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Mentor Graphics: AUTOSAR 如何重塑汽車領(lǐng)域

2014-11-13 08:00 14901
電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商 Mentor Graphics 近日發(fā)布一份題為《AUTOSAR 如何重塑汽車領(lǐng)域》的研究報(bào)告。

上海2014年11月13日電 /美通社/ -- 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商 Mentor Graphics 近日發(fā)布一份題為《AUTOSAR 如何重塑汽車領(lǐng)域》的研究報(bào)告。

作者簡介

Andrew Patterson 是 Mentor Graphics 嵌入式軟件事業(yè)部業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān),汽車市場是他的專長。加入 Mentor Graphics 之前,Andrew 在設(shè)計(jì)自動(dòng)化市場馳騁超過25年的時(shí)間,精通各種技術(shù)、汽車仿真模型開發(fā)、虛擬原型設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化。目前,他在 Mentor Graphics 主要負(fù)責(zé)嵌入式軟件戰(zhàn)略,包括運(yùn)行于多種主機(jī)硅平臺(tái)上的 Linux、AUTOSAR 和其他操作系統(tǒng)。Andrew 擁有英國劍橋大學(xué) (Cambridge University) 的工程和電子科學(xué)碩士學(xué)位。

前言、背景

自2003年組建以來,AUTOSAR(汽車開放系統(tǒng)架構(gòu))聯(lián)盟一直致力于改變車載網(wǎng)絡(luò)和電子控制單元 (ECU) 的設(shè)計(jì)方式。AUTOSAR 為原始設(shè)備制造商 (OEM) 及其一級(jí)供應(yīng)商提供設(shè)計(jì)和開發(fā)位于現(xiàn)代車輛中心的 ECU 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。該標(biāo)準(zhǔn)能幫助減少設(shè)計(jì)過程中人為錯(cuò)誤的可能性,并為供應(yīng)商和制造商提供一種明確且機(jī)器可讀的數(shù)據(jù)格式來交換設(shè)計(jì)信息。本文探討了 AUTOSAR 采用的戰(zhàn)略的一些預(yù)期商業(yè)益處,并解釋了一些基本術(shù)語和設(shè)計(jì)方法。

AUTOSAR 聯(lián)盟的會(huì)員包括汽車 OEMs 以及由零部件和服務(wù)提供商組成的支持性生態(tài)系統(tǒng)。該聯(lián)盟的宗旨是針對(duì)汽車電氣/電子 (E/E) 架構(gòu)創(chuàng)造和建立全球性開放標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在車輛架構(gòu)級(jí)別提供支持,讓OEMs 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員能設(shè)計(jì)和管理車輛功能之間的復(fù)雜關(guān)系,并且還支持供應(yīng)商在制造之前詳細(xì)定義獨(dú)立 ECUs 接口的細(xì)節(jié)。

全文要點(diǎn)與大綱如下:

1, 為何改用 AUTOSAR?

一款現(xiàn)代化豪華車可能包含多達(dá)100個(gè) ECUs,包括從簡單的傳感器接口到復(fù)雜的娛樂信息及遠(yuǎn)程信息單元。將它們一次性全部改用 AUTOSAR 方法和標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)很高,但原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商做出這樣的改變會(huì)獲得廣泛的利益。預(yù)計(jì)到2020年,所有車輛都將擁有一些基于 AUTOSAR 的 ECUs,因此該標(biāo)準(zhǔn)不能被忽視。

改用 AUTOSAR 的一些原因和好處包括:

  • 能在新的汽車平臺(tái)和架構(gòu)中更好地重新使用電子控制單元
  • 能更好地使用預(yù)先驗(yàn)證和測試過的軟件組件(代表車輛功能)
  • 能減少測試和安全認(rèn)證成本
  • 能減少下游設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 -- 一套 AUTOSAR 方法可讓功能得到架構(gòu)級(jí)別的定義和驗(yàn)證
  • 通過改善網(wǎng)絡(luò)效率和功能運(yùn)用而減少整體硬件成本
  • 能減少整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析和設(shè)計(jì)審查的成本
  • 能改善原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商之間的通信,使用一種標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換格式(AUTOSAR XML 或 arxml

改用 AUTOSAR 可加速設(shè)計(jì)調(diào)整,不論在整個(gè)內(nèi)部設(shè)計(jì)周期內(nèi)是否需要對(duì) ECU 進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或改進(jìn)。改用 AUTOSAR 方法可與新的工具的工作流程等其它流程調(diào)整或采用更高的安全標(biāo)準(zhǔn)以保持與 ISO26262 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一同時(shí)進(jìn)行。不論如何實(shí)施調(diào)整,首個(gè)基于 AUTOSAR 的電子控制單元設(shè)計(jì)項(xiàng)目都要比現(xiàn)有/傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程所花費(fèi)的時(shí)間更長,這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員需要時(shí)間來熟悉新的方法。隨之而來的是成本節(jié)余和效益的提升。傳統(tǒng)的 ECU 資產(chǎn)向 AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變也是有可能的,通過采用“AUTOSAR 封裝”概念,重要的現(xiàn)有和公認(rèn)電子控制單元應(yīng)用代碼可實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。使 AUTOSAR 的封裝能夠?qū)肫渌?AUTOSAR ECUs。

2, 什么是 AUTOSAR?

從本質(zhì)而言,AUTOSAR 提供標(biāo)準(zhǔn)的 ECU 接口定義,使設(shè)計(jì)人員能夠明確每個(gè)汽車 ECU 中都需要的可重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)化軟件層和組件。該標(biāo)準(zhǔn)不受硬件的影響,這意味著應(yīng)用軟件和硬件平臺(tái)是相互獨(dú)立的。應(yīng)用軟件開發(fā)人員可在應(yīng)用軟件中明確各個(gè)汽車功能的細(xì)節(jié),而不用擔(dān)心相關(guān)軟件服務(wù)和硬件接口。過去,軟件和硬件緊密地整合在一起,因此很難實(shí)現(xiàn)便攜性和可重復(fù)使用(圖1)。

圖1:將應(yīng)用軟件與硬件分開。
圖1:將應(yīng)用軟件與硬件分開。

將設(shè)計(jì)與硬件決策分開使車輛生產(chǎn)商/OEM 能夠基于所需的車輛功能進(jìn)行自上而下的設(shè)計(jì)。存在于這一設(shè)計(jì)階段的虛擬功能總線 (VFB) 概念使得所有軟件電子控制單元都能夠?qū)崿F(xiàn)互連和得到測試。通過采用虛擬功能總線,應(yīng)用軟件組件 (SWC) 與其它應(yīng)用軟件組件也相互獨(dú)立。軟件組件向虛擬功能總線發(fā)出輸出信號(hào),虛擬功能總線再將信息傳送給目標(biāo)組件的輸入端口。AUTOSAR 為輸入和輸出端口以及交換信息格式提供定義。這種分離方法使得在定義相關(guān)硬件之前實(shí)現(xiàn)所有車輛軟件功能和接口交互驗(yàn)證成為可能。設(shè)計(jì)調(diào)整也因此變得容易得多,同時(shí)所有功能在虛擬功能總線上都被定義為軟件組件(圖2)。

圖2:在虛擬功能總線上測試軟件組件。
圖2:在虛擬功能總線上測試軟件組件。

虛擬功能總線不提供 ECUs之后在真實(shí)車輛中如何分布和互連的信息,但對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)階段來說卻是很有用的測試基準(zhǔn)??舍槍?duì)所有車輛信號(hào)進(jìn)行定時(shí)檢查和接口定義。

一旦設(shè)計(jì)人員對(duì)各項(xiàng)功能感到滿意,這些功能便會(huì)被映射或聚集到特定的硬件電子控制單元中。AUTOSAR 為軟件組件的映射和聚集過程提供支持。一個(gè)復(fù)雜的 ECU 可能包含很多軟件組件,必要時(shí)可進(jìn)行分級(jí)組織。

圖3:將軟件功能分配給真正的電子控制單元。
圖3:將軟件功能分配給真正的電子控制單元。

 3, AUTOSAR 運(yùn)行環(huán)境
每個(gè) ECU 都有它量身定制的運(yùn)行環(huán)境 (RTE),通??赏ㄟ^配套的設(shè)計(jì)工具來自動(dòng)創(chuàng)建。真正的電子控制單元之間的實(shí)際通信將作為 CAN 或 FlexRay 總線的一部分來實(shí)現(xiàn),而運(yùn)行環(huán)境通過生成工具進(jìn)行配置,以便執(zhí)行相連 AUTOSAR 組件所需的通信路徑。運(yùn)行環(huán)境可以切實(shí)執(zhí)行虛擬功能總線和架構(gòu)設(shè)計(jì)流程的通信和連接拓?fù)洹S捎?AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)支持很多不同類型的軟件組件,運(yùn)行環(huán)境必須考慮各種軟件組件存在的限制和變化。

4, 為 AUTOSAR 組件提供服務(wù) -- 基礎(chǔ)軟件層和操作系統(tǒng)
基礎(chǔ)軟件 (BSW) 是一種標(biāo)準(zhǔn)化軟件,不包含車輛應(yīng)用邏輯和電子控制單元功能,但為運(yùn)行環(huán)境提供依賴硬件和獨(dú)立于硬件的服務(wù)。所需的服務(wù)包括內(nèi)存服務(wù)(NVRAM 管理器)、網(wǎng)絡(luò)通信管理服務(wù)、診斷服務(wù)和狀態(tài)管理。當(dāng)應(yīng)用層中定義的 AUTOSAR 軟件組件要求服務(wù)時(shí),運(yùn)行環(huán)境的任務(wù)是在真正的電子控制單元上完成映射。

運(yùn)行環(huán)境不提供任何機(jī)制來從遠(yuǎn)程 ECU 獲取服務(wù),AUTOSAR 規(guī)范也不允許這樣做。所有服務(wù)要求都必須在“本地”電子控制單元上得到滿足。在真正的電子控制單元上運(yùn)行的基本操作系統(tǒng)(OS 或 OSEK)不知道 AUTOSAR “可運(yùn)行實(shí)體”的概念。操作系統(tǒng)擁有一個(gè)可調(diào)度活動(dòng)列表,這些活動(dòng)通過調(diào)度算法進(jìn)行管理。

5, 關(guān)于硬件
AUTOSAR 分層軟件架構(gòu)可以分離硬件的應(yīng)用邏輯,以便重復(fù)利用和攜帶。運(yùn)行環(huán)境和操作系統(tǒng)與微控制器抽象層 (MCAL) 相連,可以訪問主微控制器上的物理端口和設(shè)備。微控制器抽象層具體到每個(gè)微控制器,使操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件能夠訪問數(shù)字輸入/輸出、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換、FLASH 和 EEPROM 支持等設(shè)備。圖4顯示了 AUTOSAR 電子控制單元中不同硬件和軟件層之間的關(guān)系。

圖4:組件在真正的電子控制單元中如何組裝在一起。
圖4:組件在真正的電子控制單元中如何組裝在一起。

6, 支持新方法

汽車 OEM 可以通過一個(gè)自上而下的 AUTOSAR 設(shè)計(jì)方法,操作整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的完整模型。AUTOSAR 設(shè)計(jì)工具允許提取單個(gè)ECU,連接性和接口信息在 AUTOSAR XML (arxml) 中有定義。這個(gè)接口定義之后將傳給一級(jí)供應(yīng)商,進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和實(shí)施。由于擁有統(tǒng)一的格式,相同的定義可以在公開投標(biāo)時(shí)同時(shí)傳給幾個(gè)一級(jí)供應(yīng)商。標(biāo)準(zhǔn)化描述的好處在于在ECU描述中可以避免任何設(shè)計(jì)不定性,并且隨著 AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,存在誤解的可能性越來越小。由于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與硬件無關(guān),因此能夠很好地利用新行業(yè)趨勢的好處,如車內(nèi)以太網(wǎng)、混合技術(shù)車輛網(wǎng)絡(luò)(CAN/Flexray)、異構(gòu)多核平臺(tái)以及車載網(wǎng)關(guān)布置。

7, 想要試試看?

包括 Mentor Graphics 在內(nèi)的一些商業(yè)機(jī)構(gòu)為 AUTOSAR 設(shè)計(jì)提供評(píng)估套件。這些套件包括架構(gòu)設(shè)計(jì)到單個(gè) ECU 配置。Mentor Graphics 還擁有其 VSX 工具套件以及支持 CAN、FlexRay、LIN 和以太網(wǎng)的  ECU 硬件開發(fā)板。這些工具以Eclipse為基礎(chǔ),利用開源工具鏈進(jìn)行從源代碼到運(yùn)行實(shí)施的一系列設(shè)計(jì)。相對(duì)于大規(guī)模地將車內(nèi) ECU 一次性改到 AUTOSAR 方法來說,低風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查和 AUTOSAR 試驗(yàn)更可取。

研究報(bào)告總結(jié)

AUTOSAR 為車載網(wǎng)絡(luò)和 ECU 設(shè)計(jì)提供預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)方法,找到了進(jìn)入每個(gè)汽車 OEM 和一級(jí)機(jī)構(gòu)的方式。AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)提供了改善工藝和重新利用組件的機(jī)會(huì),但是也存在學(xué)習(xí)一個(gè)新的 ECU 設(shè)計(jì)流程和工具的挑戰(zhàn)。AUTOSAR 的早期采用者一直將這些知識(shí)傳給主流設(shè)計(jì)和資源,可用于量產(chǎn)的工具如今已廣泛推出。AUTOSAR 的采用還將幫助機(jī)構(gòu)達(dá)到功能安全標(biāo)準(zhǔn) ISO26262的要求,因?yàn)樗С忠粋€(gè)可重復(fù)、定義明確、且自上而下的設(shè)計(jì)流程。

關(guān)于Mentor Graphics

Mentor Graphics公司是電子硬件和軟件設(shè)計(jì)解決方案(EDA)的全球領(lǐng)導(dǎo)者,為世界上較成功的通信、半導(dǎo)體,計(jì)算機(jī),消費(fèi)電子,汽車電子和國防軍工公司提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、咨詢服務(wù)和支持, 可加快客戶電子及機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)速度,提高產(chǎn)品質(zhì)量,增加成本效益。工程師可借助公司不斷推出的新產(chǎn)品及解決方案,應(yīng)對(duì)日趨復(fù)雜的電路板及芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。Mentor Graphics 公司擁有業(yè)內(nèi)最為豐富的頂級(jí)產(chǎn)品線,提供完整的 SOC/IC/FPGA/PCB/SI 設(shè)計(jì)工具和服務(wù),并且是唯一一家擁有嵌入式軟件解決方案的 EDA 公司。公司成立于1981年,目前有超過70家分公司分布世界各地。

公司總部地址:8005 S.W. Boeckman Road, Wilsonville, Oregon 97070-7777。
上市公司(納斯達(dá)克代碼:MENT)
成立于1981年,總部位于俄勒岡州威爾遜維爾市
全球設(shè)有70多個(gè)分公司或辦事處
已在中國上海、北京、深圳設(shè)立分支機(jī)構(gòu)
公司網(wǎng)址 -- www.mentor.com ,  www.mentorg.com.cn

欲了解有關(guān) Mentor Graphics 汽車解決方案的更多信息,請(qǐng)?jiān)L問 http://automotive.cn.mentor.com 或發(fā)送電郵至 auto_china@mentor.com 。

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