AUTOSAR CP從汽車電子的整體開發(fā)視角出發(fā)，解決了多個ECU開發(fā)的規(guī)范問題，但隨著行業(yè)的快速變化，跨域和域間數(shù)據(jù)傳輸量劇增、軟件復雜度提升、信息安全等新規(guī)范被引入汽車領域……以上問題已經(jīng)超出了AUTOSAR CP的處理范圍，AUTOSAR AP由此應運而生。

2023年3月14-16日，2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日上，福瑞泰克高級主管工程師猶鑫鑫指出：“AUTOSAR AP正是AUTOSAR組織針對高性能計算平臺缺乏合適中間件的問題，而推出的一種新型架構。它一方面采用面向對象的SOA架構，旨在為上層應用提供靈活的軟件開發(fā)平臺；另一方面充分借鑒了前汽車行業(yè)的經(jīng)驗和優(yōu)勢，使得汽車軟件能夠在提高質量的同時持續(xù)迭代，實現(xiàn)快速地量產(chǎn)上車?！?/p>

猶鑫鑫 | 福瑞泰克高級主管工程師

以下是演講內容整理：

本次演講主要分三部分：首先會介紹一下AUTOSAR AP的產(chǎn)生和歷史；第二部分是在域控制器部署AUTOSAR AP的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)；第三部分是AUTOSAR AP的分布式拓展，針對上述提到的挑戰(zhàn)，我們通過哪些努力對AUTOSAR AP進行分布式的拓展。

AUTOSAR AP的產(chǎn)生和歷史

AUTOSAR的產(chǎn)生與汽車電子電氣架構的演進密不可分。眾所周知，汽車電子電氣架構正在從分布式向集中式演進，未來總體趨勢是一個或多個統(tǒng)一的中央計算平臺，但目前仍在持續(xù)進化?，F(xiàn)在的趨勢是將車輛劃分為幾大域，每個域有自己的域控制器，以減少ECU數(shù)量。域控制器的出現(xiàn)對軟件提出了更高要求，并對軟件載體——軟件中間件平臺提出了以下挑戰(zhàn)：

一，以太網(wǎng)逐漸成為汽車主干網(wǎng)。隨著域控制器之間數(shù)據(jù)傳輸吞吐量越來越大，延遲要求越來越低，以太網(wǎng)的出現(xiàn)使得AUTOSAR CP傳統(tǒng)協(xié)議棧無法支撐項目開發(fā)。盡管CP協(xié)議棧也支持以太網(wǎng)，但它仍然采用面向信號的傳統(tǒng)通信架構，并不能很好地發(fā)揮以太網(wǎng)的優(yōu)勢。

二，隨SOC算力增強，我們會把更多軟件整合到一起。盡管ECU數(shù)量減少了，但軟件復雜程度在上升。我們不能像過去那樣定義好需求后開發(fā)一套軟件，并一直使用到報廢——這在現(xiàn)在已經(jīng)不可想象了?，F(xiàn)在軟件的需求包括敏捷開發(fā)、持續(xù)迭代與升級，還要具有良好可移植性和復用性，這就是面向服務的SOA架構如此火熱的原因。

三，無論軟硬件平臺多么復雜，在量產(chǎn)時必須滿足信息安全和功能安全要求，并兼容已有行業(yè)規(guī)范（如時間同步等功能）。有些非常優(yōu)秀的軟件中間件能靈活支撐自動駕駛軟件開發(fā)，但它們沒有考慮信息安全和功能安全需求，也不是專門為汽車行業(yè)制作的，因此并不適合用于量產(chǎn)。

基于當前現(xiàn)狀，AUTOSAR在2017年推出了新的AUTOSAR平臺——俗稱AUTOSAR AP。AUTOSAR AP的出現(xiàn)是為了填補高性能計算平臺上缺乏好用中間件的空白，采用面向對象的SOA架構，旨在為上層應用提供靈活的軟件開發(fā)平臺；同時利用汽車行業(yè)經(jīng)驗和優(yōu)勢，讓所有汽車軟件能持續(xù)迭代，更快更好地量產(chǎn)上車。

自2017年第一個版本AUTOSAR標準提出至今，已有6年時間。接下來讓我們談談在域控制器上部署AUTOSAR AP真實項目中的好處和困難。

域控制器部署AUTOSAR AP的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

福瑞泰克在域控制器開發(fā)方面的經(jīng)驗比較豐富，基于福瑞泰克ODIN 1.0平臺有兩款域控制器——ADC15和ADC20去年已量產(chǎn)上車，這些都是小算力域控平臺，支持福瑞泰克自研5V5R/6V5R傳感器，運行自研非標準軟件中間件，能實現(xiàn)高速+泊車行泊一體功能。

今年，福瑞泰克將要推出更高效能的ADC25，并在未來基于福瑞泰克ODIN 2.0的平臺中推出ADC30，ADC30會自研12V5R傳感器，搭配1~3個 Lidar，目標是支持L3以上的自動駕駛功能，支持高速+城區(qū)+泊車的高等級的自動駕駛，我們選擇了AUTOSAR AP作為域控中間件的基礎，所以我們對在域控制器上部署AUTOSAR AP的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)都有著非常清楚的認知，對AUTOSAR AP的能力邊界也有非常深刻的理解。

以下是我基于域控制器真實項目軟件平臺部署作出的簡化圖。由于單顆SOC算力不足以及安全冗余原因，域控制器ECU通常內置多顆SOC用于計算和性能域，多顆MCU用于安全冗余。在軟件平臺選擇上，MCU部分基本都選擇AUTOSAR CP，這已成為事實標準。在異構SOC內部，有傳統(tǒng)計算核（俗稱A核）和小核心，小核心通常運行非AUTOSAR平臺的軟件。

圖片來源：嘉賓演講材料

選擇AUTOSAR AP作為計算核心上的中間件主要有幾個優(yōu)勢。首先，它支持C++，能讓我們更快使用新算法，提高應用開發(fā)能力和速度。其次，它采用面向服務的SOA架構，SOA架構可以提高軟件可移植性。應用只關心使用和提供的服務，不關心服務提供者位置，能極大解耦硬件綁定并提高軟件復用度。再者，AUTOSAR AP利用現(xiàn)有標準（如UDS診斷、SOME/IP等），工程師無需重新學習復雜理論。此外，AUTOSAR AP在信息安全和功能安全上都有完整方法論、獨立功能組件和配置工具支持。最后，AUTOSAR AP支持軟件敏捷開發(fā)和持續(xù)迭代，并可以通過OTA能力更新軟件平臺。

以上是AUTOSAR AP部署在域控平臺上的優(yōu)勢，但在真實項目中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些不足和挑戰(zhàn)。

首先是分布式的通信管理問題，AUTOSAR AP通信管理模塊稱為CM模塊，AUTOSAR標準化了兩個通信綁定（傳輸層）：SOME/IP和DDS，均基于以太網(wǎng)傳輸。例如，在域控制器內部兩個SOC之間通過高速以太網(wǎng)互聯(lián)，此時AUTOSAR AP能完美發(fā)揮特性，讓兩個SOC之間的應用正常運行。但問題在于，并非所有ECU平臺都支持以太網(wǎng)通信。例如，TI的TDA4中有些小核心需要與計算核心通信，但這部分是不支持以太網(wǎng)的。此時大部分算法運行在計算核心上，小核心主要負責傳感器數(shù)據(jù)采集（如攝像頭和雷達等），而計算核心上的應用如果需要獲取這些傳感器數(shù)據(jù)，通常需要通過兩種方法。

一種方法是寫一個轉發(fā)APP，通過核間通信獲取傳感器數(shù)據(jù)，信息會通過AP的CM模塊轉化進入AP體系，這種方法雖然能完成要求，但存在性能問題。因為每次轉化都會增加一次數(shù)據(jù)拷貝，對數(shù)據(jù)性能影響嚴重。如果傳輸延遲敏感數(shù)據(jù)（如攝像頭數(shù)據(jù)）或通信數(shù)據(jù)量大，這種方案可能無法滿足項目需求。

第二種方法是計算域上應用不僅使用AP，還額外添加專門用于核間通信的中間件。計算核與小核心進行核間通信時使用核間通信中間件，與其他支持以太網(wǎng)的SOC通信時使用AP。這種方法可行且無性能損耗，但會影響軟件可移植性。理論上，只使用AP標準接口的軟件具有強大可移植性，可在多個項目復用，但如果引入非標準中間件，軟件將與硬件平臺綁定，原軟件不再可復用，也不符合SOA架構面向服務的特性。

我認為上述方法都不是解決問題的最佳辦法。如果AUTOSAR AP想在復雜多核異構SOC上部署，就必須要支持非以太網(wǎng)通信。

第二個挑戰(zhàn)是分布式狀態(tài)/執(zhí)行管理。由于ECU功能眾多，域控制大部分功能不能同時運行，否則會造成嚴重算力損失。AUTOSAR AP通過狀態(tài)管理SM模塊和執(zhí)行管理EM模塊支持此需求。當SM檢測到功能組狀態(tài)切換時，會向EM發(fā)起請求，EM根據(jù)配置決定當前狀態(tài)下應運行哪些進程，哪些進程被殺死。

標準AUTOSAR AP存在兩個問題。一是在復雜多SOC平臺上部署AUTOSAR AP時，每個平臺都有自己的SM和EM，每個SM都有自己的狀態(tài)，且狀態(tài)不互通。若想讓狀態(tài)互通，需要AP用戶編寫大量SM代碼，但這部分代碼并非OEM廠家關心的內容，而是系統(tǒng)軟件的一部分。二是OEM廠家大多沒有功能組的概念，主要關心的是整車或ECU的狀態(tài)而非功能組狀態(tài)，通常情況下，ECU狀態(tài)與AP體系內的功能組狀態(tài)無關聯(lián)。

第三個挑戰(zhàn)是分布式日志管理。當多個SOC都有自己需要存儲和傳輸?shù)娜罩緯r，這一問題就開始變得嚴重了。假設一個ECU內有5個SOC，每個SOC上都有AP平臺，就可以各自將日志存儲到文件系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡傳輸給外部日志工具。這種情況下，若想訪問整個ECU的日志，就需分別訪問5個SOC，對OEM用戶不利。因為OEM用戶看到的是整個ECU，我們提供的也是整個ECU，但訪問日志時需單獨訪問5個SOC。因此，分平臺自行處理本身日志會破壞ECU的一致性。

第四個挑戰(zhàn)是分布式升級。AUTOSAR AP對升級提供了很好的支持，UCM模塊是一個軟件包管理器，通常與DM配合使用，DM支持UDS診斷。當升級整個域控制器ECU時，由于ECU內部有多個SOC，最簡單的方法是給每個SOC分配一個DM診斷地址和各自的UCM模塊，外部升級主控節(jié)點可依次向這些SOC發(fā)起診斷請求、進行升級。當所有SOC都升級完畢后，ECU也就完成了升級。

這種方案的問題在于，升級主控只關心ECU的升級，這就需要在外部寫一大段復雜的邏輯去處理ECU內部每個SOC升級的一致性，如果其中一個升級成功了，另一個升級失敗了，這種情況就需要采用外部的升級節(jié)點進行額外處理，因此，更好的解決辦法是將ECU升級的邏輯在內部處理掉，而不是放到外部去做。

AUTOSAR AP的分布式拓展

剛才談到了真實項目中部署AUTOSAR AP需要考慮的一些問題，我們下面來講一下針對上述提到的問題，怎么通過分布式拓展來解決它們。

首先，第一個要解決的是分布式的通信管理問題，得益于AUTOSAR AP CM模塊良好的拓展性，可以支持添加自定義網(wǎng)絡通信綁定。這樣我們就可以在AUTOSAR AP協(xié)議棧內部添加非以太網(wǎng)通信，從而在非AP平臺和AP平臺之間通過物理共享內存互聯(lián)互通，在AP協(xié)議棧里面增加物理內存綁定的通信方式，實現(xiàn)核間通信。小核心上發(fā)來的數(shù)據(jù)直接進入到CM體系內，將來即使傳感器數(shù)據(jù)不是由小核心提供，而是由另外一個ECU提供，對應代碼也不用更改，只需修改配置文件即可完成切換。這樣做既不降低性能，又具有良好可移植性。

第二是分布式狀態(tài)/執(zhí)行管理，拓展的核心是讓所有平臺處于統(tǒng)一的狀態(tài)管理體系下，在ECU狀態(tài)和功能組狀態(tài)之間建立映射。這個拓展可以選擇主控SOC，在上面部署ECU級別狀態(tài)管理模塊，與各SOC APP平臺或非APP平臺管理應用進行相互通信。通過ECU狀態(tài)到功能組狀態(tài)的映射完成統(tǒng)一管理，使整個ECU對外呈現(xiàn)統(tǒng)一狀態(tài)，滿足OEM客戶需求；同時沒有拋棄傳統(tǒng)AUTOSAR AP中功能組體系。

第三個拓展是分布式日志管理。想在復雜的域控制器內多SOC上管理日志，可以選擇一個主控日志管理中心節(jié)點。通過改造AP平臺上的日志后臺進程，讓它擁有網(wǎng)關模式，在收集到來自自己應用程序上的日志之后，可以將日志發(fā)送到對應的主控節(jié)點上進行統(tǒng)一存儲和管理。通過外部工具訪問這些日志時，也只需要訪問這個主控節(jié)點，不需要依次訪問每個SOC。進一步來看，小核心上的應用也可以通過核間通信方式，將日志收集到AP的日志體系中來。雖然這些小核心不運行AUTOSAR平臺，但它們的日志通過AP進行統(tǒng)一管理對于應用開發(fā)調試會很有幫助。

最后一個拓展是支持支持ECU級別的統(tǒng)一升級。這個拓展的核心要點是在整個ECU的內部構建一個小的UCM Master，讓UCM Master負責ECU內多個SOC或多個MCU的升級。當遠端升級節(jié)點通過診斷把升級請求發(fā)到主控節(jié)點后，主控節(jié)點對外部節(jié)點外來的ECU升級包做信息安全處理，把升級包解壓出來，得到每個SOC上的升級包，最后調用每個SOC中AP平臺的UCM模塊提供的服務對每個SOC進行升級。如果有升級失敗就可以向外部報告升級情況，讓整個ECU的升級狀態(tài)在內部完成。

基于以上方案的思路，福瑞泰克基于AUTOSAR AP進行了一些拓展，開發(fā)了滿足AUTOSAR AP標準，具備分布式設計部署的SOC中間件——福澤FUZE，同時有配套的工具鏈。

最后談一談我對AUTOSAR AP的未來展望。通過以上的內容，大家可以發(fā)現(xiàn)，很多時候不是AUTOSAR AP的分布式做得不好，而是基于當下算力的缺失，ECU功能的繁雜，SoC增多等挑戰(zhàn)，AUTOSAR AP才不得不作一些拓展。在集成式趨勢下，未來ECU內部的SOC數(shù)量將會大幅度減少，加上標準的不斷完善，AUTOSAR AP也可以覆蓋中間件開發(fā)的大部分需求。

在這個前提下，我認為AUTOSAR在中國會持續(xù)取得成功，福瑞泰克作為AUTOSAR組織的成員，將持續(xù)利用AUTOSAR AP為我們的客戶提供更好的產(chǎn)品和更好的服務。

（以上內容來自福瑞泰克高級主管工程師猶鑫鑫于2023年3月14日-16日在2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日發(fā)表的《基于AUTOSAR AP的多核SOC域控制器的分布式設計》主題演講。）

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