新軟件架構(gòu)平臺(tái)Adaptive Autosar
智能化、網(wǎng)聯(lián)化和電動(dòng)化是汽車未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),而正是這樣的變化,將會(huì)給汽車E/E架構(gòu)和軟件架構(gòu)帶來(lái)巨大的革新,在以前哪怕現(xiàn)在,汽車仍主要作為一個(gè)代步工具以滿足我們的出行需求,而與我們的信息娛樂(lè)生活所分離,在未來(lái)汽車將與我們的日常生活息息相關(guān)。
新四化對(duì)汽車軟件架構(gòu)的革新
1、汽車智能化的實(shí)現(xiàn)需要大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理以用于計(jì)算機(jī)視覺或基于多傳感器輸入的模型推導(dǎo),應(yīng)用程序通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的并行處理及時(shí)給出解決方案,高性能計(jì)算首先需要新硬件架構(gòu)的支持,例如異構(gòu)多核處理器、GPU加速等;其次也需要依賴新的軟件架構(gòu)以支持跨平臺(tái)的計(jì)算處理能力、高性能微控制器的計(jì)算以及分布式和遠(yuǎn)程診斷等。
2、Car-2-X應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)需要車輛與車外系統(tǒng)的互動(dòng),而這會(huì)涉及動(dòng)態(tài)通訊及大量數(shù)據(jù)的有效分配,例如對(duì)于交通路況的及時(shí)獲取還需要第三方合作伙伴的參與,因此新軟件架構(gòu)還需支持云交互以及非Autosar系統(tǒng)的集成。
3、車輛在云端的互連需要專用安全手段的支持,以確保云交互和車載系統(tǒng)的通訊安全。
4、新四化的趨勢(shì)將需要汽車軟件系統(tǒng)的更強(qiáng)互動(dòng),汽車軟件既要安全又可更新以反映新的功能特性或法規(guī)要求,這就需要新架構(gòu)支持軟件組件的動(dòng)態(tài)部署以及非Autosar架構(gòu)與非車載系統(tǒng)之間的交互。
新四化對(duì)E/E架構(gòu)的革新
當(dāng)前汽車E/E架構(gòu)一直遵循著“一個(gè)功能一個(gè)盒子”的分布式架構(gòu)模式,在這樣的汽車電子電氣架構(gòu)形式下,每增加一個(gè)功能,就需要增加相應(yīng)的控制器和通訊信號(hào),進(jìn)一步增加系統(tǒng)的復(fù)雜性,如下兩點(diǎn)因素將重塑未來(lái)E/E架構(gòu)。
1、異構(gòu)軟件平臺(tái)的系統(tǒng)集成
今天的汽車E/E架構(gòu)雖可分別劃歸到信息娛樂(lè)、底盤和動(dòng)力總成等不同域中,但信息娛樂(lè)系統(tǒng)通常使用Linux或商業(yè)化的通用操作系統(tǒng),Autosar經(jīng)典平臺(tái)則是實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的嵌入式ECU標(biāo)準(zhǔn),隨著未來(lái)新技術(shù)及深度嵌入式系統(tǒng)對(duì)計(jì)算能力不斷增長(zhǎng)的需求,急需第三種控制控制器-域控制器用于集成特定領(lǐng)域的功能特性(如車輛運(yùn)動(dòng)域、車身域等),形成域集中或跨域集中式電子電氣架構(gòu)。
2、由基于信號(hào)向面向服務(wù)(SOA)的通訊方式轉(zhuǎn)變
傳統(tǒng)汽車通訊仍是基于信號(hào)的通訊方式,即信息發(fā)送者不Care誰(shuí)接收而只負(fù)責(zé)將信號(hào)發(fā)送出去,接收者也不Care是誰(shuí)發(fā)送的而只負(fù)責(zé)接收自己的想要的即可,這種方式非常適用于有限大小控制數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景。而諸如自動(dòng)駕駛等先進(jìn)應(yīng)用場(chǎng)景加入后,大量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交互必須采用面向服務(wù)的通訊方式以提高通訊效率降低負(fù)載,在該種方式下,接收者作為客戶端,只需要查找、訂閱服務(wù)等待接收信息即可,而發(fā)送者作為服務(wù)提供者只需要給訂閱者提供服務(wù)和信息即可;谛盘(hào)和面向服務(wù)的兩種通訊方式的結(jié)合對(duì)未來(lái)的E/E架構(gòu)提出例如嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
在未來(lái),隨著汽車電子及軟件功能的大幅增長(zhǎng),最終可能向基于中央計(jì)算機(jī)的車輛集中式電子電氣架構(gòu),甚至車-云協(xié)同控制發(fā)展。
在這樣的趨勢(shì)下,需要一高度靈活、高性能且支持HPC、動(dòng)態(tài)通訊等特性的新軟件架構(gòu)平臺(tái)——Adaptive Autosar。
Classic Autosar與Adaptive Autosar的比較
當(dāng)前汽車控制器,如ECU與其他功能或信息娛樂(lè)性控制器有明顯的不同,基于Autosar經(jīng)典平臺(tái)開發(fā)的汽車控制器,具有如下特點(diǎn):
1、硬實(shí)時(shí),可在us時(shí)間內(nèi)完成事件的實(shí)時(shí)處理,硬實(shí)時(shí)任務(wù)必須滿足最后期限的限制,以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
2、高功能安全等級(jí),其可達(dá)到ASIL-D的安全等級(jí)。
3、對(duì)CPU、RAM或Flash等資源具有較低的占用率。
4、軟件功能通常是固化不可動(dòng)態(tài)變更的。
而信息娛樂(lè)性控制器,則正好與上相反,其一般會(huì)占用較大的硬件資源,且一般不具有實(shí)時(shí)性,因其一般運(yùn)行在嵌入式PC上,如LINUX,而不是汽車級(jí)操作系統(tǒng)上,所以其即使出現(xiàn)故障也不會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。而Apdative Autosar則是連接這兩者的橋梁,其具有如下特點(diǎn):
1、軟實(shí)時(shí),具有毫秒級(jí)內(nèi)的最后期限,且偶爾錯(cuò)過(guò)最后期限也不會(huì)造成災(zāi)難性后果。
2、具有一定的功能安全要求,可達(dá)到ASIL-B或更高。
3、與經(jīng)典平臺(tái)不同的是,它更適用于多核動(dòng)態(tài)操作系統(tǒng)的高資源環(huán)境,如QNX。
Adaptive Autosar與Classic Autosar相比,雖實(shí)時(shí)性要求有所降低,但在保證一定功能安全等級(jí)的基礎(chǔ)上,大大提高了對(duì)高性能處理能力的支持,以支持智能互聯(lián)應(yīng)用功能的開發(fā),因此C++將成為Adaptive Autosar平臺(tái)的主要開發(fā)語(yǔ)言。
Adaptive Autosar架構(gòu)
Adaptive Autosar架構(gòu)如下:主要包括硬件/虛擬機(jī)層、基礎(chǔ)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。
Adaptive Application是多進(jìn)程且可處于不同的執(zhí)行狀態(tài),Manifest是arxml類型的文件,其主要包含平臺(tái)相關(guān)的信息,例如恢復(fù)操作以及與服務(wù)或庫(kù)相關(guān)的依賴關(guān)系(說(shuō)實(shí)話到這我都感覺基本是ROS的架構(gòu)了),Adaptive Autosar基礎(chǔ)模塊在布置和更新應(yīng)用時(shí)會(huì)讀取該文件,Instance 配置文件主要包含靜態(tài)的信息,如版本信息等。
1、ara::em---通訊管理接口
其可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之間的函數(shù)調(diào)用和事件發(fā)送。
服務(wù)請(qǐng)求:雙向數(shù)據(jù)流,即發(fā)送請(qǐng)求者會(huì)收到服務(wù)端的反饋,可支持多對(duì)1的服務(wù)請(qǐng)求,即單個(gè)服務(wù)可被不同客戶端調(diào)用,客戶端可串行或并行進(jìn)行反饋,具體流程如下:
事件發(fā)送:由客戶端發(fā)起,單向數(shù)據(jù)流。即數(shù)據(jù)只可從服務(wù)端向客戶端流動(dòng),支持單個(gè)服務(wù)向多個(gè)客戶端的事件發(fā)送,流程如下:
2、ara::em---執(zhí)行管理
控制器啟動(dòng)階段:主要進(jìn)行OS的啟動(dòng),檢查安裝的應(yīng)用,如掃描應(yīng)用的manifest文件,并負(fù)責(zé)應(yīng)用的啟動(dòng)(fork(),exec())。
控制器運(yùn)行階段:使應(yīng)用運(yùn)行在狀態(tài)機(jī)所期望的狀態(tài),并監(jiān)測(cè)狀態(tài)機(jī)狀態(tài)的改變和進(jìn)程的終止。
3、ara::diag---診斷管理
4、ara::per---存儲(chǔ)管理
其主要對(duì)非易失性存儲(chǔ)器進(jìn)行操作,實(shí)現(xiàn)流存儲(chǔ)及對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
Adaptive Autosar的出現(xiàn)并不是為了取代Classic Autosar平臺(tái),而是針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)兩者的共存和協(xié)作,Classic Autosar平臺(tái)支持高安全性和高實(shí)時(shí)性的應(yīng)用場(chǎng)景,因此對(duì)于深度嵌入式的軟件功能需部署運(yùn)行在經(jīng)典平臺(tái)上;而Adaptive Autosar則支持大數(shù)據(jù)的并行處理,所以對(duì)于高性能運(yùn)算的功能則需要運(yùn)行在Adaptive平臺(tái)上。
備注:上圖有沒有看到ROS的熟悉身影
總結(jié)
隨著無(wú)人駕駛技術(shù)的如火如荼,車聯(lián)網(wǎng)及萬(wàn)物互連、云技術(shù)的日益發(fā)展,Adaptive Autosar的出現(xiàn)不僅可滿足現(xiàn)有需求,還可滿足未來(lái)汽車技術(shù)的革新變化,由于其支持各種自適應(yīng)的部署、復(fù)雜的微控制器以及各種非Auosar系統(tǒng)的互動(dòng),未來(lái)汽車將擁有不同類型的架構(gòu)并互相進(jìn)行補(bǔ)充。
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