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AUTOSAR Function Inhibition Manager 详解

基于AUTOSAR 4.4.0规范的功能抑制管理器架构与实现分析

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目录

1. 概述
2. 模块架构分析
3. 配置模型详解
4. 操作序列分析
5. 状态机机制
6. 总结

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1. 概述

Function Inhibition Manager (FiM) 是AUTOSAR Classic Platform中的重要服务模块，负责提供软件组件和基础软件模块的功能控制机制。FiM通过与诊断事件管理器(Dem)的协作，基于诊断事件状态来控制功能的执行权限，实现故障情况下的功能抑制和系统保护。

1.1 FiM的作用

• 功能权限管理：为软件组件提供功能执行权限查询服务
• 诊断事件响应：基于诊断事件状态动态调整功能权限
• 故障安全机制：在检测到故障时及时抑制相关功能，防止系统进一步损坏
• 配置化控制：通过配置定义功能与诊断事件的关联关系

1.2 核心概念

• FID (Function Identifier)：功能标识符，用于唯一标识一个可控制的功能
• 抑制条件：定义何时需要抑制功能执行的条件，通常基于诊断事件状态
• 权限状态：功能当前是否被允许执行的状态(TRUE/FALSE)
• 抑制掩码：定义诊断事件的哪些状态会触发功能抑制

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2. 模块架构分析

2.1 架构组件解释

应用层组件

SW-Components (软件组件)：

• 功能：应用层软件组件，包含业务逻辑功能
• 职责：
  • 在执行关键功能前查询FiM获取执行权限
  • 根据权限状态决定是否执行功能
  • 可选择性地设置功能的可用性状态
• 与FiM的交互：
  • 调用FiM_GetFunctionPermission()查询功能权限
  • 调用FiM_SetFunctionAvailable()设置功能可用性

BSW Modules (基础软件模块)：

• 功能：系统级基础软件模块
• 职责：
  • 与SW-C类似，需要查询功能执行权限
  • 实现系统级功能的抑制控制
• 接口：使用与SW-C相同的FiM接口

服务层核心组件

Function Inhibition Manager (FiM)：

• 功能：功能抑制管理器核心模块
• 主要子组件：
  • 权限状态计算：基于诊断事件状态和抑制配置计算功能权限
  • 抑制配置管理：管理FID与诊断事件的映射关系
  • FID权限查询：处理来自SW-C和BSW的权限查询请求

诊断层组件

Diagnostic Event Manager (Dem)：

• 功能：诊断事件管理器
• 职责：
  • 监控系统中的诊断事件状态
  • 向FiM通知监控状态变化
  • 提供诊断事件和组件的状态查询接口
• 与FiM的交互：
  • 调用FiM_DemTriggerOnMonitorStatus()通知状态变化
  • 提供Dem_GetMonitorStatus()接口供FiM查询状态

系统管理层组件

ECU State Manager (EcuM)：

• 功能：ECU状态管理器
• 职责：负责FiM模块的初始化和生命周期管理
• 初始化序列：调用FiM_Init()和FiM_DemInit()

Runtime Environment (RTE)：

• 功能：运行时环境
• 职责：
  • 为FiM提供调度服务
  • 管理FiM与其他模块间的接口通信
  • 处理端口定义的参数值映射

2.2 接口关系

FiM API接口：

• FiM_GetFunctionPermission(FID, Permission*): 查询功能权限
• FiM_SetFunctionAvailable(FID, Availability): 设置功能可用性

Dem API接口：

• FiM_DemTriggerOnMonitorStatus(EventId): 监控状态变化通知
• FiM_DemTriggerOnComponentStatus(ComponentId, Status): 组件状态变化通知

初始化接口：

• FiM_Init(ConfigPtr): FiM模块初始化
• FiM_DemInit(): FiM与Dem协作初始化

2.3 数据流向

1. 向下数据流：SW-C/BSW → FiM → Dem

   • 权限查询请求传递到FiM
   • FiM向Dem查询诊断事件状态

2. 向上数据流：Dem → FiM → SW-C/BSW

   • Dem通知FiM状态变化
   • FiM计算并返回权限状态给调用者

3. 横向数据流：EcuM ↔ RTE ↔ FiM

   • 系统管理和调度协调

2.4 架构特点

• 分层设计：清晰的分层架构，职责分离
• 接口标准化：使用AUTOSAR标准接口，确保互操作性
• 配置驱动：通过配置定义行为，提高灵活性
• 实时响应：支持同步权限查询，满足实时性要求

2.5 代码示例

/* AUTOSAR FiM架构相关的接口定义 *//* SW-C查询功能权限示例 */
Std_ReturnType Application_CheckPermissionAndExecute(void)
{boolean permission;Std_ReturnType result;/* 查询功能权限 */result = FiM_GetFunctionPermission(FID_CRITICAL_FUNCTION, &permission);if (result == E_OK) {if (permission == TRUE) {/* 权限允许，执行功能 */return ExecuteCriticalFunction();} else {/* 权限被拒绝，跳过功能执行 */return E_NOT_OK;}} else {/* FiM未初始化或其他错误 */return E_NOT_OK;}
}/* FiM内部权限计算示例 */
static boolean FiM_Internal_CalculatePermission(uint16 FID)
{uint16 inhibitionCounter = 0;uint16 eventIndex;Dem_MonitorStatusType monitorStatus;Std_ReturnType demResult;/* 遍历与此FID关联的所有事件 */for (eventIndex = 0; eventIndex < FiM_Config[FID].NumEvents; eventIndex++) {/* 获取事件的监控状态 */demResult = Dem_GetMonitorStatus(FiM_Config[FID].EventList[eventIndex].EventId,&monitorStatus);if (demResult == E_OK) {/* 应用抑制掩码检查 */if ((monitorStatus & FiM_Config[FID].EventList[eventIndex].InhibitionMask) != 0) {inhibitionCounter++;}}}/* 如果有任何抑制条件激活，则拒绝权限 */return (inhibitionCounter == 0) ? TRUE : FALSE;
}/* Dem通知FiM状态变化示例 */
void FiM_DemTriggerOnMonitorStatus(Dem_EventIdType EventId)
{uint16 fidIndex;/* 开发错误检测 */if (FiM_InitStatus != FIM_INITIALIZED) {Det_ReportError(FIM_MODULE_ID, 0, FIM_DEMTRIGGERONMONITORSTATUS_ID, FIM_E_UNINIT);return;}/* 查找受此事件影响的所有FID */for (fidIndex = 0; fidIndex < FIM_MAX_FIDS; fidIndex++) {if (FiM_Internal_IsEventAssociatedWithFID(EventId, fidIndex)) {/* 重新计算此FID的权限状态 */FiM_PermissionStatus[fidIndex] = FiM_Internal_CalculatePermission(fidIndex);}}
}

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3. 配置模型详解

3.1 配置容器层次结构

FiM主容器

FiM模块容器：

• 功能：FiM模块的根配置容器
• 关键属性：
  • 模块名称：固定为"FiM"
  • 支持变体：VARIANT-POST-BUILD（后构建变体）和VARIANT-PRE-COMPILE（预编译变体）
  • 后构建变体支持：允许在ECU集成时修改配置
• 包含子容器：FiMGeneral和FiMConfigSet

FiMGeneral通用配置

FiMGeneral容器：

• 功能：定义FiM模块的通用行为参数
• 关键配置参数：
  • FiMAvailabilitySupport：
    • 描述：是否支持功能可用性控制
    • 类型：Boolean
    • 影响：启用时支持FiM_SetFunctionAvailable()API
  • FiMVersionInfoApi：
    • 描述：是否提供版本信息API
    • 类型：Boolean
    • 影响：启用时提供FiM_GetVersionInfo()API
  • FiMDevErrorDetect：
    • 描述：是否启用开发错误检测
    • 类型：Boolean
    • 影响：启用时进行参数检查和错误报告
  • FiMMainFunctionPeriod：
    • 描述：主函数调用周期(秒)
    • 类型：Float [0.0…∞]
    • 用途：定义FiM_MainFunction()的调用间隔
  • FiMEventUpdateTriggeredByDem：
    • 描述：事件更新是否由Dem触发
    • 类型：Boolean
    • TRUE：Dem主动通知状态变化
    • FALSE：FiM周期性轮询状态

FiMConfigSet配置集

FiMConfigSet容器：

• 功能：包含具体的FiM配置数据
• 特点：支持多配置集，允许不同的配置变体
• 包含元素：FiMFID、FiMInhibitionConfiguration、FiMSummaryEvent

3.2 核心配置类解释

FiMFID功能标识符

FiMFID类：

• 功能：定义系统中的功能标识符
• 关键属性：
  • FiMFunctionId：
    • 描述：功能的唯一数字标识符
    • 类型：Integer
    • 取值范围：1-65535 (0表示无功能)
    • 约束：在同一FiM实例中必须唯一
  • 功能标识符名称：
    • 描述：功能的可读名称
    • 类型：String
    • 用途：配置工具中的显示和文档
  • 功能描述：
    • 描述：功能的详细说明
    • 类型：String
    • 用途：帮助理解功能用途

FiMInhibitionConfiguration抑制配置

FiMInhibitionConfiguration类：

• 功能：定义FID与诊断事件的关联关系
• 关键属性：
  • FiMInhibitionMask：
    • 描述：抑制掩码，定义触发抑制的事件状态
    • 类型：FiMInhibitionMaskType
    • 可能值：TestFailed、Tested、NotTested的组合
  • 配置标识符：
    • 描述：抑制配置的唯一标识
    • 类型：Integer
    • 用途：内部管理和引用
• 引用关系：
  • 引用FiMFID：指定被控制的功能
  • 引用DemEvent：指定监控的诊断事件
  • 引用DemComponent：指定监控的诊断组件
  • 引用FiMSummaryEvent：指定监控的汇总事件

FiMSummaryEvent汇总事件

FiMSummaryEvent类：

• 功能：将多个诊断事件组合成一个逻辑单元
• 关键属性：
  • 汇总事件名称：
    • 描述：汇总事件的名称
    • 类型：String
    • 用途：配置中的标识
  • 事件组描述：
    • 描述：说明包含的事件类型
    • 类型：String
    • 用途：文档和理解
  • 最大输入事件数：
    • 描述：此汇总事件可包含的最大事件数
    • 类型：Integer
    • 约束：配置验证时使用
• 包含关系：包含多个DemEvent作为输入事件

3.3 数据类型定义

FiM_ConfigType配置类型

FiM_ConfigType结构：

• 功能：FiM模块的配置数据结构
• 关键属性：
  • 配置数据指针：指向实际配置数据的指针
  • 初始化标志：标识配置是否有效
  • 配置版本：配置数据的版本信息
• 用途：在FiM_Init()时传递配置信息

FiM_FunctionIdType功能ID类型

FiM_FunctionIdType类型：

• 功能：定义功能标识符的数据类型
• 类型选择：
  • uint8：支持1-255个功能
  • uint16：支持1-65535个功能
• 取值范围：根据系统复杂度选择
• 约束：0值保留，表示无效功能

FiMInhibitionMaskType抑制掩码类型

FiMInhibitionMaskType结构：

• 功能：定义抑制掩码的位字段
• 关键位字段：
  • 测试失败位：事件测试失败时触发抑制
  • 测试完成位：事件测试完成时触发抑制
  • 测试未完成位：事件未测试时触发抑制
• 掩码值：位字段的组合值
• 逻辑：当事件状态与掩码匹配时，触发功能抑制

3.4 配置关系

包含关系

1. FiM → FiMGeneral：FiM模块包含一个通用配置
2. FiM → FiMConfigSet：FiM模块包含一个或多个配置集
3. FiMConfigSet → FiMFID：配置集包含多个功能标识符
4. FiMConfigSet → FiMInhibitionConfiguration：配置集包含多个抑制配置
5. FiMSummaryEvent → DemEvent：汇总事件包含多个输入事件

引用关系

1. FiMInhibitionConfiguration → FiMFID：抑制配置引用目标功能
2. FiMInhibitionConfiguration → DemEvent：抑制配置引用监控事件
3. FiMInhibitionConfiguration → DemComponent：抑制配置引用监控组件
4. FiMInhibitionConfiguration → FiMSummaryEvent：抑制配置引用汇总事件

类型使用关系

1. FiMFID → FiMFunctionIdType：功能标识符使用功能ID类型
2. FiMInhibitionConfiguration → FiMInhibitionMaskType：抑制配置使用掩码类型

3.5 配置约束

必选配置约束

• 每个FiMInhibitionConfiguration必须至少引用以下之一：
  • FiMInhEventRef（事件引用）
  • FiMInhComponentRef（组件引用）
  • FiMInhSumRef（汇总事件引用）

唯一性约束

• FiMFunctionId在同一FiM实例中必须唯一
• 配置标识符在同一配置集中必须唯一

数量约束

• 最大抑制配置数：FiMMaxFiMInhibitionConfigurations
• 每个FID最大事件数：FiMMaxEventsPerFidInhibitionConfiguration
• 每个FID最大汇总事件数：FiMMaxSumEventsPerFidInhibitionConfiguration

3.6 代码示例

/* AUTOSAR FiM配置相关的数据结构定义 *//* 功能标识符类型定义 */
typedef uint16 FiM_FunctionIdType;  /* 支持65535个功能 *//* 抑制掩码类型定义 */
typedef struct {uint8 TestFailedBit     : 1;    /* 测试失败位 */uint8 TestedBit         : 1;    /* 已测试位 */uint8 NotTestedBit      : 1;    /* 未测试位 */uint8 Reserved          : 5;    /* 保留位 */
} FiMInhibitionMaskType;/* 抑制配置结构 */
typedef struct {FiM_FunctionIdType FunctionId;              /* 目标功能ID */Dem_EventIdType EventId;                    /* 关联的诊断事件ID */FiMInhibitionMaskType InhibitionMask;       /* 抑制掩码 */
} FiMInhibitionConfigType;/* FID配置结构 */
typedef struct {FiM_FunctionIdType FunctionId;              /* 功能ID */uint8 NumInhibitionConfigs;                 /* 抑制配置数量 */const FiMInhibitionConfigType* InhibitionConfigs; /* 抑制配置数组 */
} FiMFIDConfigType;/* FiM总配置结构 */
typedef struct {uint16 NumFIDs;                             /* FID总数 */const FiMFIDConfigType* FIDConfigs;         /* FID配置数组 */boolean AvailabilitySupport;                /* 可用性支持 */boolean DevErrorDetect;                     /* 开发错误检测 */boolean EventUpdateTriggeredByDem;          /* Dem触发更新 */
} FiM_ConfigType;/* 配置实例示例 */
static const FiMInhibitionConfigType FID_CriticalFunction_InhibitionConfigs[] = {{.FunctionId = FID_CRITICAL_FUNCTION,.EventId = DEM_EVENT_SENSOR_FAILURE,.InhibitionMask = {.TestFailedBit = 1,     /* 测试失败时抑制 */.TestedBit = 0,         /* 测试完成时不抑制 */.NotTestedBit = 0       /* 未测试时不抑制 */}},{.FunctionId = FID_CRITICAL_FUNCTION,.EventId = DEM_EVENT_ACTUATOR_FAILURE,.InhibitionMask = {.TestFailedBit = 1,     /* 测试失败时抑制 */.TestedBit = 0,.NotTestedBit = 1       /* 未测试时也抑制 */}}
};static const FiMFIDConfigType FiM_FIDConfigs[] = {{.FunctionId = FID_CRITICAL_FUNCTION,.NumInhibitionConfigs = 2,.InhibitionConfigs = FID_CriticalFunction_InhibitionConfigs}
};const FiM_ConfigType FiM_Config = {.NumFIDs = 1,.FIDConfigs = FiM_FIDConfigs,.AvailabilitySupport = TRUE,.DevErrorDetect = TRUE,.EventUpdateTriggeredByDem = TRUE
};/* 配置访问函数示例 */
static const FiMFIDConfigType* FiM_GetFIDConfig(FiM_FunctionIdType FID)
{uint16 index;for (index = 0; index < FiM_Config.NumFIDs; index++) {if (FiM_Config.FIDConfigs[index].FunctionId == FID) {return &FiM_Config.FIDConfigs[index];}}return NULL;  /* FID未找到 */
}/* 抑制掩码检查函数示例 */
static boolean FiM_CheckInhibitionMask(const FiMInhibitionMaskType* mask,Dem_MonitorStatusType monitorStatus
)
{boolean inhibit = FALSE;/* 检查测试失败位 */if ((mask->TestFailedBit == 1) && ((monitorStatus & DEM_MONITOR_STATUS_TF) != 0)) {inhibit = TRUE;}/* 检查已测试位 */if ((mask->TestedBit == 1) && ((monitorStatus & DEM_MONITOR_STATUS_TNCTOC) == 0)) {inhibit = TRUE;}/* 检查未测试位 */if ((mask->NotTestedBit == 1) && ((monitorStatus & DEM_MONITOR_STATUS_TNCTOC) != 0)) {inhibit = TRUE;}return inhibit;
}

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4. 操作序列分析

4.1 关键函数详解

FiM_GetFunctionPermission函数

函数签名：

Std_ReturnType FiM_GetFunctionPermission(FiM_FunctionIdType FID,boolean* Permission
)

描述：查询指定功能的执行权限状态
参数：

• FID（输入）：功能标识符，取值范围1-65535
• Permission（输出）：权限状态指针，TRUE表示允许执行，FALSE表示禁止执行
  返回值：
• E_OK：请求成功处理
• E_NOT_OK：请求失败（如FiM未初始化）
  相关函数：
• 上层：被SW-C和BSW模块调用
• 下层：可能调用Dem_GetMonitorStatus查询状态
• 并列：与FiM_SetFunctionAvailable功能相关

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5. 状态机机制

5.1 FiM模块状态机

未初始化状态

状态特征：

• 含义：FiM模块尚未进行任何初始化
• 特征：
  • 静态状态变量为0
  • 所有内部数据结构未初始化
  • 内存分配未完成
• 进入条件：系统启动或模块复位后的初始状态
• 退出条件：调用FiM_Init()函数

完全初始化状态

状态特征：

• 含义：FiM完全初始化，所有功能可用
• 特征：
  • 与Dem的协作关系已建立
  • 初始权限状态已计算
  • 所有配置验证完成
  • 准备处理运行时请求
• 进入条件：FiM_DemInit()调用成功且权限状态计算完成
• 退出条件：ECU关闭

5.2 FID权限状态机

权限允许状态

状态特征：

• 含义：功能被允许执行
• 特征：
  • Permission = TRUE
  • 无激活的抑制条件
  • 功能可以正常执行
• 进入条件：所有关联的诊断事件状态都不匹配抑制掩码
• 退出条件：至少一个关联事件状态匹配抑制掩码，或被强制设置为不可用

权限拒绝状态

状态特征：

• 含义：功能被禁止执行
• 特征：
  • Permission = FALSE
  • 存在激活的抑制条件
  • 功能不能执行
• 进入条件：至少一个关联的诊断事件状态匹配抑制掩码
• 退出条件：所有抑制条件解除（事件状态不再匹配掩码）

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6. 总结

6.1 AUTOSAR Function Inhibition Manager 的优势

系统安全性：

• 提供基于诊断事件的功能抑制机制，在检测到故障时及时阻止危险功能的执行
• 支持多层次的抑制条件配置，可以根据不同的故障严重程度采取相应的抑制策略
• 实现故障安全（Fail-Safe）设计理念，确保系统在异常情况下的安全运行

架构灵活性：

• 配置驱动的设计允许在不修改代码的情况下调整抑制策略
• 支持后构建配置变体，可以在ECU集成阶段根据具体需求调整配置
• 模块化设计便于与其他AUTOSAR模块集成和协作

实时性能：

• 支持同步权限查询，满足实时系统的响应时间要求
• 提供两种更新模式（Dem触发和周期性轮询），可根据系统需求选择合适的方式
• 优化的数据结构设计确保高效的权限状态计算和查询

6.2 典型应用场景

汽车动力系统：

• 在检测到发动机传感器故障时，抑制相关的动力输出功能
• 基于冷却系统状态控制发动机保护功能
• 根据燃油系统诊断结果管理燃油喷射策略

底盘控制系统：

• 制动系统故障时抑制自动驾驶功能
• 转向系统异常时限制车辆稳定性控制功能
• 轮胎压力监测异常时调整牵引力控制策略

安全关键系统：

• 气囊系统自检异常时抑制相关安全功能
• 防盗系统故障时限制车辆启动功能
• 紧急制动系统异常时激活替代安全措施

6.3 实施建议

配置设计：

• 合理规划FID的分配，确保功能标识符的唯一性和可扩展性
• 仔细设计抑制掩码，平衡安全性和可用性需求
• 充分利用汇总事件机制简化复杂的事件关联关系

性能优化：

• 根据系统实时性要求选择合适的更新模式
• 优化抑制配置的数量和复杂度，避免过度的计算开销
• 考虑使用缓存机制提高频繁查询的FID的响应速度

测试验证：

• 建立完整的测试用例覆盖所有抑制条件和状态转换
• 进行故障注入测试验证抑制机制的有效性
• 测试不同负载条件下的系统性能表现

通过合理的设计和实施，AUTOSAR Function Inhibition Manager 能够为汽车电子系统提供可靠的功能安全保障，确保车辆在各种工况下的安全稳定运行。

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