一文解析结合AUTOSAR和DDS实现灵活的车辆架构
导读：
本文由汽车E C U 开发授权发布，作者为e n g 2 m o t 。
为了满足互联数字车辆的需求，A U T O S A R 和 D D S 这两个强大的标准现在可以协同工作。在 A U T O S A R A d a p t i v e 平台中，D D S 组件针对端到端数据共享进行了优化，无需自定义集成。A U T O S A R A d a p t i v e 定义了 D D S 网络绑定，以支持具有生产就绪通信框架的自治系统，该框架提供复杂系统所需的可靠性、可扩展性和性能。A U T O S A R 和 D D S 共同为汽车制造商提供了设计和操作下一代汽车的高性能方法。
在消费者对自动驾驶和网联需求的推动下，以及通信带宽和原始计算能力的技术飞跃，汽车行业正在迅速转型。这些变化需要汽车设计的架构转变，因为传统的电气/电子架构无法为运行未来汽车软件系统互连系统所需的新数据中心方法提供必要的可扩展性。
AUTOSAR和DDS是两个可以适应这些新需求的软件标准。AUTOSAR是为汽车ecu设计的标准化汽车开放系统架构。AUTOSAR的两个平台AUTOSAR Classic和AUTOSAR Adaptive为不同的车辆用例提供了分层的软件体系结构方法。特别是，AUTOSAR Adaptive平台解决了车内高性能计算的设计挑战，
解决了下一代汽车所需的连接性和持续软件更新。它还可以作为来自多个供应商的软件的集成平台。
数据分发服务 (DDS) 标准是将分布式系统的组件集成在一起的中间件协议和以数据为中心的连接框架。它通过实现低延迟数据连接、极高的可靠性和可扩展的灵活架构，使数据成为未来移动数字平台的中心。DDS 促进了松散耦合、模块化和开放式架构系统的开发，从而降低了复杂性、上市时间和系统成本。
1数字网联汽车
在消费者对持续连接和数据驱动技术的需求推动下，汽车行业正处于颠覆性变革状态，这些技术正在推动互联汽车、自动驾驶、共享和数字服务以及电动汽车的进步。制造商和供应商必须应对构建互联数字汽车的各种挑战。未来的汽车必须设计为在不同的实时环境中运行、与车内的其他系统互操作、连接到车外系统并提供内置的汽车级网络安全和功能安全。
制造商现在使用新的硬件组件，如相机、激光雷达、毫米波雷达和高性能计算机硬件来感知和处理高度自动化驾驶所需的汽车环境数据。为了将这些系统与汽车的控制单元连接起来并处理其数据，需要以太网等高带宽链路和越来越多的软件。随着汽车与外部世界的互动，连接量甚至会进一步增加，这样用户就可以使用联网传感器、设备和机器提供的数字服务，这些设备统称为物联网(IoT)。例如，客户可以通过手机收到关于附近服务和更换汽车零件的建议。或者，汽车可以从附近的停车场接收数据
来定位、预订和支付车位。汽车正在变成系统中的系统，因为几乎所有汽车都将连接到集体物联网景观，并成为其中的一部分，在汽车的整个使用寿命中，更新和升级都需要安全连接。
这需要改变传统汽车设计的架构。面向领域的电气/电子(E/E)体系结构无法在联网的数字汽车的整个生命周期内进行更新和升级，因为通信网络使用的是在汽车设计时定义的预定义消息。因此，它不允许动态订阅数字服务。此外，这种E/E架构的汽车软件架构没有针对新应用程序的灵活更新机制，也无法访问外部世界，因为它们的设计目的是替换车辆中电子控制单元(ECU)的整个软件，而不能通过远程OTA。
例如，智能传感器是通过一个或多个ecu分配数据的智能嵌入式设备。它们可以通过其定义的网络域内的通信网络进行控制。智能传感器是必不可少的车辆功能的一部分，但如果有一种允许将智能传感器集成到数字服务中的通信协议，它们可以在联网数字汽车中发挥更重要的作用。正确的通信协议可以提升直接连接到简单传感器的简单控制单元的功能，使其能够通过新的动态数据交换成为数字服务。
这为新的数字服务提供了新的应用用例，例如用于预测性维护和调整保险费的驾驶员使用情况，使用人工智能检测驾驶员疲劳或前方不断变化的路况，或远程OTA。
制造商正在转向更加集中和灵活的 E/E 架构，其中连接由灵活可靠的通信协议以及新的汽车级软件架构框架控制。一种方法是创建一个具有自己操作系统功能的全集团软件平台，用户可以
从汽车外部对其进行升级和扩展。大量的软件代码由软件供应商和制造商的数字软件团队处理。
2数字网联汽车的E/E架构
由于数字网联汽车是与外部数字服务相连接的，因此需要灵活的E/E架构，而这又需要一种通信协议，能够与汽车内外的联网系统和新的数字服务协同工作。这种体系结构的组件和通信网络如图1所示。
图1 数字网联汽车的组件和通信网络
传统汽车架构中的基本汽车功能是众所周知的，并且可靠且适用于联网数字汽车。它的车辆部件，如动力系统传感器和执行器被移到一个传感器和执行器区域。传感器和执行器的值由区域网关 ECU 或在所谓的智能传感器单元中以安全、可靠和实时的方式处理。传感器和执行器要么通过模拟线直接连接，要么通过总线接口（LIN、CAN、FlexRay）连接到区域网关。
处理ECU扮演着车辆大脑的角，因为它们可以将自动驾驶的复杂应用逻辑和汽车内外通信节点的数字服务结合起来。
外部数字服务将通过5G等移动通信网络连接到以下基础设施节点：
1、云计算基础设施，可以提供一个实时停车地图，以到一个免费的停车位。
2、V2X基础设施，可以传达其他汽车在前方道路上看到的信息。
3、移动电话基础设施可以通过应用程序商店等来升级汽车功能。
联网数字汽车的E/E架构需要支持不同的通信方式。这些包括基于信号的通信，例如LIN, CAN 和FlexRay，基于服务的通信，例如车载以太网。
3AUTOSAR
AUTOSAR（汽车开放系统架构）是为汽车ECU设计的标准化汽车开放系统架构。AUTOSAR 联盟成员定义了汽车制造商和供应商之间的基本系统功能、功能接口和开发方法。有两个AUTOSAR 平台：AUTOSAR Classic 和AUTOSAR Adaptive。这两个平台都满足现代汽车的要求。
AUTOSAR Classic Platform
AUTOSAR Classic Platform是一个众所周知的分层软件体系结构。软件需求在设计时通过其层的静态配置来实现。因此，对于运行时的更改，它的灵活性较低。然而，这仍然是可以接受的，因为这个平台通常在车辆的生命周期内保持稳定，因为被控制的传感器和促动器的应用逻辑不会改变。传感器和执行器仍然履行其功能;
AUTOSAR Classic既可通过LIN、CAN、Flexray实现面向信号通信，也可通过Ethernet实现面向服务的通信。
图2 AUTOSAR Classic架构
AUTOSAR Adaptive Platform
AUTOSAR Adaptive Platform主要是为了满足由下一代车辆的高性能需求、互联性和持续远程OTA更新所产生的新市场需求。它充当来自多个供应商的软件集成平台，解决了 AUTOSAR Classic 架构的局限性。AUTOSAR Adaptive 旨在提供灵活性，以便在软件运行时可以实现软件更改。AUTOSAR Ad
aptive Platform 建立在 POSIX 操作系统之上，由按服务分组的功能集和 AUTOSAR Adaptive 基础组成，如图3所示。
图3 AUTOSAR Adaptive架构
4数字网联汽车架构中的AUTOSAR
移动汽车网AUTOSAR Classic 和Adaptive 的系统功能不会相互替代。相反，它们在互联数字汽车的E/E 架构中相互补充，如图 4 所示。
图4 数字网联汽车架构中的AUTOSAR
核心的汽车控制功能还需要AUTOSAR Classic Platform，例如车辆的电驱控制单元。另外OEM想要一个可靠的软件解决方案，提供核心的车辆功能。当软件变化率和供应商数量有限
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