汽车所有系统(一文熟悉汽车电子系统的心脏与大脑：BSW模块)

作者 | 海角

出品 | 焉知

原标题：AUTOSAR标准化的主要领域之一：BSW

想象一下汽车内部的电子系统就像是一个复杂的城市交通网络，每辆车都必须遵循相同的交通规则才能确保安全、高效地运行。AUTOSAR就像这个交通规则集，它为所有汽车制造商和供应商提供了一个共同的标准，使得不同来源的软件组件可以无缝协作。而在这个标准中，基础软件模块（BSW）就是那些支撑整个城市交通系统的基础设施，如道路、桥梁和交通信号灯等。它们不仅连接着城市的各个部分，还确保了车辆能够顺利通行。

什么是BSW？

BSW模块就像是汽车电子系统的“心脏”与“大脑”，它负责管理从操作系统到通信协议的所有底层操作。这些操作包括但不限于任务调度、内存管理、数据传输以及硬件控制。简而言之，BSW确保了所有必要的服务都能稳定且高效地运行，从而使应用软件组件（ASW）可以专注于执行其特定的功能，比如导航、娱乐或自动驾驶等。

BSW、ASW、RTE的关系

如果将汽车比作一个人体，那么ASW就如同人体的各种技能——走路、说话、思考等；而BSW则是支持这些技能的身体器官——心脏、肺部、大脑等。RTE则像是神经系统，它连接了身体器官与各种技能，确保信息能够在两者之间顺畅传递。通过这种分层设计，AUTOSAR实现了高度的灵活性和可复用性，让开发人员可以更容易地创建新的应用和服务。

BSW模块的分层架构

BSW的设计采用了分层结构，这就好比是建造一座高楼大厦，每一层都有其特定的功能和作用，同时又相互依赖。

1）服务层：位于最顶层，提供了诸如操作系统(OS)、网络通信(COM)等关键服务。

2）ECU抽象层：中间层，负责将底层硬件资源进行抽象化处理，为上层提供统一接口。

3）MCAL：最底层，直接与硬件交互，如微控制器驱动程序(ADC, CAN, LIN等)。

各个层次的功能和相互关系

每个层次都是不可或缺的，服务层就像是大楼的顶层公寓，拥有最好的视野和最高的价值；ECU抽象层则是中间楼层，起到了承上启下的作用；MCAL则是地基，虽然看不见，但却是整座大楼的基础所在。这三个层次紧密合作，确保了整个建筑的稳固和高效运作。

BSW的核心模块详解

深入探讨BSW的核心模块就像是打开一辆豪华跑车的引擎盖，探索其内部构造一样令人兴奋。每个模块都扮演着关键角色，确保整个系统能够高效、稳定地运行。

服务层

服务层是BSW中直接与应用软件组件（ASW）交互的部分，它提供了各种基础服务，使得上层应用可以专注于业务逻辑而无需关心底层硬件的具体实现。

1）操作系统(OS)：操作系统在BSW中起着至关重要的作用，它负责管理处理器时间、内存分配、任务调度以及中断处理等核心功能。想象一下一个繁忙的机场，操作系统就像是那个指挥塔，它需要协调每一架飞机的起飞和降落，确保它们不会相互干扰。对于汽车电子系统而言，操作系统同样需要确保每一个任务都能得到及时处理，避免任何可能的安全隐患。

2）通信服务(COM, IPDUs等)：通信服务是BSW中的“信息快递员”，负责处理车辆内外的数据交换。这些数据可能是来自车内不同ECU之间的指令，也可能是与外部设备或基础设施的通信。例如，在自动驾驶场景下，车辆需要实时接收来自雷达、摄像头和其他传感器的信息，并将这些信息传递给决策单元进行分析。这就要求通信服务必须具备高效率和可靠性，以确保信息能够在正确的时间被正确处理。

3）存储管理(NVRAM Manager)：NVRAM Manager确保重要数据在断电后仍能保存，就像是一位可靠的档案保管员。在汽车环境中，这意味着即使车辆熄火，某些关键数据（如故障诊断记录、用户偏好设置等）也需要被安全存储以便下次使用。这不仅提高了用户体验，还为后续的维护工作提供了便利。

4）其他服务(如诊断、网络管理)：除了上述功能外，服务层还包括了诸如诊断和网络管理等功能。诊断服务就像是系统的“医生”，它可以帮助识别潜在的问题并提供解决方案。例如，当某个传感器出现故障时，诊断服务可以快速定位问题所在，并通知维修人员采取相应措施。而网络管理则负责监控和控制车载网络的状态，确保所有连接都是健康且高效的。

ECU抽象层

ECU抽象层的作用是将硬件资源进行抽象化处理，为上层提供统一接口，简化了软件开发过程。

1）输入输出硬件接口(I/O Hardware Abstraction)：

I/O Hardware Abstraction让软件能够轻松访问各种传感器和执行器，就像一把万能钥匙。无论你是想读取温度传感器的数据还是控制车窗电机的动作，这个接口都可以帮助你实现目标，而不需要了解具体硬件的工作原理。这种抽象大大降低了开发难度，并提高了代码的可移植性。

2）内存抽象(Memory Abstraction)：

内存抽象使不同类型内存的使用变得简单，如同一位魔术师。无论是RAM、ROM还是Flash Memory，开发者都可以通过这一层获得一致的操作体验。这对于那些需要跨平台部署的应用程序来说尤其重要，因为它减少了针对特定硬件优化的需求。

3）通信硬件接口(COM HW Interface)：

通信硬件接口确保数据可以通过各种通信渠道准确无误地传输，像是一座坚固的桥梁。无论是CAN总线、LIN总线还是以太网，COM HW Interface都能够提供可靠的支持，保证数据能够在复杂的车载网络中顺畅流通。

MCAL

MCAL层是最接近硬件的部分，它包含了微控制器驱动程序，直接控制微控制器的各种外设。

微控制器驱动程序(ADC, CAN, LIN等)：微控制器驱动程序相当于一群训练有素的技术工人，它们各自负责不同的任务，如模拟信号转换（ADC）、控制器局域网通信（CAN）、本地互连网络通信（LIN）等。这些驱动程序是硬件与软件之间的桥梁，确保了上层应用能够有效地利用底层硬件资源。例如，ADC驱动程序可以将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，供后续处理使用；而CAN驱动程序则确保了车辆内部各个ECU之间能够高效、可靠地交换信息。

BSW的一致性类（ICCs）

为了适应不同的项目需求和复杂度，确保在满足特定功能要求的同时，允许一定程度的灵活性和简化。通过定义不同的一致性级别，AUTOSAR标准允许开发者根据项目的具体需要选择适合的实现方式，这有助于降低开发成本、缩短开发周期，并提高软件组件的可重用性和互操作性。分为以下3种等级

ICC1：RTE和整个BSW放在同一个集群中。

接口要求：RTE和COM组件之间的接口以及与总线的接口必须符合AUTOSAR标准。

特点：RTE和BSW之间的接口并不标准，因此RTE的实现是专有的。

功能要求：BSW和RTE的ICC1实施必须提供标准化的功能和行为，例如ASW组件运行实体的调度。

ICC2：逻辑上相关的模块被打包成独立的集群，例如所有与通信相关的模块组成一个集群。

接口要求：集群之间的接口、ASW组件接口和总线接口必须符合AUTOSAR标准。

特点：可以集成来自不同供应商的BSW集群，例如使用来自供应商A的通信栈和供应商B的操作系统。

ICC3：ICC3 实现“最高”等级的 AUTOSAR 兼容性。在这里，所有由 AUTOSAR 定义的 BSW 模块用它们相应的接口来展示。

特点：这里不存在聚类模块，这意味着每个BSW模块都单独存在，并且通过其定义的接口与其他模块交互。

优势：这种配置提供了最高的灵活性和可扩展性，因为每个模块都是独立的，可以根据需要进行替换或升级，而不会影响其他模块。

总结

ICC1：适用于最初的迁移阶段，将RTE和BSW作为一个整体，简化了迁移过程。可以类比乐高积木想象为的所有的积木被粘在一起，形成一个大块，这样简单但不灵活。

ICC2：更灵活，允许将逻辑上相关的模块打包成独立的集群，提高系统的灵活性和可扩展性。积木被分组，比如一组是轮子，一组是车身，这样可以在保持基本结构的同时更换部分积木。

ICC3：实现了最高级别的AUTOSAR兼容性，每个BSW模块都单独存在并通过定义的接口与其他模块交互，提供了最大的灵活性和可扩展性。每块积木都是独立的，可以通过特定的接口连接，这样最灵活，可以任意组合和替换积木。