说说AUTOSAR数据类型的那些事儿

一时失言乱红尘 2022-11-21 15:21 498阅读 0赞

数据类型的定义是AUTOSAR设计中非常重要的一部分，在Signal-Based的架构中，数据往往是一些简单的类型，如布尔、枚举、有/无符号整型。随着以太网在车载上的应用，面向服务架构的兴起，在功能定义和网络设计中，我们也面临越来越多的复杂数据类型的定义，如结构体、多维数组、变长数组、变长字符串、Union等等。这些类型的数据库文件（ARXML）开发及建模是一系列复杂繁琐的步骤，受一系列规则的约束限制，对我们而言无疑是一个新的挑战。

## **AUTOSAR数据类型回顾** ##

AUTOSAR按照不同的抽象级别，定义了对数据进行描述的三个不同的层次，分别如下：

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**应用数据类型（ADT）：**从应用逻辑的角度描述数据，体现该数据在现实中的物理语义、物理取值范围、物理单位等。在ADT中通常会关联一个计算公式（Computation Method），描述数据从物理（值）范围到内部数字（位）级别的转换关系。一般地，在功能定义的过程中，我们会使用ADT的方式对数据进行描述，此时，各应用之间的通信还处于VFB（Virtual Function Bus）的阶段。

**实现数据类型（IDT）：**从代码实现的角度描述数据，尽管IDT仍是一层抽象概念，但可近似认为IDT为从实际代码实现（如C语言）的角度，对数据类型的定义。

**基本类型：**从Bit或Byte的角度描述底层平台（Platform）支持的原生类型，这些原生类型最终构建了IDT的实现。

完整的AUTOSAR数据类型定义包含ADT、IDT和Base Type，且ADT和IDT之间需要定义映射关系，IDT和Base Type之间需要定义关联关系。ADT和IDT各有关注点和使用场合，实际应用过程中，当我们对物理语义不是很关心的时候，可以只定义IDT而不定义ADT。

在一个实际AUTOSAR系统设计中，数据类型的定义和建模必须参照上述基本设定，对于复杂数据类型的定义和建模，还是存在很多“坑”需要避开的。由于篇幅受限，今天小编将以复杂的数据类型之一——变长数组为例为大家带来一些参考。（PS：各位看官如果对这一块内容感兴趣的话，请在下方留言，后续我们还会陆续补充其他复杂数据类型的设计和建模讲解。）

## **变长数组** ##

AUTOSAR中变长数组数据类型的支持是在两次浪潮中引入的，每一次浪潮都有不同的动机。

第一次浪潮，俗称“Old-World”，变长数组仅仅支持数组元素的类型为一个字节无符号整型的数组，这次的引入主要用来满足诊断的通信要求以及对J1939通信协议的支持。这两种应用场景，无论哪一种情况，都可以根据上一级协议确定变长数组的实际长度，比如通过CANTP或通过J1939 TP（长度字段）来确定。

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“旧世界”变长数组定义的特点是（以IDT为例）：

*  数据类型的类别（CATAGORY）定义为ARRAY
 *  ImplementationDataType没有定义dynamicArraySizeProfile属性
 *  ImplementationDataType包含一个subElement，该subElement：

–存在属性arraySizeSemantics，并将其设置为variableSize–没有定义arraySizeHandling属性

*  ImplementationDataType.swDataDefProps.baseType存在并且满足

–baseTypeEncoding存在并设置为NONE–baseTypeSize存在并且设置为8（一个字节整型类型）

第二次浪潮，被称为“New-World”，此次浪潮是由应用程序软件本身推动的，应用程序本身负责在运行时维护变长数组实际长度，而该长度无法由任何上下层软件模块或者上层协议来确定/计算得出。

“新世界”的变长数组IDT的定义需满足：

*  数据类型的类别（CATAGORY）定义为STRUCTURE
 *  ImplementationDataType需要定义DynamicArraySizeProfile属性，用于表示数组的结构形式（见下文解析）
 *  ImplementationDataType中定义两个subElement，一个为sizeIndicator，另一个为变长数组本身，变长数组本身需要定义其ArraySizeHandling属性。

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注：变长数组的sizeIndicator包含实际运行中变长数组有效元素的数量，由发送方的上层应用软件主动更新，这是唯一知道数组中有多少个有效元素的软件模块实例。该信息将帮助RTE有效地对变长数组进行处理。

与“旧世界”情况不同，变长数组的数组元素类型不再限制为一个字节的无符号整型，可以是任意类型的数据。而更重要的是，变长数组可以支持多种可能的数组结构形式，体现在DynamicArraySizeProfile属性中。

*  **线形（图a）：**变长数组元素的数据类型不包含变长数组，其对应的DynamicArraySizeProfile的值设置为VSA\_LINEAR。
 *  **正方形（图b）：**变长数组元素的数据类型包含变长数组，且“第二维”数组中的每个变长元素的长度相同，并等于“第一维”数组中的元素最大个数。此时，DynamicArraySizeProfile的值设置为VSA\_SQUARE。
 *  **矩形（图c）：**变长数组元素的数据类型包含变长数组，且“第二维”数组中的每个变长元素的长度相同，但不等于 “第一维”数组中的元素最大个数。这种情况对应的DynamicArraySizeProfile的值设置为VSA\_RECTANGULAR。
 *  **完全灵活形（图d）**：变长数组元素的数据类型包含变长数组，其中“第二维”数组中每个变长元素的长度不一定彼此相同，显然，也不一定等于“第一维”数组中的元素最大个数。此时，对应的DynamicArraySizeProfile的值设置为VSA\_FULLY\_FLEXIBLE。

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## **变长数组建模** ##

如开头所述，AUTOSAR数据类型的建模包含复杂繁琐的步骤，受一系列规则的约束限制。以PREEvision工具中变长数组的设计为例，拆解为3个主要步骤如下。

**1、Application数据类型定义**

创建一个变长数组（Application Array Type），根据上文中的说明，定义其DynamicArraySizeProfile，本示例设置为VSA\_LINEAR。

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**LengthType：**Variable变长；Fixed定长

**ArraySizeHandling：**数组中每个元素大小一致，配为All indices same array size对应VSA\_LINEAR，VSA\_SQUARE，VSA\_ RECTANGULAR；若数组中每个元素大小不一致，对应完全灵活形VSA\_FULLY\_FLEXIBLE，则配成All indices different array size。

**Length：**（第一维）最大数组元素个数

**Array Element Type：**关联数组元素的数据类型，本例中为uint8\_ADT。

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**2、Implementation数据类型定义**

创建变长数组IDT Structure，并定义两个结构体元素，分表代表sizeIndicator和数组本身（uint8ArrayDynamic），Structure的DynamicArraySizeProfile属性同样设置为VSA\_LINEAR。

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分别创建一个整型（如uint16）和变长数组（本例中uint8ArrayDynamic）并关联到Structure元素中。uint8ArrayDynamic中关联数组元素的数据类型，本例中为uint8\_IDT，以及ArraySizeHandling，DynamicArraySizeProfile等属性（同上）。

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最后，将ADT和IDT映射（Mapping）起来，需要注意的是，数组中元素的ADT和IDT之间也同样需要映射。

**3、BaseType**

最终，所有复杂的数据类型都拆解到简单数据类型上，并关联平台的原生类型。

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Base Type中，Native Declaration用于生成C语言中的数据类型服务，即typedef，如果不定义Native Declaration，则要求相应的IDT的shortName（uint8）和AUTOSAR代码中预定义的平台或标准类型中的名称保持一致。

以上，变长数组的设计就完成了，对这一块感兴趣的同学，一定记得在文章下方留言哦，我们将会继续补充其他复杂数据类型的设计和建模讲解，请大家持续关注怿星科技~

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