ASW层（应用层）设计与工作内容笔记

一、Autosar ASW层

1. ASW要素

• 核心元素：
  • 数据类型定义：作为所有工作的基础，是接口与组件交互的前提；
  • 接口类型定义：基于已定义的数据类型构建，实现组件间交互的“标准协议”；
  • 软件组件（SWC）设计：为每个组件匹配合适的数据接口，明确功能边界；
  • 组件连接：多个SWC通过接口关联，形成ASW层的Composition（组件集合） 概念。
• 设计特点：
  • 使用Component Prototype (CPT) 表示软件模块原型，聚焦“交互框架”而非具体算法；
  • 关注架构而非算法：仅定义组件间的交互逻辑，不涉及功能的具体实现代码；
  • 系统级视角：需综合考虑多核部署（SWC核心分配）、功能安全（ISO 26262）、信息安全（ISO/SAE 21434）等系统约束。

2. ASW层的设计

1）设计流程

按“基础准备→模块级→系统级”分层推进，确保设计逻辑完整可落地：

• 基础准备工作：
  • 数据类型定义：覆盖Base Type（底层原生类型）、Implementation Data Type（IDT，代码级类型）、Application Data Type（ADT，应用逻辑类型）及Data Type Mapping Sets（类型映射）；
  • 数据变换方法：设计Compute Method，处理线性变换、分段增益、数据压缩等“代码值→物理值”的转换逻辑；
  • 接口类型定义：明确6类核心接口——SR（Sender Receiver，发送-接收）、CS（Client Service，客户端-服务端）、MS（Mode Switch，模式切换）、NV data（非易失数据）、Trigger（触发）、Parameter（参数）。
• 模块级设计：
  • 接口定义：确定单个SWC对外的交互方式（如用SR接口传传感器数据、CS接口提供控制服务）；
  • 功能定义：划清SWC的功能边界（如“电池状态监测”“灯光控制”），避免功能重叠；
  • 事件定义：规划SWC的响应机制（如定时采样事件、数据接收触发事件）；
  • IRV定义：设计SWC内部可运行实体（Runnable）间的交互变量（Internal Runnable Variable），实现组件内数据传递。
• 系统级设计：
  • 组件链接：通过接口建立不同SWC间的交互关系（如“传感器SWC→ECU控制SWC”的数据流向）；
  • CPT定义：完成SWC的原型配置，为后续Composition构建提供可复用的模块单元。

2）设计原则

• 抽象组合原则：
  • 合理划分SWC功能颗粒度（避免过大降低复用性、过小增加交互复杂度）；
  • 提前规划多核部署方案（高优先级SWC分配至独立核心，避免资源抢占）；
  • 兼顾功能安全与信息安全（安全相关SWC单独设计，敏感数据接口需加密）。
• 数据交互机制：
  • 组件间通信完全依赖RTE（运行时环境），SWC无需关心底层总线（CAN/LIN/Ethernet）或协议细节；
  • BSW层为RTE提供底层支撑（如COM模块负责总线数据收发、NM模块管理网络状态）；
  • SWC仅需向RTE发起“数据发送/接收”“服务调用”请求，无需直接调用BSW接口。
• 架构特点：
  • 所有ARXML文件共同描述严格的软件架构，确保跨工具、跨团队协作的一致性；
  • 避免“单个控制器视角”，需从整车系统出发设计SWC交互（如跨ECU的SWC通信）；
  • 最终产出为“应用层软件架构”（接口、SWC、Composition），而非具体功能实现代码。

3. ASW层工作内容

1）数据类型（数据字典编辑器）

数据类型是ASW层的“语言基础”，按抽象层级分为4类，需通过数据字典编辑器统一管理：

• Application Data Types (ADT)：
  • 定义角度：从应用逻辑角度描述数据，属虚拟概念；
  • 核心特点：体现数据的物理语义（如“电池电压”“发动机转速”）、取值范围（如0-5V）和单位；
  • 关联逻辑：需绑定Compute Method，实现“计算机内部代码值→物理值”的转换；
  • 使用场景：SWC设计阶段，用于组件间的“虚拟通信”（不涉及底层代码实现）。
• Implementation Data Types (IDT)：
  • 定义角度：从代码实现角度描述数据；
  • 抽象层级：虽为抽象概念，但近似C语言数据类型（如uint16、float32）；
  • 生成结果：代码生成时会自动转换为对应的C语言类型定义；
  • 作用：承上启下——基于Base Type构建，支撑ADT的底层实现。
• Base Types：
  • 定义角度：从比特/字节角度描述底层平台原生数据类型；
  • 依赖条件：与MCU硬件、编译器绑定（由Platform模块定义）；
  • 核心作用：作为IDT、ADT的“底层基石”，确保数据类型与硬件兼容。
• Data Type Mapping Sets：
  • 本质：建立不同数据类型间的映射关系（如ADT与IDT的对应、IDT与Base Type的关联）；
  • 目的：确保SWC交互、BSW层调用时数据格式一致，避免类型不匹配错误。

编辑说明

• 编辑界面：包含4个核心选项卡——Data Types（数据类型）、Interface（接口）、Compute Method（计算方法）、Data Constraints（数据约束）；
• 类型分类：左侧选项卡区分“Primitive（基础类型，如单个数值）”和“Composite（复杂类型，如数组、结构体、联合体）”；
• 编辑方式：以表格形式维护数据字典，需定义“存放位置、类型、短名、标定权限（read write/read only）”，支持引用Base Type或同类型其他定义；
• 注意事项：需具备C语言基础，可配置数组长度、结构体成员等属性；
• 推荐设计流程：先定义Base Type（适配MCU平台）→再定义IDT（代码级抽象）→最后定义ADT（应用逻辑语义）→按需配置Mapping Sets。

2）计算方法（Compute Method）

• 功能定位：将SWC交互的“原始代码值”转换为“具有物理意义的量值”（如ADC采样值0-4095→电压值0-5V）。
• 核心转换方式：
  • identical变换：原始数据与物理值一致，无需转换（如“1=灯亮，0=灯灭”）；
  • 线性变换：遵循y=kx+b公式（k为系数，b为偏移量），适用于连续线性关系数据；
  • scale of linear变换：带比例尺的线性转换（如物理值=(原始值-偏移量)×系数/比例尺），适用于需校准的传感器数据；
  • 文字表转换：通过预设对照表实现数值映射（如“1=正常，2=警告，3=故障”），适用于离散状态数据。
• 使用建议：根据数据的物理特性选择转换方式，确保“代码值→物理值”的准确性。

3）数据约束（Data Constraints）

• 核心功能：定义数据的有效边界和异常处理规则，避免无效数据导致SWC功能误判。
• 典型应用场景：
  • 需设置上下界的连续量（如发动机转速0-8000rpm、冷却液温度-40-125℃）；
  • 安全相关参数的边界控制（如制动压力低于1MPa时触发报警）。
• 操作特性：
  • 支持可视化界面编辑，可快速添加/删除约束元素；
  • 工程意义：提升系统稳定性，减少因数据异常引发的功能故障。

4）接口（Interface）

接口是SWC间、SWC与BSW层交互的“标准协议”，按功能分为6类：

• 接口类型及核心用途：
  • 数据交互接口（Sender Receiver, SR）：实现SWC间双向数据交换（如“传感器SWC→ECU SWC发送温度数据”），基于“数据帧”传递，无返回值；
  • 客户端服务端接口（Client Server, CS）：支持“请求-响应”式函数调用（如“ECU SWC→诊断SWC请求读取故障码”），Client发起调用，Server执行并返回结果；
  • 参数接口（Parameter）：用于SWC间静态/慢变参数传递（如“标定工具→控制SWC传递PID参数”），支持配置“读/写”权限；
  • 模式切换接口（Mode Switch, MS）：由ASW层发起模式转换请求（如“应用层请求ECU进入休眠模式”），与BSW层BSWM、DCM、ECUM模块联动，通过RTE传递模式指令；
  • 非易失数据接口（NV Data）：专门用于SWC与BSW存储模块（如NVM）交互，实现数据持久化（如保存故障码、标定参数）；
  • 触发接口（Trigger）：传递“触发信号”，触发SWC特定动作（如定时触发数据采样任务），无数据交互。
• 接口操作：
  • 添加方式：通过工具选项卡切换，选择对应接口类型创建；
  • 原型声明：接口声明即创建“可复用原型”（类似C++类声明），后续SWC可直接引用；
  • VDP配置：支持为每个接口添加多个Variable Data Point（变量数据点），可定义不同数据类型。
• 接口应用：
  • SWC复用：SWC设计时引用接口原型，可对接口设置别名（如将“Temp_SR”别名为“Engine_Temp_SR”）；
  • 类比理解：接口原型≈C++类声明，SWC使用接口≈类的实例化。

5）软件组件（SWC）

SWC是ASW层的“功能单元”，需完成创建、接口配置、内部行为定义等操作：

• SWC的创建：
  • 类型分类：AUTOSAR架构下SWC分为7类——应用SWC（核心业务功能）、复杂驱动SWC（CDD，特殊硬件驱动）、ECU抽象SWC（硬件适配）、非易失存储SWC（NV数据处理）、参数传感SWC（传感器数据采集）、执行SWC（执行器控制）、服务类SWC（通用服务，如时间同步）；
  • 设计原则：设计阶段需明确SWC的接口交互逻辑（“与谁交互、交互什么数据”）；
  • 创建方法：通过ARXML工具或工程查看工具，在software/components子文件夹右键创建，推荐用系统级工具可视化查看。
• 配置SWC的接口及数据变体：
  • 端口配置：左侧面板配置接口类型与可运行实体（Runnable），右侧配置数据及variant/split ball支持选项；
  • 引用元素：若需使用mapping或unit groups，需提前引入相关引用元素；
  • 命名规范：建议采用区分性命名（如“pp_XXX”代表provider port，“rp_XXX”代表receiver port）。
• 配置内部行为及可运行实体：
  • 内部行为创建：点击右上角“+”创建software internal behavior，推荐命名格式为“swc_ib_[组件名]_0”；
  • 可运行实体（Runnable）：通过“configure runnable entity”创建，可按周期命名（如“Runnable_1ms”），需挂载到指定内部行为下（Runnable是SWC的“执行单元”，对应具体功能逻辑）。
• 配置事件：
  • 事件类型：定时事件（按周期触发，如1ms事件）、初始化事件（SWC启动时触发）、后台事件（空闲时执行）、数据接收事件（收到SR接口数据时触发）、操作调用事件（CS接口被调用时触发）；
  • 创建限制：部分事件需对应接口支持（如数据接收事件依赖SR接口），需提前定义rps和variable data prototype（bdp）数据类型。
• 配置可运行实体间的变量交互（IRV）：
  • IRV变量：用于SWC内部不同Runnable间的数据交换，可导入已有IRV或声明新数据类型；
  • 关键配置：明确IRV的读写关系（如“Runnable_A写，Runnable_B读”），可设置初始值（如默认0）。
• 其他配置：
  • 参数配置：按需定义或新增参数类型，支持多种参数化选项；
  • 设计考量：合理划分SWC颗粒度，预留未来Composition映射空间，适配功能安全与架构约束。

6）组件系统级工作内容

• 链接组件并定义CPT：
  • Composition概念：比SWC更高层级的“组件集合”，是多个SWC按功能关联形成的系统单元；
  • 创建流程：创建Composition Software Component Type→保存至同名ARXML文件→在Composition中引用SWC、接口及数据类型；
  • 组件声明与引用：先在components下声明组件原型（CPT），可引用已创建的ASW SWC（如ASW VCU）或BSW生成模块，CPT支持重命名（如“CPT_ASW_VCU”）。
• 配置组件间的连接：
  • 自动配置工具：使用“Auto Config Composition”功能，自动完成SWC引用、命名及链接建立，需后续检查正确性；
  • 连接检查：在“Assembly Connectors”中删除无用连接，确保链路准确；
  • 手动连接方法：通过“Manual Connection Editor”选择源组件（Source Component）与目标组件（Target Component），需保证接口类型一致（如SR接口只能连SR接口）；
  • 连接规则：依赖良好的命名规范，支持正则表达式匹配（示例：将ASW VCU与DCM模块的“ECU Serial Number”端口连接）；
  • 连接状态检查：通过“Open with Composition Overview”可视化查看，调整工具窗口显示方式，确认所有链接无误。
• 导入system info创建必要的元素：
  • 自动生成功能：在AR Explorer中打开System文件夹→选择目标ECU→点击“Auto Generate ASW”，自动创建接口、组件等基础元素；
  • 配置选项：设置Component Name（如“VCU_Component”），可双击创建新组件，将接口映射到指定Component下（如所有接口挂载到VCU Component）；
  • 生成内容：自动创建VCU Component的SWC、必要PS Ports、VCU Composition，根据DBC文件生成收发信号；
  • 后续工作：手动映射服务模块，补全组件链接，可大幅减少数据类型与接口的手动创建工作量。

二、内容总结

1. Composition构建要点：
   • SWC引用建立：Composition中必须为所有必要SWC建立引用，避免缺失模块；
   • PP-RP链接：需正确建立Composition内“provider port（PP）”与“receiver port（RP）”的对应链接；
   • 数据依赖规则：每个receiver port（RPOS）必须有且仅有一个provider port（PPOS）提供数据，否则会触发编译错误；
   • 工作注意事项：链接配置繁杂，需耐心核对，避免因链路错误导致系统功能失效。
2. 工程实例演示：
   • 实例工程：以TC397 MCU的工程为例，演示Composition的完整构建流程；
   • 工具准备：需等待工程工具完全加载（避免因加载不完整导致配置异常）。
3. 模块引用关系：
   • 核心模块：需重点关注CDD模块（复杂设备驱动）与IO硬件抽象模块；
   • 建立原则：根据MCU硬件状态与资源（如引脚、外设）正确创建模块，确保硬件与软件适配；
   • 引用验证：必须完成模块间的正确引用，才能进入后续映射阶段。
4. 后续工作流程：
   • 映射阶段：将创建的Composition与System中的元素（如ECU、总线）进行相互映射；
   • 学习安排：详细映射流程将在后续课程（如第21章）展开。
5. ASW层概念补充：
   • 层级结构：ASW层存在多级架构概念（如SWC、Composition、System Level）；
   • 后续讲解：不同层级的具体含义与区别将在后续课程中深入说明。

三、知识小结

知识点	核心内容	关键操作/配置项	关联概念
ASW层设计流程	定义数据类型→设计接口→创建SWC→构建Composition	Data Type定义、Interface配置、SWC原型设计、Composition组件链接	BSW层支持、RTE数据交互
数据类型分类	Application/Implementation/Base Data Types + Mapping Sets	ADT物理语义映射、IDT代码级定义、Base Type原生类型匹配、Mapping Sets关联	Compute Method线性变换
接口类型	Sender-Receiver/Client-Server/Parameter等6类接口	VDP变量声明、Mode Switch模式关联、接口原型复用、PP/RP端口命名	RTE服务请求抽象、BSWM模式管理
SWC设计	应用/复杂驱动/ECU抽象等7类组件	Port配置、Runnable实体创建、IRV变量读写映射、事件类型匹配	功能安全颗粒度、多核部署
Composition构建	组件连接与系统架构集成	Auto-config自动链接、Assembly Connector手动校验、Composition Overview状态检查	系统级功能集成、跨ECU交互
工具链操作	ARXML数据字典编辑 + Composition可视化配置	AR Explorer工程查看、Auto Generate ASW自动生成、Problems面板错误排查	System Mapping映射、DBC信号导入
设计准则	功能抽象/多核部署/信息安全三重约束	SWC颗粒度控制、接口复用规划、安全相关组件隔离、核心功能优先级分配	自下而上开发方法论、ISO 26262合规
自动化生成	从System Description导入生成基础元素（接口、SWC、Composition）	Auto-generate ASW触发、DBC信号映射、Component接口挂载、VCU Composition自动创建	服务模块集成、硬件资源适配