AUTOSAR SoAd (Socket Adaptor)

1. 简介和功能概述

本文档说明了AUTOSAR基本软件模块Socket Adaptor（SoAd）的功能、API和配置。

数据传输的TCP/IP概念，特别是使用以太网作为物理层，已经成为计算和电信环境中的事实上的标准。应用程序的寻址、端点的逻辑寻址和物理寻址都覆盖在一套分层的协议和数字分配中。动态配置和路由是实现这些概念的核心。

AUTOSAR遵循静态通信关系（static communication relations）的概念，该概念在编译时预先确定，在运行时严格执行。传输的数据被认为与它需要往返的源和接收一样是预先确定的。

Socket Adaptor模块旨在弥合这两个概念之间的差距。通过建立一个包含AUTOSAR所需信息的预先确定的配置，并保留一些项，以便在运行时进行更新，就可以利用相互冲突的概念。此外，SoAd将基于回调（call-back based）的软件体系结构与TCP/IP世界中的基于套接字（socket based）的通信处理解耦。

SoAd模块的主要目的是在使用PDU（如：PDU Router）的AUTOSAR通信服务模块和基于socket的TCP/IP堆栈之间创建一个接口。它将I-PDU ID映射到插座连接，反之亦然。TCP/IP协议栈在TcpIp SWS中指定，如图1所示。为了便于了解，本文略示了TCP/IP堆栈的内部功能结构。

SoAd模块，以及以太网通信栈，首先在AUTOSAR R4.0.1中引入，在AUTOSAR R4.0.3和AUTOSAR R4.1.1之间有一些主要的概念并不相同。

扩展的AUTOSAR通信堆栈

2. 相关的文档

2.1. 输入文档

  1. Layered Software Architecture

    AUTOSAR_EXP_LayeredSoftwareArchitecture.pdf

  2. General Requirements on Basic Software Modules

    AUTOSAR_SRS_BSWGeneral.pdf

  3. Specification of Communication Stack Types

    AUTOSAR_SWS_CommunicationStackTypes.pdf

  4. Specification of ECU Configuration

    AUTOSAR_TPS_ECUConfiguration.pdf

  5. Specification of BSW Scheduler

    AUTOSAR_SWS_BSW_Scheduler.pdf

  6. Specification of Default Error Tracer

    AUTOSAR_SWS_DefaultErrorTracer.pdf

  7. Basic Software Module Description Template

    AUTOSAR_TPS_BSWModuleDescriptionTemplate.pdf

  8. Specification of UDP Network Management

    AUTOSAR_SWS_UDPNetworkManagement.pdf

  9. Requirements on Ethernet

    AUTOSAR_SRS_Ethernet.pdf

  10. List of Basic Software Modules

    AUTOSAR_TR_BSWModuleList

  11. Specification of Service Discovery

    AUTOSAR_SWS_ServiceDiscovery.pdf

  12. Specification of PDU Router

    AUTOSAR_SWS_PDURouter.pdf

  13. Specification of TCP/IP Stack

    AUTOSAR_SWS_TCPIP.pdf

  14. Specification of Module XCP

    AUTOSAR_SWS_XCP.pdf

  15. Specification of Diagnostics over IP

    AUTOSAR_SWS_DoIP.pdf

  16. General Specification of Basic Software Modules

    AUTOSAR_SWS_BSWGeneral.pdf

2.2. 相关标准及规范

  1. IETF RFC 4702

    http://tools.ietf.org/html/rfc4702

  2. IETF RFC 4704

    http://tools.ietf.org/html/rfc4704

3. 约束和假设

在以太网上使用TCP/IP传输数据需要大约60字节的报头信息（header information）。这意味着对于小消息，头开销可能达到一个无法接受的高百分比。

为了避免进一步的协议开销，这里描述了对每个PDU使用单个socket连接。然而，这种解决方案是非常耗费资源的，特别是在要传输许多小型PDU的情况下。这里描述的一种解决方案是添加一个包含ID和长度信息的小PDU头（PDU header）。这样可以通过一个插座连接来传输多个PDU。此外，AUTOSAR规范还包括一个资源保护方案作为一个可选项。

AUTOSAR规范不涉及UDP或TCP端口号（Port numbers）的分配。IANA分配的号码范围内没有预留空间。每个实现者负责管理使用的端口号。

SoAd标准文档也不涉及IP地址的管理。这可以是动态的，例如使用DHCP，也可以是静态的。它是实现者的责任，以防止地址冲突和实现符合IANA地址分配。

4. 对其他模块的依赖关系

4.1. AUTOSAR TCP/IP Stack

TcpIp模块实现了TCP/IP协议族中的主要协议（TCP、UDP、IPv4、ARP、ICMP、DHCP、IPv6、NDP、ICMPv6、DHCPv6），并通过以太网提供了基于socket的动态通信。SoAd模块是TcpIp模块可能的上层模块之一。

4.2. 通用的上层

SoAd模块提供了通用的上层支持，即SoAd向任何符合SoAd通用上层API/配置的上层提供服务。SoAd的每个上层可以指定它想要使用的服务类型。

在AUTOSAR体系结构中，已经定义了许多SoAd上层模块。以下列表指定了这些模块，并提供了所使用的SoAd服务的大致描述:

  • PduR（PDU Router）: IF-PDU和TP-PDU API
  • UdpNm（UDP Network Management ）: IF-PDU API
  • XCP（XCP on Ethernet）: IF-PDU API
  • Sd（Service Discovery）: IF-PDU API, Control API
  • DoIP（Diagnostics over IP ）: IF-PDU和TP-PDU API, Control API

5. 功能规范

SoAd通过TCP/IP网络实现基于PDU（PDU-Based）的通信。因此，AUTOSAR I-PDU被映射到由SoAd配置和维护的套接字连接（socket connections）。当多个I-PDU使用Socket连接时，可以在每个I-PDU的前面添加一个SoAd PDU头（SoAd PDU Header）。消息接受策略（A message acceptance policy）用来定义如何接受远程节点（Remote nodes）的TCP连接和UDP数据报文。套接字连接可以通过来自上层的请求自动或手动打开。同时也定义了对于套接字连接的断开和恢复的策略。SoAd的上层可以使用IF-API和TP-API的接口来进行PDU的传输和接收。SoAd的上层可以通过定义PDU路由组（PDU routing groups）有选择地使能或者禁止socket连接进出的PDU报文的路由。一个IF-PDU也可以转发给多个套接字连接。或者从一个套接字连接收到的消息可以作为不同的IF-PDU转发给同一或不同的SoAd上层（PDU Fan-out）。

注意:SoAd模块不提供任何方法来调整PDU中的位或字节顺序（Endianness）。

5.1. 套接字连接（Socket Connections）

TCP/IP通信是基于Internet套接字（Internet socket）的。Internet套接字是通信链路的端点（endpoint），由元组IP地址和端口标识。根据传输协议，套接字可被分为UDP套接字（UDP sockets）和TCP套接字（TCP sockets）。在UDP套接字中，用于通过UDP-用户数据报协议（User Datagram Protocol）进行无连接通信。而TCP套接字则用于通过TCP-传输控制协议（Transmission Control Protocol）进行面向连接的通信。TCP基于点对点（point-to-point）的通信关系。广播或多播在TCP中是不可能的。TCP要求一方建立连接，另一方接受传入的请求。两个站（stations）之间可以建立多个连接，每个连接将由不同的套接字处理，至少需要连接使用一个不同的端口号。在TCP中，所有从源发送到接收器的消息都被认为是一个按顺序的连续字节流。TCP的确认方案（acknowledgement scheme）可以保证跨消息的字节顺序的正确性。如果接收器在一定时间内没有确认接收，则消息由源重新传输。TCP保证了数据的完整性（通过校验和的方式）、字节顺序和完整性。

为了抽象TCP/IP通信，SoAd定义了套接字连接。SoAd套接字连接定义了连接的本地套接字（即本地地址标识符和本地端口）和一个远程的套接字（即远程IP地址和端口）信息，以及其他的连接参数：如传输协议；SoAd PDU头的使用；缓冲需求；连接设置；传输协议等相关参数。每个套接字连接可以由一个唯一的标识符（SoConId）来标识。每个本地套接字为了能同时支持多个通信伙伴，可以将具有相同连接参数的套接字分组成套接字连接分组（socket connection groups）。

当SoAd_OpenSoCon函数和SoAd_CloseSoCon函数分别调用时，SoAd应该存储一个打开或关闭套接字连接的请求。但根据连接设置和关闭策略，仅在SoAd_MainFunction函数中处理该请求。

5.1.1. 套接字连接打开

在SoAd_MainFunction中，SoAd应该尝试打开每个满足以下所有准则的套接字连接:

  1. 没有分配TcpIp Socket的套接字连接。
  2. SoAdSocketAutomaticSoConSetup为TRUE的隐性的请求，或者先前被SoAd_OpenSoCon函数调用的显式地请求，而该调用还没有被随后的SoAd_CloseSoCon函数调用撤销。
  3. 设置了远程地址（remote address is set），通过配置指定或通过调用函数SoAd_SetRemoteAddr函数。
  4. 分配本地IP地址（local IP address is assigned），即调用了SoAd_LocalIpAddrAssignmentChg函数，相关的LocalAddrId和TCPIP_IPADDR_STATE_ASSIGNED作为状态。

TODO: to be continue

5.2. PDU传输（PDU Transmission）

当上层模块的PDU通过UDP或TCP套接字传输时，SoAd配置指定了一条与套接字连接（Socket Connection）相连的PDU路由。一个PDU路由（SoAdPduRoute或者SoAdPduRouteDest）用来描述如何从SoAd的上层模块到TcpIp堆栈中的套接字连接（Socket connection）的路由定义。该套接字连接（Socket connection）的定义通过SoAdSocketConnection或者SoAdSocketConnectionGroup进行定义。SoAd的上层模块可以使用Interface (IF) API或Transport Protocol (TP) API分别用于传输请求和数据提供。

5.2.1. 通过IF-API传输PDU

如果使用IF-API传输上层请求的PDU，则SoAd需要完成以下操作：

  1. 使用SoAd_IfTransmit()提供的TxPduId来识别相关的socket连接和PDU路由
  2. 如果PDU长度> 0或SoAdPduHeaderEnable为TRUE，则根据连接类型调用相应的TcpIp传输函数，否则SoAd跳过进一步处理，返回E_NOT_OK。

5.2.2. 通过TP-API传输PDU

如果使用TP-API传输上层请求的PDU，则SoAd需要完成以下操作：

  1. 如果PDU长度为0，跳过进一步处理，返回E_NOT_OK。
  2. 使用SoAd_TpTransmit()提供的TxPduId来识别相关的socket连接和PDU路由。
  3. 将TP传输请求保存在SoAd_MainFunction()中，以便进一步处理。

在SoAd_MainFunction()中，SoAd将检查等待中的TP传输请求，并按照如下规定处理等待中的请求:

  1. 通过PduInfoType.SduLength = 0调用可配置回调函数<up>_[SoAd][Tp]CopyTxData()，查询上层可用数据量。
  2. 根据连接类型：检索数据并调用相应的TcpIp传输函数。

注意： TxPduId在SoAd配置中用来标识SoAdPduRoute，它包含一个或多个SoAdPduRouteDest容器。以及此SoAdPduRouteDest容器所使用的SoAdSocketConnection。

5.3. PDU接收（PDU Reception）

当使用UDP或TCP套接字接收PDU时, SoAd需配置一个引用套接字连接的套接字路由。套接字路由（Socket route）通过SoAdSocketRoute或者SoAdSocketRouteDest来描述了从TcpIp栈到SoAd的相关上层模块的路由。UDP或TCP套接字通过SoAdSocketConnection或者SoAdSocketConnectionGroup进行描述。SoAd的上层模块可以使用Interface (IF) API或Transport Protocol (TP) API来接收PDU。

对于接收来自UDP或TCP套接字的消息，SoAd将接收到的数据作为PDU转发给相应的上层。SoAd需要完成以下操作：

  1. 使用SoAd_RxIndication()提供的SocketId识别相关的套接字连接（socket connection）和套接字路由（socket routes）
  2. 根据消息接收策略对消息进行过滤。
  3. 将消息转换为PDU。
  4. 如果PDU长度为0且SoAdPduHeaderEnable为FALSE或SoAdRxUpperLayerType为TP，则跳过进一步处理。
  5. 根据SocketRouteDest配置中的SoAdRxUpperLayerType调用配置的上层模块的上层类型相关的接收函数。

Reception – Upper Layer If API

Reception – Upper Layer TP API

5.4. TP PDU取消

可以通过调用SoAd_TpCancelReceive()和SoAd_TpCancelTransmit()发送TP取消请求。最终的请求会在SoAd_MainFunction()中被处理

5.5. 路由组（Routing Groups）

为了有选择地启用/禁用经过套接字连接的PDU路由，可以定义路由组（routing groups），同时可以由SoAd的上层模块控制。

如果SoAd_IfTransmit()被调用时，参数TxPduId指向的一个SoAdPduRouteDest属于无效RoutingGroups , SoAd需要跳过这个SoAdPduRouteDest的传输和任务传输成功。只有指向的所有SoAdPduRouteDest属于无效RoutingGroups时，SoAd才需返回错误E_NOT_OK。

如果SoAd_TpTransmit()被调用时，参数xTxPduId指向的一个SoAdPduRouteDest属于无效RoutingGroups, SoAd需要跳过这个SoAdPduRouteDest的传输和任务传输成功。只有指向的所有SoAdPduRouteDest属于无效RoutingGroups时，SoAd才需返回错误E_NOT_OK。

如果接收到的PDU指向的SoAdSocketRouteDest属于未激活的RoutingGroups, SoAd需要直接丢弃该PDU。

6. API规范

6.1. 函数定义

6.1.1. SoAd_GetVersionInfo

void SoAd_GetVersionInfo( 
    Std_VersionInfoType* versioninfo 
)

6.1.2. SoAd_Init

void SoAd_Init( 
    const SoAd_ConfigType* SoAdConfigPtr 
)

6.1.3. SoAd_IfTransmit

Std_ReturnType SoAd_IfTransmit( 
    PduIdType TxPduId, 
    const PduInfoType* PduInfoPtr 
)

6.1.4. SoAd_IfRoutingGroupTransmit

Std_ReturnType SoAd_IfRoutingGroupTransmit( 
    SoAd_RoutingGroupIdType id 
)

6.1.5. SoAd_IfSpecificRoutingGroupTransmit

Std_ReturnType SoAd_IfSpecificRoutingGroupTransmit(         
    SoAd_RoutingGroupIdType id, SoAd_SoConIdType SoConId 
)

6.1.6. SoAd_TpTransmit

Std_ReturnType SoAd_TpTransmit( 
    PduIdType TxPduId, 
    const PduInfoType* PduInfoPtr
)

6.1.7. SoAd_TpCancelTransmit

Std_ReturnType SoAd_TpCancelTransmit( 
    PduIdType TxPduId
)

6.1.8. SoAd_TpCancelReceive

Std_ReturnType SoAd_TpCancelReceive(
    PduIdType RxPduId
)

6.1.9. SoAd_GetSoConId

Std_ReturnType SoAd_GetSoConId( 
    PduIdType TxPduId, 
    SoAd_SoConIdType* SoConIdPtr
)

6.1.10. SoAd_OpenSoCon

Std_ReturnType SoAd_OpenSoCon( 
    SoAd_SoConIdType SoConId
)

6.1.11. SoAd_CloseSoCon

Std_ReturnType SoAd_CloseSoCon( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    boolean abort
)

6.1.12. SoAd_GetSoConMode

void SoAd_GetSoConMode(
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    SoAd_SoConModeType* ModePtr)

6.1.13. SoAd_RequestIpAddrAssignment

Std_ReturnType SoAd_RequestIpAddrAssignment( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    TcpIp_IpAddrAssignmentType Type, 
    const TcpIp_SockAddrType* LocalIpAddrPtr, 
    uint8 Netmask, 
    const TcpIp_SockAddrType* DefaultRouterPtr
)

6.1.14. SoAd_ReleaseIpAddrAssignment

Std_ReturnType SoAd_ReleaseIpAddrAssignment( 
    SoAd_SoConIdType SoConId
)

6.1.15. SoAd_GetLocalAddr

Std_ReturnType SoAd_GetLocalAddr( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    TcpIp_SockAddrType* LocalAddrPtr, 
    uint8* NetmaskPtr, 
    TcpIp_SockAddrType* DefaultRouterPtr 
)

6.1.16. SoAd_GetPhysAddr

Std_ReturnType SoAd_GetPhysAddr( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    uint8* PhysAddrPtr
)

6.1.17. SoAd_GetRemoteAddr

Std_ReturnType SoAd_GetRemoteAddr( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    TcpIp_SockAddrType* IpAddrPtr 
)

6.1.18. SoAd_EnableRouting

Std_ReturnType SoAd_EnableRouting(
    SoAd_RoutingGroupIdType id
)

6.1.19. SoAd_EnableSpecificRouting

Std_ReturnType SoAd_EnableSpecificRouting( 
    SoAd_RoutingGroupIdType id, 
    SoAd_SoConIdType SoConId
)

6.1.20. SoAd_DisableRouting

Std_ReturnType SoAd_DisableRouting( 
    SoAd_RoutingGroupIdType id
)

6.1.21. SoAd_DisableSpecificRouting

Std_ReturnType SoAd_DisableSpecificRouting( 
    SoAd_RoutingGroupIdType id, 
    SoAd_SoConIdType SoConId 
)

6.1.22. SoAd_SetRemoteAddr

Std_ReturnType SoAd_SetRemoteAddr( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    const TcpIp_SockAddrType* RemoteAddrPtr
)

6.1.23. SoAd_SetUniqueRemoteAddr

Std_ReturnType SoAd_SetUniqueRemoteAddr( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    const TcpIp_SockAddrType* RemoteAddrPtr, 
    SoAd_SoConIdType* AssignedSoConIdPtr
)

6.1.24. SoAd_ReleaseRemoteAddr

void SoAd_ReleaseRemoteAddr( 
    SoAd_SoConIdType SoConId
)

6.1.25. SoAd_TpChangeParameter

Std_ReturnType SoAd_TpChangeParameter( 
    PduIdType id, 
    TPParameterType parameter, 
    uint16 value
)

6.1.26. SoAd_ReadDhcpHostNameOption

Std_ReturnType SoAd_ReadDhcpHostNameOption( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    uint8* length, 
    uint8* data
)

6.1.27. SoAd_WriteDhcpHostNameOption

Std_ReturnType SoAd_WriteDhcpHostNameOption( 
    SoAd_SoConIdType SoConId, 
    uint8 length, 
    const uint8* data
)

6.1.28. SoAd_GetAndResetMeasurementData

Std_ReturnType SoAd_GetAndResetMeasurementData( 
    SoAd_MeasurementIdxType MeasurementIdx, 
    boolean MeasurementResetNeeded, 
    uint32* MeasurementDataPtr
)

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