2.3 AUTOSAR软件组件_AUTOSAR规范与车用控制器软件开发-QQ阅读现言女生网

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2.3　AUTOSAR软件组件

软件组件（SWC）不仅仅是应用层的核心，也是一些抽象层、复杂驱动层等实现的载体。由于软件组件包含的概念较多，这里单独介绍AUTOSAR软件组件相关概念，这是后期进行应用层、抽象层等开发的基础。

AUTOSAR软件组件大体上可分为原子软件组件（Atomic SWC）和部件（Composition SWC）。其中，部件可以包含若干原子软件组件或部件。原子软件组件则可根据不同用途分为以下几种类型：

①应用软件组件（Application SWC）；

②传感器/执行器软件组件（Sensor/Actuator SWC）；

③标定参数软件组件（Parameter SWC）；

④ECU抽象软件组件（ECU Abstraction SWC）；

⑤复杂设备驱动软件组件（Complex Device Driver SWC）；

⑥服务软件组件（Service SWC）。

应用软件组件（Application SWC）主要用于实现应用层控制算法。

传感器/执行器软件组件（Sensor/Actuator SWC）用于处理具体传感器/执行器的信号，可以直接与ECU抽象层交互。

标定参数软件组件（Parameter SWC）主要提供标定参数值。

ECU抽象软件组件（ECU Abstraction SWC）提供访问ECU具体I/O的能力。该软件组件一般提供引用C/S接口的供型端口，即Server端，由其他软件组件（如传感器/执行器软件组件）的需型端口（Client端）调用。此外，ECU抽象软件组件也可以直接和一些基础软件进行交互。

复杂设备驱动软件组件（Complex Device Driver SWC）推广了ECU抽象软件组件，它可以定义端口与其他软件组件通信，还可以与ECU硬件直接交互。所以，该类软件组件灵活性最强，但由于其和应用对象强相关，从而导致其可移植性较差。

服务软件组件（Service SWC）主要用于基础软件层，可通过标准接口或标准AUTOSAR接口与其他类型的软件组件进行交互。

需要指出的是，上述这些软件组件有的仅仅是概念上的区分，从具体实现及代码生成角度而言都是相通的。下面将详细介绍AUTOSAR软件组件的几个重要概念：数据类型、端口、端口接口以及内部行为。

2.3.1　软件组件的数据类型

AUTOSAR规范中定义了如下三种数据类型（Data Type）：

①应用数据类型（Application Data Type，ADT）；

②实现数据类型（Implementation Data Type，IDT）；

③基础数据类型（Base Type）。

应用数据类型（Application Data Type，ADT）是在软件组件设计阶段抽象出来的数据类型，用于表征实际物理世界的量，是提供给应用层使用的，仅仅是一种功能的定义，并不生成实际代码。

实现数据类型（Implementation Data Type，IDT）是代码级别的数据类型，是对应用数据类型的具体实现；它需要引用基础数据类型（Base Type），并且还可以配置一些计算方法（Compute Method）与限制条件（Data Constaint）。

在AUTOSAR中，对于Application Data Type没有强制要求使用，用户可以直接使用Implementation Data Type。若使用了Application Data Type，则必须进行数据类型映射（Data Type Mapping），即将Application Data Type与Implementation Data Type进行映射，从而来对每个Application Data Type进行具体实现。

2.3.2　软件组件的端口与端口接口

软件组件的端口根据输入/输出方向可分为需型端口（Require Port，RPort）与供型端口（Provide Port，PPort），在AUTOSAR 4.1.1标准中又提出了供需端口（Provide and Require Port，PRPort）。

①需型端口：用于从其他软件组件获得所需数据或者所请求的操作。

②供型端口：用于对外提供某种数据或者某类操作。

③供需端口：兼有需型端口与供型端口的特性。

需型端口可以和供型端口连接。如图2.7所示，软件组件SWC1有一个需型端口（R）和一个供型端口（P），其中需型端口与SWC2的供型端口相连，它们之间的交互关系通过连线箭头表示，由SWC2的供型端口指向SWC1的需型端口。SWC3具有一个供需端口，它可被认为自我相连。

图2.7　AUTOSAR软件组件端口

由于端口仅仅定义了方向，所以AUTOSAR中用端口接口（Port Interface）来表征端口的属性，端口接口主要有如下几种类型：

①发送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）；

②客户端-服务器接口（Client-Server Interface，C/S）；

③模式转换接口（Mode Switch Interface）；

④非易失性数据接口（Non-volatile Data Interface）；

⑤参数接口（Parameter Interface）；

⑥触发接口（Trigger Interface）。

其中，最常用的端口接口是发送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）与客户端-服务器接口（Client-Server Interface，C/S）。如图2.8所示，软件组件SWC1具有两个端口，其中一个引用的端口接口类型为发送者-接收者（S/R）接口，另一个引用的端口接口类型为客户端-服务器（C/S）接口。从中也可以看出，对于引用发送者-接收者接口的一组端口而言，需型端口为接收者（Receiver），供型端口为发送者（Sender）。对于引用客户端-服务器接口的一组端口而言，需型端口为客户端（Client），供型端口为服务器（Server）。

图2.8　AUTOSAR软件组件端口接口

下面详细讨论发送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）与客户端-服务器接口（Client-Server Interface，C/S）的特性。

（1）发送者-接收者接口

发送者-接收者接口用于数据的传递关系，发送者发送数据到一个或多个接收者。该类型接口中定义了一系列的数据元素（Data Element，DE），这些数据元素之间是相互独立的。如图2.9所示，该发送者-接收者接口SR_Interface中定义了两个数据元素，名字分别为DE_1与DE_2，并且需要为每个数据元素赋予相应的数据类型。

图2.9　发送者-接收者接口定义

需要指出的是，一个软件组件的多个需型端口、供型端口、供需端口可以引用同一个发送者-接收者接口，并且它们可以使用该接口中所定义的任意一个或者多个数据元素，而并不一定使用所有数据元素。

（2）客户端-服务器接口

客户端-服务器接口用于操作（Operation，OP），即函数调用关系，服务器是操作的提供者，多个客户端可以调用同一个操作，但同一个客户端不能调用多个操作。客户端-服务器接口定义了一系列操作（Operation），即函数，它（们）由引用该接口的供型端口所在的软件组件来实现，并提供给引用该接口的需型端口所在的软件组件调用。如图2.10所示，该客户端-服务器接口CS_Interface中定义了两个操作OP_1与OP_2，对于每一个操作需要定义相关参数及其方向，即函数的形参。

图2.10　客户端-服务器接口定义

需要注意的是，每个端口只能引用一种接口类型，并且引用相同端口接口类型的端口才可以进行交互。

2.3.3　软件组件的内部行为

软件组件的内部行为（Internal Behaviour，IB）如图2.11所示，其主要包括：

图2.11　软件组件的内部行为

①运行实体（Runnable Entity，RE）；

②运行实体的RTE事件（RTE Event）；

③运行实体与所属软件组件的端口访问（Port Access）；

④运行实体间变量（Inter Runnable Variable，IRV）。

（1）运行实体

运行实体（Runnable Entity，RE）是一段可执行的代码，其封装了一些算法。一个软件组件可以包含一个或者多个运行实体。

（2）运行实体的RTE事件

每个运行实体都会被赋予一个RTE事件（Trigger Event），即RTE事件（RTE Event），这个事件可以引发这个运行实体的执行。对于RTE事件可以细分为很多种类，这将在后续章节介绍软件组件的内部行为设计时结合工具进行介绍。较常用的RTE事件有以下几种：

①周期性（Periodic）事件，即Timing Event；

②数据接收事件（Data-received Event）；

③客户端调用服务器事件（Server-call Event）。

如图2.12所示，其中Runnable_1、Runnable_2和Runnable_3分别采用了Timing Event、Data-received Event以及Server-call Event。

图2.12　运行实体的RTE事件示意

（3）运行实体与所属软件组件的端口访问

运行实体与所属软件组件的端口访问（Port Access）是和端口所引用的端口接口类型密切相关的。

对于S/R通信模式，可分为显示（Explicit）和隐式（Implicit）两种模式。若运行实体采用显示模式的S/R通信方式，数据读写是即时的；当多个运行实体需要读取相同的数据时，若能在运行实体运行之前先把数据读到缓存中，在运行实体运行结束后再把数据写出去，则可以改善运行效率，这就是隐式模式。显示模式与隐式模式的对比如图2.13所示，可见后者的实现方式中，会在运行实体被调用之前读数据，在运行结束后写数据。