فهم السيارات وهندستها المعمارية

يمكن تعريف AUTOSAR (هندسة النظام المفتوح للسيارات) على أنها منصة مشتركة لصناعة السيارات بأكملها مصممة لتعزيز نطاق التطبيق لوظائف السيارة دون التأثير على نموذج التشغيل الحالي. AUTOSAR هي في الأساس بنية برامج مفتوحة وقياسية تم تطويرها بشكل مشترك من قبل مصنعي السيارات والموردين ومطوري الأدوات. في هذه المقالة سوف نتعرف على ماهية AUTOSAR وعن الطبقات المختلفة في بنيتها.

الشعار الرئيسي لـ AUTOSAR هو "تعاون على المعايير ، تنافس على التنفيذ". تم تطوير هذه البنية الفريدة من أجل إنشاء والحفاظ على معيار مشترك بين الشركات المصنعة وموردي البرامج ومطوري الأدوات بحيث يمكن تسليم نتيجة العملية دون الحاجة إلى أي تعديلات.

أوتوسار - كيف بدأ كل شيء؟

في عام 2003 ، تم تشكيل شراكة AUTOSAR كتحالف لمصنعي OEM (الشركة المصنعة للمعدات الأصلية) ، وموردي سيارات الإطارات 1 ، ومصنعي أشباه الموصلات ، وموردي البرامج ، وموردي الأدوات ، وغيرهم. لقد أسسوا AUTOSAR كمعيار صناعي مفتوح لهندسة برمجيات السيارات من خلال النظر في هندسة السيارات المختلفة E / E التي كانت موجودة والتي سيتم تشكيلها في المستقبل.

و شركاء كور 10 من AUTOSAR هم مجموعة BMW، بوش، أوروبية، دايملر كرايسلر، فورد، جنرال موتورز، PSA بيجو سيتروين، SiemensVDO، تويوتا موتور كوربوريشن، وفولكس واجن.

أهمية أوتوسار

البنية التحتية لـ AUTOSAR ليست بسيطة ، ولكن لماذا من الضروري إدخال مثل هذه البنية التحتية المعقدة لصناعة السيارات؟ من ناحية أولى لماذا نحتاج أوتوسار؟

مع زيادة الطلب على السيارة الذكية والأكثر أمانًا والأكثر ذكاءً ، ستزداد المنافسة في صناعة السيارات أيضًا. لا يمكن تنفيذ كل هذه المعلومات الاستخبارية ووظائف السيارة من قبل سلطة واحدة.

على سبيل المثال ، تحتوي السيارة على وسائد هوائية ونظام GPS وتكامل ذكي وما إلى ذلك. يتم تنفيذ كل هذه الميزات على وحدات التحكم الإلكترونية (ECUs) المختلفة بواسطة صناعات سيارات مختلفة ، لذلك يجب أن تكون جميع وحدات السيارات المختلفة قادرة على العمل جنبًا إلى جنب من أجل الحصول على المنفذ المطلوب.

يساعد هذا أيضًا في عملية تطوير البرامج ، لأنه حتى وقت قريب كان البرنامج الذي تم تطويره لصناعات السيارات يركز فقط على تقديم وظائف النظام ولم يهتموا أبدًا بالتأثيرات التي يمكن أن يوفرها للنظام. أصبح الأمر أكثر تعقيدًا بسبب الكثير من الوظائف على وحدات التحكم الإلكترونية المختلفة عبر شبكات المركبات المختلفة. لقد أصبحت مشكلة أكثر خطورة مع زيادة إجراءات التطوير غير القياسية. ومن ثم ، فقد طوروا أوتوسار.

طبقات مختلفة من هندسة أوتوسار

إذا نظرت إلى الصورة أعلاه ، يمكنك تحديد أن بنية AUTOSAR تتكون من ثلاث طبقات رئيسية هي

• طبقة التطبيقات
• بيئة وقت التشغيل (RTE)
• البرمجيات الأساسية (BSW)

كل طبقة من هذه الطبقات لها غرضها الخاص ولها عملية محددة يجب تنفيذها

طبقة التطبيقات

تتكون طبقة تطبيق AUTOSAR من تطبيقات متنوعة ومكونات برمجية محددة مصممة لأداء مهمة محددة وفقًا للتعليمات المقدمة. طبقة التطبيقات هي الطبقة العليا من هندسة برمجيات AUTOSAR وهذا هو سبب أهميتها لجميع تطبيقات المركبات. تتكون طبقة التطبيق من ثلاثة من أهم المكونات التي يجب أخذها في الاعتبار. إنها مكونات برامج التطبيق ومنافذ هذه المكونات وواجهات المنافذ.

تضمن مكونات البرنامج وظائف النظام الفرعي ، والذي يتضمن العمليات وعناصر البيانات التي يتطلبها البرنامج والموارد التي تحتاجها المكونات. ومصدر التطبيق مستقل عن موقع المكونات التفاعلية ، ونوع وحدات التحكم الإلكترونية التي يتم تعيين المكون عليها وعدد مرات إنشاء مثيل للمكون في النظام.

طبقة بيئة وقت التشغيل (RTE)

تخلق طبقة بيئة وقت التشغيل بيئة مناسبة لتشغيل مكونات البرنامج (SWCs). تعتمد SWC دائمًا على الواجهة التي توفرها RTE.

يمكن اعتباره مركز الاتصال بين وحدات التحكم الإلكترونية الموجودة داخل الشبكة. يساعد مكونات البرنامج على العمل بشكل مستقل عن آليات وقنوات الاتصال. يجعل RTE هذا ممكنًا من خلال تعيين علاقات الاتصال بين المكونات التي يتم تنفيذها في قوالب مختلفة ، إلى آلية اتصال Intra محددة مثل الاتصال أو آليات الاتصال بين وحدة التحكم الإلكترونية مثل رسالة COM.

تتحمل RTE مسؤولية إدارة دورة حياة SWC ، ويجب أن تبدأ وتغلق الوظائف بناءً على الاحتياجات. تعمل أيضًا كطبقة فصل بين برنامج التطبيق (ASW) والبرنامج الأساسي (BSW) حيث يكون للبرنامج الأساسي الإذن باستدعاء أي وظيفة API أو وحدات أخرى مباشرة ، ولكن لا يمكن لبرنامج التطبيق الاتصال إلا من خلال المنافذ.

يتم إنشاء RTE على مرحلتين

• مرحلة العقد: هذه المرحلة مستقلة عن وحدة التحكم الإلكترونية وتوفر العقد بين البرنامج التطبيقي و RTE أي أنه يمكن تشفير API لمكونات ASW.

وقد نتج عن ذلك رأس محدد لمكون ASW يمكننا تضمينه في شفرة المصدر. يتكون ملف الرأس من جميع وظائف RTE API التي يمكن استخدامها في ASW وأيضًا يتم الإعلان عن أنواع البيانات والهياكل الضرورية التي تحتاجها مكونات ASW في ملف الرأس.

• مرحلة التوليد: ستركز هذه المرحلة على إنشاء رمز ملموس لوحدة تحكم إلكترونية معينة. مع مكونات ASW وملفات Header التي تم إنشاؤها في مرحلة العقد وجميع رموز BSW الضرورية ، يمكن تجميع الكود المُنشأ في ملف قابل للتنفيذ لوحدة التحكم الإلكترونية.

البرمجيات الأساسية (BSW)

يمكن تعريف طبقة البرامج الأساسية على أنها البرامج المعيارية التي يمكنها تقديم خدمات لمكونات برنامج AUTOSAR ، كما تُستخدم أيضًا لتشغيل الجزء الوظيفي من البرنامج. يشتمل البرنامج الأساسي على المكونات المعيارية والمخصصة لوحدة التحكم الإلكترونية.

تنقسم طبقة البرامج الأساسية أيضًا إلى 4 أجزاء رئيسية وهي طبقة الخدمات وطبقة تجريد وحدة التحكم الإلكترونية وطبقة تجريد وحدة التحكم الدقيقة وبرامج التشغيل المعقدة.

I. طبقة الخدمة

إنها الطبقة العليا من طبقة البرنامج الأساسية ، وهي توفر وحدات البرامج الأساسية لبرنامج التطبيق وهي مستقلة عن وحدة التحكم الدقيقة وأجهزة وحدة التحكم الإلكترونية.

توفر طبقة الخدمة وظائف مثل

• خدمات الذاكرة (إدارة NVRAM)
• خدمات التشخيص (بما في ذلك UDS ذاكرة الاتصال والخطأ)
• اتصالات شبكة المركبات وإدارتها
• إدارة الدولة ECU
• نظام التشغيل (OS)

تركيب هذه الطبقة مخصص لوحدة التحكم الدقيقة (MCU) وأجزاء من أجهزة وحدة التحكم الإلكترونية وتطبيقاتها.

II. طبقة تجريد وحدة التحكم الإلكترونية

تعمل هذه الطبقة كواجهة لطبقة تجريد وحدة التحكم الدقيقة والتي تحتوي أيضًا على بعض برامج تشغيل الأجهزة الخارجية. لديها إمكانية الوصول إلى الأجهزة الطرفية والأجهزة بغض النظر عن مكان وجودها داخل أو خارج وحدة التحكم الصغيرة. كما يوفر واجهة برمجة التطبيقات للتفاعل مع وحدة التحكم الدقيقة.

ثالثا. طبقة تجريد متحكم دقيق (MCAL)

طبقة وحدة التحكم الدقيقة هي طريق الوصول للتواصل مع الأجهزة. تم تأطير هذه الطبقة لتجنب الوصول المباشر إلى سجلات وحدة التحكم الدقيقة. و حدة تحكم الجزئي طبقة تجريد (MCAL) هي طبقة الأجهزة المصممة لضمان واجهة قياسية لمكونات البرامج الأساسية. إنه يوفر قيمًا مستقلة لوحدة التحكم الدقيقة لمكونات البرنامج الأساسي كما يدير الأجهزة الطرفية لوحدة التحكم الصغيرة.

يتم تزويد MCAL بآلية إعلام بحيث يمكنها دعم توزيع الأوامر والاستجابات والمعلومات لعملية مختلفة. بصرف النظر عن هذا ، يمكن أن تتضمن MCAL بعض الوظائف والأجهزة مثل الإدخال / الإخراج الرقمي (DIO) ، المحول التناظري / الرقمي (ADC) ، معدل عرض النبض (De) (PWM ، PWD) ، EEPROM (EEP) ، الفلاش (FLS) ، Capture Compare Uni (CCU) ، Watchdog Timer (WDT) ، الواجهة الطرفية التسلسلية (SPI) ، ناقل I2C.

رابعا. برنامج تشغيل الجهاز المعقد (CDD)

هذه الطبقة لها توقيت خاص ومتطلبات وظيفية للتعامل مع أجهزة الاستشعار والمشغلات المعقدة. يتم استخدام CDD للتعامل مع الوظائف المعقدة ، ولا يمكن العثور عليه في أي طبقات أخرى ولديه القدرة على الوصول إلى وحدة التحكم الدقيقة مباشرة. تشمل الوظائف المعقدة التحكم في الحقن ، والتحكم في القيم الكهربائية ، واكتشاف زيادة الموضع ، إلخ.

أهداف AUTOSAR

تم إنشاء AUTOSAR لأسباب معينة مفيدة للحاضر والتي ستكون مفيدة في المستقبل أيضًا ، بعض الأهداف مذكورة أدناه.

• تنفيذ وتوحيد الوظائف الأساسية كحل "أساسي قياسي" على مستوى الصناعة.
• تكامل وحدات وظيفية من موردين مختلفين.
• من السهل الحفاظ على العملية طوال دورة الحياة.
• القدرة على توسيع نطاق المركبات المختلفة بشكل مستقل عن المنصة.
• تفعيل التكرار.
• النظر في التوافر ومتطلبات السلامة.
• سهولة نقل الوظائف من وحدة تحكم إلكترونية إلى وحدة تحكم إلكترونية أخرى داخل الشبكة.
• استخدام الأجهزة التجارية الجاهزة على الرف (COTS) أكثر.
• تحديثات وترقيات البرامج المنتظمة طوال عمر السيارة.

فوائد AUTOSAR

تقدم AUTOSAR مزايا مختلفة في مراحل مختلفة من دورة حياة السيارة

مصنعي المعدات الأصلية: مع AUROSAR ، يمكنك استخدام نفس رمز البرنامج مرارًا وتكرارًا لمصنعي المعدات الأصلية المختلفين. إنه أكثر مرونة للتكيف مع التصميمات المختلفة ويقلل أيضًا من وقت وتكلفة الإنتاج.

الموردون: يمكن للموردين زيادة كفاءتهم في التطوير الوظيفي وإنشاء نموذج أعمال خاص بهم يناسبهم.

مزود الأدوات: لدى AUTOSAR واجهة مشتركة تساعد مزود الأدوات على توحيد عملية التطوير الخاصة بهم.

الوافد الجديد إلى السوق: بالنسبة للوافدين الجدد ، تعمل أوتوسار كواجهة شفافة ومحددة يمكن أن تساعدهم على فهم معايير الصناعة وأيضًا لإنشاء نماذج أعمالهم الخاصة.

ماذا تتوقع من خلال AUTOSAR؟

تم تصميم AUTOSAR لخدمة أغراض مختلفة لأقسام مختلفة في صناعة السيارات. نظرًا لأنه متعدد الاستخدامات ومرن ، يمكنك القيام بالعديد من الأشياء بخلاف ذلك ، فإن بعض النتائج الأساسية التي يمكن أن يوفرها لك AUTOSAR هي القدرة على إعادة استخدام البرنامج الموجود فيه لوحدات متعددة ويمكن استبدال البرنامج المستخدم أينما كان تعمل AUTOSAR كمنصة قياسية لجميع برامج المركبات وليس لها أي تطبيق خاص بها.

يحتوي على نظام تشغيل بوظائف أساسية وبرامج واجهة والميزة الرئيسية هي أنه يمكن استخدام نفس الواجهة في جميع البرامج الأساسية. يتم توفير وظائف AUTOSAR كمكونات برمجية وجميع المكونات المعنية مستقلة عن الأجهزة.