2.3　AUTOSAR軟件組件

軟件組件（SWC）不僅僅是應(yīng)用層的核心，也是一些抽象層、復(fù)雜驅(qū)動(dòng)層等實(shí)現(xiàn)的載體。由于軟件組件包含的概念較多，這里單獨(dú)介紹AUTOSAR軟件組件相關(guān)概念，這是后期進(jìn)行應(yīng)用層、抽象層等開發(fā)的基礎(chǔ)。

AUTOSAR軟件組件大體上可分為原子軟件組件（Atomic SWC）和部件（Composition SWC）。其中，部件可以包含若干原子軟件組件或部件。原子軟件組件則可根據(jù)不同用途分為以下幾種類型：

①應(yīng)用軟件組件（Application SWC）；

②傳感器/執(zhí)行器軟件組件（Sensor/Actuator SWC）；

③標(biāo)定參數(shù)軟件組件（Parameter SWC）；

④ECU抽象軟件組件（ECU Abstraction SWC）；

⑤復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件組件（Complex Device Driver SWC）；

⑥服務(wù)軟件組件（Service SWC）。

應(yīng)用軟件組件（Application SWC）主要用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層控制算法。

傳感器/執(zhí)行器軟件組件（Sensor/Actuator SWC）用于處理具體傳感器/執(zhí)行器的信號(hào)，可以直接與ECU抽象層交互。

標(biāo)定參數(shù)軟件組件（Parameter SWC）主要提供標(biāo)定參數(shù)值。

ECU抽象軟件組件（ECU Abstraction SWC）提供訪問(wèn)ECU具體I/O的能力。該軟件組件一般提供引用C/S接口的供型端口，即Server端，由其他軟件組件（如傳感器/執(zhí)行器軟件組件）的需型端口（Client端）調(diào)用。此外，ECU抽象軟件組件也可以直接和一些基礎(chǔ)軟件進(jìn)行交互。

復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件組件（Complex Device Driver SWC）推廣了ECU抽象軟件組件，它可以定義端口與其他軟件組件通信，還可以與ECU硬件直接交互。所以，該類軟件組件靈活性最強(qiáng)，但由于其和應(yīng)用對(duì)象強(qiáng)相關(guān)，從而導(dǎo)致其可移植性較差。

服務(wù)軟件組件（Service SWC）主要用于基礎(chǔ)軟件層，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口或標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR接口與其他類型的軟件組件進(jìn)行交互。

需要指出的是，上述這些軟件組件有的僅僅是概念上的區(qū)分，從具體實(shí)現(xiàn)及代碼生成角度而言都是相通的。下面將詳細(xì)介紹AUTOSAR軟件組件的幾個(gè)重要概念：數(shù)據(jù)類型、端口、端口接口以及內(nèi)部行為。

2.3.1　軟件組件的數(shù)據(jù)類型

AUTOSAR規(guī)范中定義了如下三種數(shù)據(jù)類型（Data Type）：

①應(yīng)用數(shù)據(jù)類型（Application Data Type，ADT）；

②實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型（Implementation Data Type，IDT）；

③基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型（Base Type）。

應(yīng)用數(shù)據(jù)類型（Application Data Type，ADT）是在軟件組件設(shè)計(jì)階段抽象出來(lái)的數(shù)據(jù)類型，用于表征實(shí)際物理世界的量，是提供給應(yīng)用層使用的，僅僅是一種功能的定義，并不生成實(shí)際代碼。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型（Implementation Data Type，IDT）是代碼級(jí)別的數(shù)據(jù)類型，是對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)類型的具體實(shí)現(xiàn)；它需要引用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型（Base Type），并且還可以配置一些計(jì)算方法（Compute Method）與限制條件（Data Constaint）。

在AUTOSAR中，對(duì)于Application Data Type沒(méi)有強(qiáng)制要求使用，用戶可以直接使用Implementation Data Type。若使用了Application Data Type，則必須進(jìn)行數(shù)據(jù)類型映射（Data Type Mapping），即將Application Data Type與Implementation Data Type進(jìn)行映射，從而來(lái)對(duì)每個(gè)Application Data Type進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。

2.3.2　軟件組件的端口與端口接口

軟件組件的端口根據(jù)輸入/輸出方向可分為需型端口（Require Port，RPort）與供型端口（Provide Port，PPort），在AUTOSAR 4.1.1標(biāo)準(zhǔn)中又提出了供需端口（Provide and Require Port，PRPort）。

①需型端口：用于從其他軟件組件獲得所需數(shù)據(jù)或者所請(qǐng)求的操作。

②供型端口：用于對(duì)外提供某種數(shù)據(jù)或者某類操作。

③供需端口：兼有需型端口與供型端口的特性。

需型端口可以和供型端口連接。如圖2.7所示，軟件組件SWC1有一個(gè)需型端口（R）和一個(gè)供型端口（P），其中需型端口與SWC2的供型端口相連，它們之間的交互關(guān)系通過(guò)連線箭頭表示，由SWC2的供型端口指向SWC1的需型端口。SWC3具有一個(gè)供需端口，它可被認(rèn)為自我相連。

由于端口僅僅定義了方向，所以AUTOSAR中用端口接口（Port Interface）來(lái)表征端口的屬性，端口接口主要有如下幾種類型：

①發(fā)送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）；

②客戶端-服務(wù)器接口（Client-Server Interface，C/S）；

③模式轉(zhuǎn)換接口（Mode Switch Interface）；

④非易失性數(shù)據(jù)接口（Non-volatile Data Interface）；

⑤參數(shù)接口（Parameter Interface）；

⑥觸發(fā)接口（Trigger Interface）。

其中，最常用的端口接口是發(fā)送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）與客戶端-服務(wù)器接口（Client-Server Interface，C/S）。如圖2.8所示，軟件組件SWC1具有兩個(gè)端口，其中一個(gè)引用的端口接口類型為發(fā)送者-接收者（S/R）接口，另一個(gè)引用的端口接口類型為客戶端-服務(wù)器（C/S）接口。從中也可以看出，對(duì)于引用發(fā)送者-接收者接口的一組端口而言，需型端口為接收者（Receiver），供型端口為發(fā)送者（Sender）。對(duì)于引用客戶端-服務(wù)器接口的一組端口而言，需型端口為客戶端（Client），供型端口為服務(wù)器（Server）。

下面詳細(xì)討論發(fā)送者-接收者接口（Sender-Receiver Interface，S/R）與客戶端-服務(wù)器接口（Client-Server Interface，C/S）的特性。

（1）發(fā)送者-接收者接口

發(fā)送者-接收者接口用于數(shù)據(jù)的傳遞關(guān)系，發(fā)送者發(fā)送數(shù)據(jù)到一個(gè)或多個(gè)接收者。該類型接口中定義了一系列的數(shù)據(jù)元素（Data Element，DE），這些數(shù)據(jù)元素之間是相互獨(dú)立的。如圖2.9所示，該發(fā)送者-接收者接口SR_Interface中定義了兩個(gè)數(shù)據(jù)元素，名字分別為DE_1與DE_2，并且需要為每個(gè)數(shù)據(jù)元素賦予相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。

需要指出的是，一個(gè)軟件組件的多個(gè)需型端口、供型端口、供需端口可以引用同一個(gè)發(fā)送者-接收者接口，并且它們可以使用該接口中所定義的任意一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)元素，而并不一定使用所有數(shù)據(jù)元素。

 （2）客戶端-服務(wù)器接口

客戶端-服務(wù)器接口用于操作（Operation，OP），即函數(shù)調(diào)用關(guān)系，服務(wù)器是操作的提供者，多個(gè)客戶端可以調(diào)用同一個(gè)操作，但同一個(gè)客戶端不能調(diào)用多個(gè)操作。客戶端-服務(wù)器接口定義了一系列操作（Operation），即函數(shù)，它（們）由引用該接口的供型端口所在的軟件組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，并提供給引用該接口的需型端口所在的軟件組件調(diào)用。如圖2.10所示，該客戶端-服務(wù)器接口CS_Interface中定義了兩個(gè)操作OP_1與OP_2，對(duì)于每一個(gè)操作需要定義相關(guān)參數(shù)及其方向，即函數(shù)的形參。

需要注意的是，每個(gè)端口只能引用一種接口類型，并且引用相同端口接口類型的端口才可以進(jìn)行交互。

2.3.3　軟件組件的內(nèi)部行為

軟件組件的內(nèi)部行為（Internal Behaviour，IB）如圖2.11所示，其主要包括：

①運(yùn)行實(shí)體（Runnable Entity，RE）；

②運(yùn)行實(shí)體的RTE事件（RTE Event）；

③運(yùn)行實(shí)體與所屬軟件組件的端口訪問(wèn)（Port Access）；

④運(yùn)行實(shí)體間變量（Inter Runnable Variable，IRV）。

（1）運(yùn)行實(shí)體

運(yùn)行實(shí)體（Runnable Entity，RE）是一段可執(zhí)行的代碼，其封裝了一些算法。一個(gè)軟件組件可以包含一個(gè)或者多個(gè)運(yùn)行實(shí)體。

（2）運(yùn)行實(shí)體的RTE事件

每個(gè)運(yùn)行實(shí)體都會(huì)被賦予一個(gè)RTE事件（Trigger Event），即RTE事件（RTE Event），這個(gè)事件可以引發(fā)這個(gè)運(yùn)行實(shí)體的執(zhí)行。對(duì)于RTE事件可以細(xì)分為很多種類，這將在后續(xù)章節(jié)介紹軟件組件的內(nèi)部行為設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合工具進(jìn)行介紹。較常用的RTE事件有以下幾種：

①周期性（Periodic）事件，即Timing Event；

②數(shù)據(jù)接收事件（Data-received Event）；

③客戶端調(diào)用服務(wù)器事件（Server-call Event）。

如圖2.12所示，其中Runnable_1、Runnable_2和Runnable_3分別采用了Timing Event、Data-received Event以及Server-call Event。

（3）運(yùn)行實(shí)體與所屬軟件組件的端口訪問(wèn)

運(yùn)行實(shí)體與所屬軟件組件的端口訪問(wèn)（Port Access）是和端口所引用的端口接口類型密切相關(guān)的。

對(duì)于S/R通信模式，可分為顯示（Explicit）和隱式（Implicit）兩種模式。若運(yùn)行實(shí)體采用顯示模式的S/R通信方式，數(shù)據(jù)讀寫是即時(shí)的；當(dāng)多個(gè)運(yùn)行實(shí)體需要讀取相同的數(shù)據(jù)時(shí)，若能在運(yùn)行實(shí)體運(yùn)行之前先把數(shù)據(jù)讀到緩存中，在運(yùn)行實(shí)體運(yùn)行結(jié)束后再把數(shù)據(jù)寫出去，則可以改善運(yùn)行效率，這就是隱式模式。顯示模式與隱式模式的對(duì)比如圖2.13所示，可見(jiàn)后者的實(shí)現(xiàn)方式中，會(huì)在運(yùn)行實(shí)體被調(diào)用之前讀數(shù)據(jù)，在運(yùn)行結(jié)束后寫數(shù)據(jù)。

對(duì)于C/S通信模式，可分為同步（Synchronous）和異步（Asynchronous）兩種模式，它們的對(duì)比如圖2.14所示。

（4）運(yùn)行實(shí)體間變量

運(yùn)行實(shí)體間變量（Inter Runnable Variable，IRV）即兩個(gè)運(yùn)行實(shí)體之間交互的變量，如圖2.15所示。