行环境（Adaptive Runtime for Adaptive Application, ARA）之上运行。ARA由功能群集提供的应用程序接口组成，这些群集属于Adaptive Platform Fundation或Adaptive Platform Service。

Adaptive Platform Fundation提供AUTOSAR Adaptive平台的基本功能，而Adaptive Platform Service提供AUTOSAR Adaptive平台的标准服务。

任何AA也可以向其他AA提供服务。从AA的角度来看，功能集群的接口，无论是Adaptive Platform Fundation的接口还是Adaptive Platform Service的接口，它们仅提供指定的C ++接口或 AUTOSAR Adaptive平台将来可能支持的任何其他语言绑定。另外，在ARA接口下，包括在AA上下文中调用的ARA库，可以使用ARA以外的其他接口来实现AUTOSAR Adaptive平台规范，这取决于AUTOSAR Adaptive平台实现的设计。

ETAS解决方案

基于 AUTOSAR Adaptive 平台，ETAS推出了一站式解决方案: RTA-VRTE开发平台、咨询、培训、技术支持和相关工程服务。


图7 ETAS AUTOSAR Adaptive 解决方案

RTA-VRTE平台软件框架包括µP-based的车载计算机的所有重要中间件元素(见下图)

Layer 1和2包括相关硬件和POSIX兼容操作系统的基础结构软件。 由于与传统的ECU不同，µP-based的车辆计算机为应用程序动态分配资源，因此 AUTOSAR Adaptive 平台的执行管理器还可以控制Layer 2的CPU时间和内存访问。


图8 RTA-VRTE平台软件框架

应用程序还必须识别系统中的其他软件并与之通信。

Layer 3中的通信中间件独立于协议提供此功能。这是RTA-VRTE的核心组件，用于管理和控制各个Layer之间的交互，并确保封装软件的平稳运行，包括Layer 4和5上的ECU和与车辆有关的平台服务。

ISOLAR-A已成为一种全球性的工具，可作为基于AUTOSAR Classic 平台创建软件架构的工具。由于该工具基于Eclipse，因此可以轻松地集成到现有的开发环境中，并且Eclipse插件还允许ISOLAR-A与开发环境（例如Doors，Subversion和Git）结合使用。ISOLAR-A_ADAPTIVE是ISOLAR工具家族的最新成员。

它使用户可以开发和集成RTA-VRTE的应用软件。ISOLAR-A_ADAPTIVE支持软件开发人员配置AUTOSAR自适应应用程序，无论是配置应用程序，生成服务清单，生成代理/框架，提供服务实例还是配置SOME/IP的服务查询。

ETAS还推出了RTA-VRTE抢先体验计划（EAP），为AUTOSAR Adaptive平台提供了完整的软件开发套件（SDK）。
该SDK以Virtualbox™映像的形式提供，该映像预装了所有工具，以及一组带有RTA-VRTE的预配置虚拟车辆计算机。它使用户可以熟悉新的体系结构，运行自己的原型以及调试软件。EAP还包括全面的培训和咨询。（Virtualbox™是Oracle的PC虚拟化解决方案。）