AUTOSAR與汽車控制器軟件開發（簡體書）

本書在介紹汽車電控模塊開發規範AUTOSAR通用知識的基礎上，通過重卡自動駕駛整車控制器項目，講述了基於AUTOSAR和英飛凌TC275微控制器平臺進行車載ECU 基礎軟件設計和集成的全過程。AUTOSAR分層架構的每個部分均從通用方法講起，再通過具體的模塊進行詳細過程描述，步驟清晰，配圖豐富，旨在讓讀者能夠切實將書中的方法應用在實際項目中。書的最後簡要介紹了AUTOSAR工具鏈對道路車輛功能安全和信息安全的支持，為開發符合ISO 26262、GB/T 34590、ISO 21434、WP.29 R155/R156等標準的車載控制器軟件提供參考。本書適合於具有一定車載嵌入式軟件開發經驗和C語言基礎的讀者，可作為高等院校本科生、研究生學習嵌入式軟件開發的參考書，也可供汽車電子行業軟件工程師學習和參考。

（1）通過一個具體的工程實例，深入淺出地講解AUTOSAR工具鏈方式設計車載ECU軟件的思路方法。（2）作者為車企技術研發人員，工作經驗豐富，圖書內容實用。（3）適合汽車電子行業的新人以及從手寫代碼切換至工具鏈開發的車載嵌入式軟件工程師閱讀使用。

AUTOSAR（Automotive Open System Architecture）是由全球各大汽車整車廠、汽車零部件供應商、汽車電子軟件系統公司聯合建立的一套標準協議，該架構旨在改善汽車電子系統軟件的更新與交換，同時更方便有效地管理日趨複雜的汽車電子軟件系統。
近年來，越來越多的公司採用AUTOSAR 工具鏈進行車載ECU 軟件開發，這對採用傳統手寫代碼方式設計程序的工程師而言是個不小的挑戰，主要體現在以下三個方面。
① AUTOSAR 規範涉及很多全新的概念，像RTE、SWC、BswM 這些縮寫，對於一些手寫代碼多年的老工程師是陌生的。
② C 語言編程和使用工具鏈配置方式進行軟件設計，在思路上存在不小的差異，車載軟件工程師在開發方式切換的過程中可能會有諸多不適應。
③ 雖然AUTOSAR 規範也是用C 語言實現的且源程序可見，但由於模塊繁多且每個模塊所含的代碼量過於龐大，短期內很難再用“把每行代碼搞清楚”的方式保證程序質量，而且在程序執行異常時由於開發人員對代碼不熟悉，即使是有著多年C 語言編程經驗的老工程師，也可能會有“問題查找無從下手”的感覺。
因此，在使用AUTOSAR 方式設計車載ECU 軟件的初期，很多項目團隊都採用“基礎軟件外協開發”的模式。即委托第三方軟件公司搭建一個AUTOSAR工程並給出各主要模塊的設計示例，再在此基礎上去做自己的項目。這樣的開發模式有助於快速適應全新的設計方法，縮短項目周期，但也會帶來“過於依賴項目組外部資源，一旦出現錯誤難以解決”等痛點。
針對以上問題，本書通過一個具體的工程實例，深入淺出地講解使用AUTOSAR工具鏈方式設計車載ECU 軟件的思路和方法，以期為剛剛進入汽車電子行業的新人和從手寫代碼切換至工具鏈開發的車載嵌入式軟件工程師提供一些幫助。
本書共8章。第1章介紹AUTOSAR 的基礎知識。第2章介紹L3 級重卡牽引車線控車輛整車控制器的工程實例及其嵌入式軟件的AUTOSAR 解決方案。第3～7章是本書的核心部分，詳細介紹AUTOSAR 工程應用的具體實施過程，目標是讓讀者對使用工具鏈方式開發車載ECU 軟件的整個流程有一個清晰的認識，從而學會AUTOSAR 工具鏈的基本使用方法。其中，第3章從無到有地在ISOLAR-AB 中創建一個全新的AUTOSAR 工程，讓讀者對此類工程的集成步驟有一個比較清晰的認識；第4章主要講解軟件架構設計，即SWC設計的方法，同時引出ECU 軟件開發中常見的軟件組件；第5章闡述本書示例所涉及的模式管理、通信、存儲等BSW 模塊的設計方法；第6章則詳細介紹本書示例所用到的MCAL 各模塊的基本概念、配置及接口代碼的實現，基本覆蓋了常用的MCAL 模塊；第7章在對抽象層和外圍芯片實現做簡要說明的基礎上，著重描述基礎軟件和應用軟件的集成步驟。第8章主要介紹AUTOSAR對功能安全、信息安全的支持，作為本書內容的拓展外延。
本書第1章由北汽福田工程研究總院新技術研究院趙鵬編寫，第2～ 7章由北汽福田汽車股份有限公司李漠塵編寫，第8章由北汽福田汽車股份有限公司張云云編寫，書中示例為重卡牽引車線控車輛的工程實例。全書由北汽福田工程研究總院新技術研究院王永興、郭鳳剛負責審閱，在此表示衷心感謝！
本書在編寫過程中得到了ETAS 公司技術和銷售經理的大力支持和悉心指導，以及福田汽車電控實驗室基礎軟件組全體同仁的鼎力相助，在此一並致謝！
本書適合有一定車載嵌入式軟件開發知識和項目經驗的讀者閱讀，可作為高等院校本科生、研究生學習以AUTOSAR 工具鏈方式開發車載嵌入式軟件的參考書，也可作為汽車電子行業基礎軟件開發工程師學習和實操的參考資料。
本書中的實操步驟經過了福田汽車電控實驗室基礎軟件組同事的反復檢驗，且書中項目已經結題並在多輛實車上得到驗證。但由於作者水平有限，書中難免出現疏漏之處，真誠希望讀者批評指正。

著者
2024年2月

1 AUTOSAR 基礎知識 001
1.1 AUTOSAR 簡介 001
1.1.1 AUTOSAR優勢 001
1.1.2 AUTOSAR核心思想 002
1.1.3 AUTOSAR應用現狀 002
1.2 AUTOSAR 分層架構 003
1.2.1 應用軟件層 004
1.2.2 運行時環境 004
1.2.3 基礎軟件層 004
1.3 AUTOSAR 軟件組件 005
1.3.1 軟件組件的數據類型 006
1.3.2 軟件組件的端口 006
1.3.3 軟件組件的端口接口 006
1.3.4 軟件組件的內部行為 007
1.4 AUTOSAR 方法論 008
1.4.1 設計階段 008
1.4.2 開發步驟 009
1.5 AUTOSAR 開發策略 009

2 本書工程實例及AUTOSAR 解決方案 011
2.1 工程實例介紹 011
2.1.1 重卡自動駕駛車輛線控底盤簡介 011
2.1.2 車輛線控改造問題 011
2.1.3 重卡自動駕駛車輛網絡架構 012
2.1.4 整車控制器功能 013
2.2 AUTOSAR 解決方案 014
2.3 AUTOSAR 工具鏈說明 014

3 AUTOSAR 工程創建和模塊集成步驟 015
3.1 AUTOSAR 工程創建 015
3.1.1 文件夾創建 015
3.1.2 工程創建 016
3.1.3 基本接口創建 016
3.2 系統配置 020
3.2.1 部件創建 020
3.2.2 系統創建 020
3.2.3 部件引用和抽取配置 020
3.3 通信配置 023
3.3.1 DBC文件復制 023
3.3.2 DBC導入 023
3.3.3 通信模塊後續處理 025
3.3.4 抽取 026
3.3.5 生成RTA-BSW 026
3.3.6 arxml文件合並 028
3.4 模式管理配置 028
3.4.1 EcuM 配置 028
3.4.2 BswM 配置 029
3.5 操作系統配置 031
3.5.1 OS創建 031
3.5.2 OS配置 031
3.5.3 RTA-OS配置 035
3.5.4 RTA-OS生成 042
3.5.5 集成文件復制 044
3.6 RTE 創建及配置 045
3.6.1 RTE創建 045
3.6.2 RTE配置 046
3.7 定點數字域配置 048
3.7.1 Bfx創建 048
3.7.2 Bfx配置 049
3.8 Ecuc 數據集配置 050
3.8.1 Ecuc Value Collection創建 050
3.8.2 Ecuc Value Collection配置 050
3.9 AUTOSAR 平臺類型配置 053
3.9.1 AR Package創建 053
3.9.2 數據類型添加 054
3.10 缺省故障追蹤器配置 055
3.10.1 Det創建 055
3.10.2 Det配置 055
3.11 標準類型配置 057

4 AUTOSAR 軟件架構設計 058
4.1 軟件組件設計步驟 058
4.1.1 創建軟件組件 058
4.1.2 端口接口設計 061
4.1.3 軟件組件內部行為設計 061
4.1.4 軟件組件加入部件 062
4.1.5 軟件組件加入ECU 063
4.2 軟件組件集成方法 064
4.2.1 運行實體添加 064
4.2.2 系統信號映射 064
4.2.3 內部信號映射 065
4.2.4 代碼生成 065
4.3 軟件組件設計案例 070
4.3.1 軟件組件匯總 070
4.3.2 信號采集軟件組件 071
4.3.3 驅動控制軟件組件 073
4.3.4 基本功能軟件組件 075
4.3.5 應用軟件組件 079
4.3.6 其他軟件組件 079

5 AUTOSAR BSW 設計 082
5.1 BSW 設計通用步驟 082
5.1.1 BSW 相關模塊梳理 082
5.1.2 BSW 模塊配置 083
5.1.3 基礎模塊配置 084
5.1.4 微控制器抽象層配置 085
5.1.5 軟件集成 085
5.2 EcuM 模塊設計 087
5.2.1 EcuM 模塊創建和整體配置 087
5.2.2 EcuM 通用配置 089
5.2.3 EcuM 靈活狀態機配置 093
5.3 BswM 模塊設計 094
5.3.1 BswM 模塊創建和通用配置 094
5.3.2 模式配置 097
5.3.3 行為配置 099
5.3.4 行為列表配置 103
5.3.5 請求端口配置 106
5.3.6 模式條件配置 108
5.3.7 邏輯表達式配置 112
5.3.8 規則配置 114
5.3.9 數據類型映射集配置 117
5.4 NvM 模塊設計 117
5.4.1 存儲模塊概述 117
5.4.2 FEE配置 118
5.4.3 MemIf配置 124
5.4.4 NvM 配置 125
5.4.5 CRC配置 134
5.4.6 存儲相關模塊配置 137
5.4.7 存儲模塊代碼生成 139
5.4.8 存儲軟件組件設計 139
5.4.9 存儲功能集成 141
5.4.10 存儲代碼編寫 143
5.5 其他模塊設計 145

6 AUTOSAR MCAL 設計 146
6.1 MCAL 設計通用步驟 146
6.1.1 MCAL相關模塊梳理 146
6.1.2 Port模塊配置 147
6.1.3 MCU模塊配置 148
6.1.4 UART模塊配置 149
6.1.5 中斷配置 152
6.1.6 初始化函數調用 154
6.1.7 靜態代碼復制 155
6.1.8 調試代碼編寫 155
6.2 MCU 模塊設計 156
6.2.1 通用箱配置 157
6.2.2 MCU模塊配置 158
6.2.3 MCU復位原因配置 164
6.3 GPT 模塊設計 165
6.3.1 通用定時器模塊配置 165
6.3.2 中斷配置 167
6.3.3 通用定時器配置 168
6.4 Port 模塊設計 170
6.5 ADC 模塊設計 172
6.5.1 通用箱配置 172
6.5.2 ADC集配置 174
6.6 SPI 模塊設計 181
6.6.1 端口配置 182
6.6.2 中斷配置 182
6.6.3 DMA配置 182
6.6.4 SPI配置 182
6.6.5 SPI應用 189
6.7 CAN 模塊設計 190
6.7.1 端口配置 191
6.7.2 中斷配置 191
6.7.3 CAN配置 191
6.8 Fls 模塊設計 197
6.8.1 Fls配置 197
6.8.2 Fls應用 201

7 AUTOSAR 其他部分設計與集成 202
7.1 抽象層設計 202
7.2 芯片驅動設計 203
7.2.1 初始化函數調用 203
7.2.2 核心函數調用 204
7.2.3 頭文件路徑配置 204
7.3 基礎軟件與應用軟件集成 204
7.3.1 文件復制與工程刷新 204
7.3.2 抽取和運行時環境生成 206
7.3.3 工程編譯 206
7.3.4 生成標定文件 206
7.4 其他模塊設計 207

8 AUTOSAR 與汽車電子相關技術 208
8.1 AUTOSAR 與功能安全 208
8.1.1 ISO 26262要求和 AUTOSAR支持 208
8.1.2 AUTOSAR安全機制 213
8.1.3 車載ECU基礎軟件功能安全實現 214
8.2 AUTOSAR 與信息安全 215
8.2.1 汽車基礎軟件信息安全要求 215
8.2.2 AUTOSAR信息安全模塊 216
8.2.3 車載ECU軟件信息安全實現 217

參考文獻 218