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AUTOSAR E2E Transformer详解
目录
- 1. E2E Transformer概述
- 1.1 E2E Transformer的作用
- 1.2 功能特点
- 1.3 应用场景限制
- 2. 模块架构
- 2.1 架构设计
- 2.2 与其他模块的关系
- 3. 初始化与状态机
- 3.1 模块状态流转
- 3.2 初始化与去初始化
- 4. 保护功能实现
- 4.1 保护函数流程
- 4.2 缓冲区处理
- 5. 配置与数据流
- 5.1 配置结构层次
- 5.2 数据流处理
- 6. 总结
1. E2E Transformer概述
1.1 E2E Transformer的作用
E2E Transformer是AUTOSAR基础软件中安全类模块的重要组成部分，提供端到端通信保护功能。它在安全相关软件组件间通信过程中确保数据完整性，即使数据需要穿越被视为"黑通道"的QM（合格级）通信栈。
E2E Transformer主要承担以下职责：
- 根据配置调用E2E Library的保护和检查功能
- 实例化E2E配置和状态数据结构
- 在不修改应用层接口的情况下提供数据保护
- 作为RTE（运行时环境）和E2E Library之间的桥梁
1.2 功能特点
E2E Transformer的关键功能特点包括：
- 一对一映射关系：数据元素与I-信号之间存在一对一的映射关系
- 接收端扇出：一个I-信号可以映射到多个数据元素（接收端）
- 配置灵活性：支持不同的E2E配置文件（Profile P1/P2/P4/P5/P7/P11/P22）
- 透明处理：对于不读取状态码的接收SWC完全透明
- 编译时变体：支持链接时和后构建可选配置变体
- 跳过E2E检查：可配置某些接收方跳过E2E检查
1.3 应用场景限制
当前E2E Transformer受限于以下应用场景：
- 仅支持发送者-接收者通信（无客户端-服务器）
- 仅考虑软件组件间的周期性通信（无事件触发）
- 仅考虑ECU间通信（通过COM堆栈交换）
- 仅支持队列发送者-接收者通信的非阻塞特性
2. 模块架构
2.1 架构设计
下图展示了AUTOSAR E2E Transformer的整体架构设计：
从架构图中可以看出，E2E Transformer处于应用层软件组件与通信栈之间的中间位置，主要由以下几部分组成：
E2EXf_<transformerId>保护函数：在发送端被RTE调用，负责对数据进行E2E保护E2EXf_<transformerId>检查函数：在接收端被RTE调用，负责对数据进行E2E检查E2EXf_Init：模块初始化函数，负责初始化状态数据E2EXf_DeInit：模块去初始化函数，负责清理资源
E2E Transformer封装了E2E配置和处理的复杂性，对调用者（RTE）提供标准的变换器接口。通过这种设计，调用E2E Transformer的组件无需了解内部的E2E处理细节。
2.2 与其他模块的关系
E2E Transformer与周边模块的关系如下：
- 与RTE的关系：被RTE调用，通过RTE的API（读、写、发送、接收）提供服务
- 与E2E Library的关系：调用E2E Library提供的功能，执行实际的保护和检查算法
- 与通信栈的关系：通过通信栈（COM、PDU Router等）传输被E2E保护的数据
- 与应用层的关系：为安全相关软件组件和QM软件组件提供透明的数据保护
目前，E2E Transformer支持以下RTE函数：
Rte_Write/Rte_ReadRte_IWrite/Rte_IReadRte_Send/Rte_Receive
未来版本计划扩展支持客户端/服务器功能。
3. 初始化与状态机
3.1 模块状态流转
E2E Transformer模块的状态流转如下图所示：
E2E Transformer模块具有三种主要状态：
- 未初始化状态：模块启动的初始状态，此时模块状态标志为FALSE
- 已初始化状态：通过调用
E2EXf_Init()进入，此时模块状态标志为TRUE - 去初始化状态：通过调用
E2EXf_DeInit()进入，重置模块状态标志为FALSE
3.2 初始化与去初始化
E2E Transformer的初始化过程包括两个主要部分：
-
状态数据初始化：
- 初始化
E2E_PXXCheckStateType类型的状态数据资源 - 初始化
E2E_SMCheckStateType类型的状态数据资源，通过调用相应的E2E_SMCheckInit()方法
- 初始化
-
配置数据初始化：
- 初始化
EndToEndTransformationDescription配置 - 初始化
EndToEndTransformationISignalProps配置 - 初始化
EndToEndTransformationComSpecProps配置
- 初始化
特别注意：如果E2E Transformer模块未正确初始化（即E2EXf_Init()未成功调用），所有生成的E2E Transformer API都会立即返回E_SAFETY_HARD_RUNTIMEERROR错误。这是一种安全机制，确保只有在模块正确初始化后才能使用其功能。
4. 保护功能实现
4.1 保护函数流程
E2E Transformer的保护函数E2EXf_<transformerId>的处理流程如下图所示：
保护函数处理流程包括以下关键步骤：
- 初始化检查：检查模块是否已初始化，未初始化则返回错误
- 参数校验：根据处理模式（原地/非原地）验证输入参数有效性
- 缓冲区处理：根据配置参数处理原始头部数据
- E2E保护：调用
E2E_PXXProtect函数添加E2E保护头信息 - 结果返回：根据处理结果返回相应状态码
4.2 缓冲区处理
E2E Transformer支持两种缓冲区处理模式：
-
原地处理（In-place）：
- 使用同一缓冲区作为输入和输出
- 通过向左移动方式为E2E头部腾出空间
- 性能优势：减少复制操作和缓冲区使用
-
非原地处理（Out-of-place）：
- 使用单独的输入缓冲区和输出缓冲区
- 将输入缓冲区内容复制到输出缓冲区的适当位置
- 计算并设置新的缓冲区长度
对于原始头部数据的处理，关键参数是upperHeaderBitsToShift，它控制需要移位的原始头部位数。
5. 配置与数据流
5.1 配置结构层次
E2E Transformer使用三级层次的配置结构，如下图所示：
E2E Transformer的配置结构包括以下三个层次：
-
EndToEndTransformationDescription：- 最低优先级配置
- 配置多个ISignal共享的E2E配置文件
- 定义Profile类型、
upperHeaderBitsToShift等参数
-
EndToEndTransformationISignalProps：- 中间优先级配置
- 定义针对特定ISignal的配置选项
- 包含
dataLength、dataBitPosition等参数
-
EndToEndTransformationComSpecProps：- 最高优先级配置
- 可覆盖特定ReceiverComSpec的配置选项
- 包含
disableEndToEndCheck、maxDeltaCounter等参数
配置的优先级顺序确保了灵活性，允许在不同级别进行配置覆盖。这对于处理接收端扇出场景（一个I-信号映射到多个数据元素）尤为重要。
5.2 数据流处理
E2E Transformer的数据流包含两个主要部分：
-
发送方数据流：
- 数据 ->
E2EXf_<transformerId>->E2E_PXXProtect - 添加CRC、计数器等E2E头部信息
- 根据需要处理原始头部数据
- 数据 ->
-
接收方数据流：
- 数据 ->
E2EXf_<transformerId>->E2E_PXXCheck - 验证CRC、计数器等E2E头部信息
- 状态机评估数据安全状态
- 可配置关闭E2E检查（
disableEndToEndCheck=TRUE）
- 数据 ->
特别注意，如果接收方设置了disableEndToEndCheck=TRUE，E2E Transformer将跳过E2E检查，仅执行缓冲区处理操作。这在接收端扇出场景中非常有用，可以让某些QM（合格级）接收者跳过E2E检查。
6. 总结
AUTOSAR E2E Transformer作为安全相关通信的关键组件，提供了在标准通信堆栈上实现端到端数据保护的能力，主要优势包括：
- 标准接口：遵循AUTOSAR变换器通用规范，提供标准化接口
- 保护透明性：对不关注E2E状态的软件组件完全透明
- 灵活配置：支持三层配置结构，提供不同级别的配置覆盖能力
- 多种处理模式：支持原地和非原地缓冲区处理，适应不同性能需求
- 可选E2E检查：允许某些接收方跳过E2E检查，适用于QM组件接收数据场景
E2E Transformer通过封装E2E配置和处理的复杂性，简化了安全相关数据传输的实现。它不需要了解E2E内部细节，仅负责根据配置调用E2E Library，使得安全通信的实现更加灵活和标准化。
未来版本中，E2E Transformer将扩展支持客户端/服务器功能，并可能放宽当前的应用场景限制，进一步提升其在AUTOSAR平台中的适用性。