介绍（Introduction）
文档目的（Purpose of this document）
分层软件架构（Layered Software Architecture）描述了 AUTOSAR 的软件架构：
- 以自顶向下的方法描述 AUTOSAR 软件的层次结构；
- 将基础软件（BSW）模块映射到软件层；
- 展示它们之间的关系。
本文档不包含需求，仅作说明性参考。本文中给出的示例不意味着在所有方面都是完整的。
本文档侧重于概念性分层软件架构的静态视图，不规定具有详细静态和动态接口描述的结构化软件架构设计——这些信息包含在各基础软件模块自身的规范中。
输入（Inputs）
本文档基于 AUTOSAR 的规范和需求文档。
应用范围与可扩展性（Scope and Extensibility）
AUTOSAR 的应用范围（Application scope of AUTOSAR）
AUTOSAR 专为汽车 ECU 设计。此类 ECU 具有以下特性：
- 与硬件（传感器和执行器）的强交互；
- 连接车载网络（如 CAN、LIN、FlexRay 或以太网）；
- 微控制器（通常 16 或 32 位），计算能力和内存资源有限（与企业级解决方案相比）；
- 实时系统；
- 从内部或外部闪存执行程序。
注意：在 AUTOSAR 概念中，ECU 意味着一个微控制器加上其外设和相应的软件/配置。机械设计不在 AUTOSAR 范围内。这意味着，如果一个外壳中布置了多个微控制器，则每个微控制器都需要自己的 AUTOSAR-ECU 实例描述。
AUTOSAR 的可扩展性（AUTOSAR extensibility）
AUTOSAR 软件架构是一种通用方法：
- 标准模块可以在功能上扩展，同时仍保持合规；其配置仍必须在自动基础软件配置过程中予以考虑；
- 非标准模块可以作为复杂驱动（CDD）集成到基于 AUTOSAR 的系统中；
- 不能添加额外的层。
1 架构（Architecture）
1.1 软件层概览（Overview of Software Layers）
顶层视图（Top view）
AUTOSAR 架构在最高抽象级别上区分三个软件层：
- 应用层（Application Layer）；
- 运行时环境（Runtime Environment，RTE）；
- 基础软件（Basic Software，BSW）。
这三层运行在微控制器之上。
图：AUTOSAR 顶层架构
┌─────────────────────────────────┐
│ Application Layer │ ← 应用 SW-C
├─────────────────────────────────┤
│ Runtime Environment (RTE) │ ← SW-C 间通信
├─────────────────────────────────┤
│ Basic Software (BSW) │ ← 标准化服务
└─────────────────────────────────┘
▼
Microcontroller
粗略视图（Coarse view）
AUTOSAR 基础软件进一步分为多个层：
- 服务层（Services Layer）；
- ECU 抽象层（ECU Abstraction Layer）；
- 微控制器抽象层（Microcontroller Abstraction Layer，MCAL）；
- 复杂驱动（Complex Drivers）。
图：AUTOSAR 完整分层架构
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Application Layer │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Runtime Environment (RTE) │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Services Layer │ ← OS、EcuM、Dem、WdgM 等
├─────────────────────────────────────────┤
│ ECU Abstraction Layer │ ← CanIf、LinIf、MemIf 等
├─────────────────────────────────────────┤
│ Microcontroller Abstraction Layer (MCAL)│ ← Can、Lin、Spi、Adc 等
├─────────────────────────────────────────┤
│ Complex Drivers │ ← CDD（直接硬件访问）
└─────────────────────────────────────────┘
▼
Microcontroller
1.2 软件层内容（Content of Software Layers）
应用层（Application Layer）
应用层包含 AUTOSAR 软件组件（SW-C），实现应用逻辑。SW-C 通过端口（Ports）与 RTE 通信。
SW-C 类型：
- 原子 SW-C（Atomic SW-C）：不可再分；
- 组合（Composition）：由多个原子 SW-C 组成；
- 参数 SW-C（Parameter SW-C）：包含标定参数；
- 传感器-执行器 SW-C：与物理传感器/执行器交互。
RTE 层
RTE 是 AUTOSAR 的运行时环境，是 VFB 的具体实现：
- 为 SW-C 间通信提供基础设施；
- 管理 SW-C 与 BSW 之间的接口；
- 实现 ECU 内的 SW-C 实例化。
RTE 由配置工具生成，对 SW-C 透明。
服务层（Services Layer）
服务层为应用层和基础软件的其他层提供后台服务。包括：
- 操作系统（OS）：任务调度、事件、资源管理；
- ECU 状态管理器（EcuM）：ECU 启动、睡眠、关闭；
- 看门狗管理器（WdgM）：监督实体监控；
- 默认错误追踪器（Det）：开发错误捕获；
- 诊断事件管理器（DEM）：生产错误管理；
- 诊断通信管理器（DCM）：UDS 服务；
- 通信服务（COM）：信号路由；
- BSW 模式管理器（BswM）：模式管理；
- 网络管理接口（Nm）：网络状态；
- 通信管理器（ComM）：通信模式；
- 密钥管理（KeyM）：加密密钥（4.4 引入）；
- 等等。
ECU 抽象层（ECU Abstraction Layer）
ECU 抽象层将 MCAL 的接口抽象为ECU 级的接口：
- CAN 接口（CanIf）；
- LIN 接口（LinIf）；
- FlexRay 接口（FrIf）；
- 以太网接口（EthIf）；
- 内存接口（MemIf）；
- 看门狗接口（WdgIf）；
- 等等。
MCAL 层
MCAL 是直接访问微控制器外设的层：
- CAN 驱动（Can）、LIN 驱动（Lin）、FlexRay 驱动（Fr）、以太网驱动（Eth）；
- SPI 驱动（Spi）、ADC 驱动（Adc）、PWM 驱动（Pwm）；
- MCU 驱动（Mcu）、PORT 驱动（Port）、DIO 驱动（Dio）；
- GPT 驱动（Gpt）、ICU 驱动（Icu）、OCU 驱动（Ocu）；
- Flash 驱动（Fls）、EEPROM 驱动（Eep）；
- 等等。
复杂驱动（Complex Drivers）
复杂驱动（CDD）可以绕过 ECU 抽象层和 MCAL 直接访问硬件：
- 用于处理特殊硬件（如 ASIC）；
- 满足严格的时序要求；
- 封装遗留代码。
CDD 是非标准化的 AUTOSAR 模块，由集成商自行实现。
1.3 多核系统中的软件层内容（Content of Software Layers in Multi-Core Systems）
在多核系统中：
- 基础软件可以分布在多个核上；
- 每个 SW-C 实例运行在特定的核上；
- 核间通信通过RTE和IOC（Inter-OS-Application Communication）实现。
AUTOSAR 支持以下多核分布模式：
- 每个 BSW 模块完整地在一个核上运行；
- BSW 模块按服务拆分到不同核（如通信栈在一核，I/O 在另一核）；
- 主/卫星模式（Master/Satellite）：一个模块的实体分布在多个核上。
1.4 混合关键系统中的软件层内容（Content of Software Layers in Mixed-Critical Systems）
在混合 ASIL/QM 系统中：
- 不同 ASIL 等级的 SW-C 部署到不同分区；
- OS 提供内存保护和时间保护；
- 分区间通过 IOC 或受信任函数通信。
ASIL 等级说明：
- QM（Quality Management）：非安全关键；
- ASIL A/B/C/D：从低到高的安全完整性等级。
1.5 模块概览（Overview of Modules）
AUTOSAR 包含约 90+ 个标准化的 BSW 模块。完整模块清单见 AUTOSAR_TR_BSWModuleList.pdf。
主要模块分组：
| 层 | 代表模块 |
|---|---|
| 服务层 | OS、EcuM、WdgM、BswM、Dem、Det、Dcm、Com、ComM、Nm、KeyM（4.4）等 |
| 通信服务 | CanTp、FrTp、FrArTp、LinTp、J1939Tp、CanNm、UdpNm、SoAd、Sd、DoIP、SecOC、E2EXf 等 |
| 通信硬件抽象 | CanIf、LinIf、FrIf、EthIf 等 |
| 通信驱动 | Can、Lin、Fr、Eth、Spi（部分）等 |
| 内存硬件抽象 | MemIf、Fee、Ea 等 |
| 内存驱动 | Fls、Eep、FlsTst、RamTst 等 |
| I/O 硬件抽象 | IoHwAb、Dio、Adc、Pwm、Icu、Ocu 等 |
| 微控制器驱动 | Mcu、Gpt、Port、Spi、Watchdog（驱动）等 |
| 加密 | Csm、CryIf、Crypto、KeyM 等 |
| 车载以太网 | TcpIp、Eth、EthSwt、EthTrcv、SoAd 等 |
| 复杂驱动 | CDD（用户实现） |
1.6 接口（Interfaces）
1.6.1 通用（General）
AUTOSAR 中存在多种接口类型：
- 标准化接口（Standardized Interface）：AUTOSAR 标准化的接口；
- AUTOSAR 接口（AUTOSAR Interface）：SW-C 间的接口；
- 标准化 AUTOSAR 接口（Standardized AUTOSAR Interface）：由 AUTOSAR 规范定义并被 SW-C 使用的接口；
- BSW 模块接口：BSW 模块间的接口。
1.6.2 层间交互（示例）（Interaction of Layers (Examples)）
示例 1：SW-C 发送 CAN 帧
应用 SW-C
↓ Rte_Send() / Rte_Write()
RTE
↓ CanIf_Transmit()
CAN 接口（CanIf）
↓ Can_Write()
CAN 驱动（Can）
↓ 硬件寄存器访问
微控制器 CAN 控制器
示例 2：SW-C 读取传感器值
应用 SW-C
↓ Rte_Read()
RTE
↓ Adc_ReadGroup()
ADC 驱动（Adc）
↓ 硬件寄存器访问
微控制器 ADC
2 配置（Configuration）
AUTOSAR 通过配置（Configuration）来描述 ECU 软件的具体实例化：
配置类（Configuration Class）：
- Pre-Compile：编译时确定；
- Link-Time：链接时确定；
- Post-Build：构建后可修改（标定）。
配置工具：
- ECU 配置编辑器（ECU Configuration Editor）：编辑 ECU 配置；
- BSW 配置器：生成 BSW 模块配置；
- RTE 生成器：生成 RTE 代码；
- 编译器：编译源代码；
- 链接器：链接对象文件。
详细配置规则见各模块的 SWS 规范。
3 集成与运行时方面（Integration and Runtime Aspects）
本节描述 AUTOSAR 软件的集成过程与运行时行为。
集成步骤：
- 系统设计：定义 ECU 拓扑与通信；
- ECU 配置：配置 BSW 模块与 RTE；
- 代码生成：生成 RTE、BSW 配置代码；
- 编译与链接：生成可执行文件；
- 集成验证：测试 ECU 行为。
运行时关键方面：
- 启动（Startup）：由 EcuM 协调；
- 正常运行（Normal Operation）：SW-C 通过 RTE 通信；
- 睡眠/唤醒（Sleep/Wakeup）：由 EcuM 和 NM 管理；
- 关闭（Shutdown）：由 EcuM 协调；
- 错误处理（Error Handling）：由 Det/Dem 记录；
- 模式切换（Mode Switch）：由 BswM 协调。
详细集成与运行时流程见各 SWS 规范及方法论文档（如 AUTOSAR_TR_AIMeasurementCalibrationDiagnostics）。