虚拟功能总线（Virtual Functional Bus）

📄 文档 ID：056 🏷 类型：EXP（说明文档） 📅 版本：AUTOSAR CP 4.4.0 📑 页数：104 📌 状态：Final 🔗 原 PDF：AUTOSAR_EXP_VFB.pdf

目录

1 介绍（Introduction）

1.1 内容（Contents）

本文档描述 AUTOSAR 的虚拟功能总线（Virtual Functional Bus，VFB）。VFB 是 AUTOSAR 架构的核心抽象，定义了 SW-C 之间通信的虚拟平台，与具体的 ECU 和硬件无关。

1.2 前置阅读（Prereads）

阅读本文档前应先了解：

1.3 与其他 AUTOSAR 规范的关系（Relationship to other AUTOSAR specifications）

VFB 文档与以下文档紧密相关：

1.4 文档结构与约定（Structure and conventions of this document）

1.4.1 文档结构

本文档先介绍 VFB 概念，再详述各种通信模式、模式管理、硬件交互等。

1.4.2 规范项（Specification Items）

规范项以 [<前缀>_VFB_NNNN] 标识。

2 虚拟功能总线（The Virtual Functional Bus）

虚拟功能总线（Virtual Functional Bus，VFB）是 AUTOSAR 抽象出的"虚拟总线"，位于所有 SW-C 之间。VFB 抽象了 SW-C 间通信的底层细节：

RTE（Runtime Environment）是 VFB 的具体实现。在单个 ECU 内，RTE 桥接 SW-C 与 BSW；在多 ECU 系统中，RTE 还通过通信协议桥接不同 ECU 上的 SW-C。

3 总体机制与概念（Overall mechanisms and concepts）

3.1 组件（Components）

AUTOSAR 中的组件（SwComponentType）是 VFB 的基本单元：

3.2 端口接口（Port-Interfaces）

端口接口（PortInterface）定义了组件间通信的契约：

3.3 端口（Ports）

3.3.1 端口类型（Port Types）

AUTOSAR 定义以下端口类型：

3.3.2 端口兼容性（Port Compatibility）

两个端口要连接，必须满足：

3.3.3 数据类型策略（Data Type Policies）

数据类型兼容性策略包括：

3.4 连接器（Connectors）

连接器（SwConnector）连接两个端口：

3.4.1 未连接的端口（Unconnected Ports）

未连接的端口是允许的，表示组件该功能未被使用。

3.5 组合 vs 原子组件（Compositions versus atomic components）

组合由多个子组件组成，可视为一个"逻辑单元"。组合可以嵌套。组合的内部通信对外部不可见。

3.6 VFB 与 ECU 软件架构的关系（Relationship between the VFB and the ECU Software Architecture）

VFB 是抽象的，ECU 软件架构是具体的：

3.7 软件组件的种类（Kinds of software components）

AUTOSAR 定义以下组件类型：

3.8 组件与"可运行实体"的资源（Resources for components and "runnables"）

3.8.1 背景（Background）

每个组件包含一个内部行为（Internal Behavior），定义了组件的可运行实体（Runnable Entity）。

3.8.2 "可运行实体"概念（The "runnable" concept）

可运行实体（Runnable）是组件中可被 RTE 调用的可执行函数。每个可运行实体具有：

3.8.3 组件实现与 RTE 的角色（The implementation of a component and the role of the RTE）

组件的实现者只需实现其可运行实体。RTE 负责：

3.9 接口转换块（Interface Conversion Blocks）

3.9.1 支持的转换与映射（Supported Conversions and Mappings）

RTE 支持的转换类型：

3.10 变体处理（Variant Handling）

3.10.1 绑定时间（Binding Times）

绑定时间定义了连接何时被建立：

3.10.2 选择变体（Choosing a Variant）

变体选择可在不同阶段进行：

3.10.3 可变性（Variability）

通过条件（Condition）机制处理变体：

variationPoint {
   if (Condition_A) {
      PortA connects to PortB;
   } else {
      PortA connects to PortC;
   }
}

4 VFB 上的通信（Communication on the VFB）

4.1 介绍（Introduction）

VFB 支持两种主要的通信模式：

4.2 错误类型（Error types）

VFB 通信可能产生的错误：

4.3 发送者-接收者通信（Sender-Receiver communication）

4.3.1 从发送者视角（From the point of view of the sender）

发送者通过 Rte_Write_<Port>_<Data>() 写入数据：

Std_ReturnType status = Rte_Write_EngineSpeed_I_EngineSpeed(3000);
if (status != RTE_E_OK) {
    // 处理错误
}

发送操作通常是非阻塞的。

4.3.2 从接收者视角（From the point of view of the receiver）

接收者通过 Rte_Read_<Port>_<Data>() 读取数据：

uint8 buffer[4];
Std_ReturnType status = Rte_Read_EngineSpeed_I_EngineSpeed(buffer);
if (status == RTE_E_OK) {
    uint16 speed = (buffer[0] << 8) | buffer[1];
}

4.3.3 发送者-接收者的多重性（Multiplicity of sender-receiver）

一个数据元素可被多个接收者消费（1:N），或多个发送者提供（N:1，或 N:M with arbitration）。

4.3.4 发送者与接收者之间的过滤（Filtering between the sender and the receiver）

RTE 支持多种过滤机制：

4.3.5 发送者-接收者连接器内的并发与排序（Concurrency and ordering within a sender-receiver connector）

多个发送者到同一数据元素时，RTE 决定：

4.4 客户端-服务器通信（Client-Server communication）

4.4.1 从客户端视角（From the point of view of the client）

客户端通过 Rte_Call_<Port>_<Operation>() 调用操作：

Std_ReturnType status = Rte_Call_DiagnosticService_I_ReadDataById(0x1234, buffer);
// status 包含 E_OK 或 RTE_E_<错误>

4.4.2 从服务器视角（From the point of view of the server）

服务器通过可运行实体实现操作。RTE 负责将客户端调用映射到服务器的可运行实体。

4.4.3 客户端-服务器的多重性（Multiplicity of client-server）

一个操作可被多个客户端调用（多个客户端 → 1 个服务器）。

4.4.4 客户端-服务器连接器内的排序与并发（Ordering and concurrency within a client-server connector）

多个客户端的调用可以并发执行（服务器支持），或必须串行执行（取决于服务器实现）。

4.5 关于通信伙伴识别的说明（Remarks regarding the identification of communication partners）

客户端应当通过连接点（Connection Point）标识其通信伙伴。VFB 通过 RTE 实现这种标识的透明性。

5 时间扩展（Timing Extensions）

5.1 AUTOSAR 时间扩展的主要目的（Main Purpose of Timing Extensions for AUTOSAR）

时间扩展（Timing Extensions）允许为 SW-C 的运行时行为附加时间约束：

5.2 AUTOSAR 方法论各阶段的时间（Timing in different phases of the AUTOSAR methodology）

时间约束可在不同阶段指定：

6 与硬件的交互（Interaction with hardware）

6.1 介绍（Introduction）

VFB 上的 SW-C 通过 RTE 与 BSW 交互，最终访问硬件。

6.2 微控制器抽象层（MCAL）

MCAL 提供对微控制器外设的直接访问。只有 MCAL 驱动可以直接访问硬件寄存器。

6.3 ECU 抽象

ECU 抽象层（ECU Abstraction）将 MCAL 进一步抽象为ECU 级的接口。

6.4 传感器-执行器软件组件

传感器-执行器 SW-C 通过 ECU 抽象层访问物理传感器和执行器。

6.5 复杂驱动组件

复杂驱动（CDD）可以绕过 ECU 抽象层直接访问硬件（例如处理特殊传感器）。

7 AUTOSAR 服务（AUTOSAR Services）

7.1 介绍（Introduction）

AUTOSAR 服务（Services）是 BSW 提供的、可被 SW-C 通过标准接口使用的功能，例如：

7.2 VFB 表示（VFB Representation）

服务在 VFB 上表示为特殊的 SW-C 类型，SW-C 通过客户端-服务器接口访问它们。

7.3 服务列表（List of Services）

详细的服务清单见原文 7.3 节。常见服务包括 OS 任务管理、EcuM 状态控制、DCM 诊断通信、COM 信号传输等。

8 模式管理（Mode Management）

8.1 介绍（Introduction）

AUTOSAR 中的模式（Mode）表示组件、ECU 或系统的某个运行状态。

8.2 定义模式（Defining modes）

模式通过 ModeDeclarationGroup 定义：

ModeDeclarationGroup VehicleMode {
   OFF, STARTUP, RUN, SHUTDOWN
}

8.3 通信模式（Communicating modes）

组件通过 ModeSwitchInterface 接收模式变化。

8.4 模式管理器：控制模式的组件（Mode-managers: components that control modes）

模式管理器（如 BswM、EcuM）负责：

8.5 依赖模式的组件（Components that depend on modes）

依赖模式的组件应当通过 ModeSwitchInterface 接收模式通知，并根据模式调整行为。

9 端口组（Port Groups）

端口组（Port Group）允许将多个端口组合在一起进行批量操作，例如：

10 测量与标定（Measurement and Calibration）

10.1 标定（Calibration）

标定是修改 SW-C 参数以优化 ECU 行为的过程。AUTOSAR 支持两种标定方式：

10.1.1 基于端口的标定（Port-based calibration）

通过 ParameterInterface 提供参数。SW-C 通过参数端口接收标定值。

10.1.2 私有标定（Private calibration）

参数仅在组件内部可见，不通过端口暴露。

📋 校对记录

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