01. AUTOSAR の概要
自動車は現代人が「千マイルと一日の旅」を実現するための移動手段であり、コンピュータは人々を複雑で反復的な頭脳労働から解放する生産技術であり、その両者の融合により社会は精力的に発展してきました。自動車エレクトロニクス産業。
21 世紀初頭、車載電子アプリケーションの需要の増大とハードウェア リソースの継続的な強化により、ソフトウェア システムはますます複雑になってきました。自動車エレクトロニクスの主なタスクは新しい機能を実装することであるはずですが、既存のソリューションをさまざまな環境に移植することにますます多くのリソースが費やされています。同時に、相互接続されるコンポーネントの数の増加により、自動車エレクトロニクスの複雑さが飛躍的に増大し、従来の開発方法での処理が困難になっています。各メーカーの利点を最大限に発揮し、複雑なECU制御システムの開発を分業で協力して完了するために、ソフトウェアの標準化に注目する自動車メーカーや部品メーカーが増えています。
自動車エレクトロニクス分野におけるソフトウェア機能の急速な増加に対処し、業界内の標準化されたソフトウェア機能を通じて構造の複雑さを大幅に軽減するために、AUTOSAR Association は 2003 年の夏に正式に設立され、翌年から主要な活動を開始しました。 。AUTOSAR は、半導体業界、ツール、ソフトウェア メーカー、さらには自動車メーカー自体を対象としており、ソフトウェア システムと車両エレクトロニクスの効率的な管理プラットフォームを提供するだけでなく、両者間のアップデートや交流も促進します。
AUTOSAR は、Automotive Open System Architecture の略称であり、分散型の機能駆動型自動車電子ソフトウェア開発手法と、さまざまな用途に適用される電子制御ユニットをサポートする一連のソフトウェア アーキテクチャ標準化ソリューションを定義します。自動車とプラットフォームを強化し、ソフトウェアの再利用を改善し、開発コストを削減します。AUTOSAR は、自動車エレクトロニクスの分野における標準の作成を提唱しています。これは、さまざまなメーカーがオープン プラットフォーム上で標準に準拠したさまざまな実装を提供できるように、機能とインターフェイスの標準、および方法とプロセスの標準です。言い換えれば、同じ基準の下では、それをうまく達成した人が競争に勝つことができます。
具体的には、AUTOSAR の目的は次のとおりです。
- 自動車の機能的な使いやすさと安全性のニーズに対応します。
- 車載電子システムである程度の冗長性を維持します。
- さまざまな車やプラットフォームに簡単に移植できます。
- 標準の基本システム機能を自動車サプライヤー向けの標準ソフトウェア モジュールとして実装します。
- ネットワーク上でソフトウェアの機能を共有します。
- 複数の開発者が提供するソフトウェア モジュールを統合します。
- 製品ライフサイクル全体にわたるソフトウェアのメンテナンス。
- ハードウェア プラットフォームの処理能力を最大限に活用します。
- 自動車電子ソフトウェアのアップデートとアップグレードを実行します。
02. AUTOSAR アーキテクチャ分析
AUTOSAR アーキテクチャは、ECU ソフトウェア開発の複雑さを軽減するために AUTOSAR Association によって提案された一連の実証済みのソフトウェア アーキテクチャであり、車載組み込みアプリケーションの機能管理の基本アーキテクチャであり、再利用可能なアプリケーション開発の基礎です。
基本的なシステム機能と機能インターフェイスを標準化し、機能の継承と変更を容易にし、ソフトウェアの更新とアップグレード機能を効果的に向上させるために、AUTOSAR は、ミドルウェア RTE (Runtime Environment) を使用して、車載電子ソフトウェア アーキテクチャの全体的なフレームワークの階層化設計を実行します。 ) 境界として、上位のアプリケーション層(Application Layer)と下位の基本ソフトウェア(Basic Software)を分離します。
2.1 アプリケーションソフトウェア層
アプリケーション ソフトウェア層には、アプリケーション ソフトウェア コンポーネント、センサー、アクチュエータ ソフトウェア コンポーネントなど、いくつかのソフトウェア コンポーネント (ソフトウェア コンポーネント、SWC) が含まれています。ソフトウェア コンポーネントはポートを介して対話し、基礎となるソフトウェア機能に応じて異なる抽象化レイヤーに合理的に分割されるため、各抽象化レイヤーは異なる機能モジュールを持ちます。各ソフトウェア コンポーネントには、関連する制御アルゴリズムをカプセル化し、RTE イベントによってトリガーできる 1 つ以上の実行可能エンティティ (Runnable Entity、RE) を含めることができます。
方法論的に言えば、アプリケーション層ソフトウェア アーキテクチャの基本フレームワークは次のとおりです。
入力→制御対象設定→アクチュエータ制御→出力→RTE
アプリケーション層の機能は、さまざまなソフトウェア コンポーネント (SWC) によって実装され、コンポーネントは、ヘッドライト、エアコン、エアコンの動作の制御など、特定の機能と対応する記述の実装を含む、自動車電子機能の一部またはすべてをカプセル化します。他のコンポーネントはありますが、車とは関係がありません。ハードウェア システムは接続されていません。
2.2 実行環境
ランタイム環境 (RTE) は、アプリケーション層のソフトウェア コンポーネントに通信サービスを提供し、ECU 間の通信を抽象化し、単一の ECU 内または複数の ECU 間の情報交換のための通信センターであり、アプリケーション ソフトウェア層および基本ソフトウェア層として機能します。インタラクティブ ブリッジは、ソフトウェアとハードウェアを分離する可能性を提供します。
RTE は、ソフトウェア コンポーネント間、基本ソフトウェア間、およびソフトウェア コンポーネントと基本ソフトウェア間の通信を実現でき、基本ソフトウェア層の通信とサービスをカプセル化し、標準化された基本ソフトウェアとアプリケーション層ソフトウェア コンポーネントの通信インターフェイスを提供します。 RTE インターフェイス機能は、基本的なソフトウェア サービスを呼び出して、I/O、ストレージ、およびその他の基本的なサービスへのアクセスを実現し、AUTOSAR ソフトウェア コンポーネントを特定の ECU から独立させます。開発者は、基盤となるハードウェアの実装の詳細を保護し、アプリケーション ソフトウェアを開発できます。 AUTOSAR 規格を満たす ECU にアプリケーション ソフトウェアを適用します。
2.3 基本ソフトウェア層
基本ソフトウェア層 (BSW) は、AUTOSAR ソフトウェア コンポーネントに必要なサービスを提供する標準化されたソフトウェア層で、主にハードウェア ドライバー、ネットワーク通信、リアルタイム タスク スケジューリングなどの基盤となるサービスを提供します。BSW 自体は、サービス層、ECU 抽象化層、マイクロコントローラー抽象化層 (MCAL)、および 3 つのレベルにわたる複合ドライバーの 4 つの層に分割できます。詳細については、次の図を参照してください。
サービス層:ネットワーク管理、メモリ管理、バス通信管理サービス、オペレーティング システムなど、アプリケーション層にさまざまなバックグラウンド サービスを提供します。
ECU 抽象化層 (ECUAL): ECU 関連のハードウェアに基づいて、ECU の周辺機器デバイス ドライバーを提供します。そのため、アプリケーション層は周辺機器の位置を気にする必要はなく、主に周辺機器のレイアウトと属性を気にします。 ECU ハードウェア、およびマイクロコントロール デバイスはそれとは何の関係もありません。ECU抽象化層は、マイクロコントローラ層と周辺デバイスドライバをカプセル化し、マイクロコントローラの内部および外部デバイスへのアクセスを統合し、CANメッセージコンテンツやゲートウェイメッセージの分析など、ソフトウェアアプリケーション層とハードウェアシステムの分離を実現します。転送、メモリの読み取りおよび書き込みプロセスの制御など。
マイクロコントローラー抽象化層 (MCAL):メモリ インターフェイス、I/O ドライバー インターフェイス、および通信インターフェイスを定義し、その実装はマイクロコントローラーと密接に関連しており、ハードウェアに直接関連するドライバー ソフトウェアです。
複雑なデバイス ドライバー (CDD):マイクロコントローラーに直接アクセスして、燃料噴射制御、クランクシャフト信号の取得、タイミング要件のあるその他の特定の操作など、いくつかの複雑なセンサーおよびコントローラーの操作を実装できます。CDD を使用すると、ユーザーは特別なデバイス ドライバー ソフトウェアを自分で作成できるようになります。複雑なドライバーには厳密なタイミングが必要となるため、アプリケーション層は RTE を通じてハードウェアに直接アクセスします。複雑なドライバー層は非常に重要です。第一に、AUTOSAR がサポートしていない、または標準化されていないハードウェア ドライバーを実装するために使用できます。第二に、既存のアプリケーションが AUTOSAR に移行するためのインターフェイスとして機能します。
詳細を次の図に示します。
03.概要
AUTOSAR コンセプトの導入により、自動車電子システム開発モデルを ECU 主導から機能主導およびアーキテクチャ統合に変革するための技術的および方法論的な基盤が築かれました。AUTOSAR のさらなる改良と普及により、基盤となるソフトウェアの分離、モジュール化、再利用性などの機能が実現できるだけでなく、複雑なドライバーを通じて特殊なニーズを実現し、ある程度の柔軟性を維持し、一連のコードの適用複数のプロジェクトにより、研究開発プロセスがスピードアップされ、研究開発コストが削減されます。