AUTOSAR PduR (PDU Router)

1. 简介和功能概述

本文介绍了AUTOSAR PDU 路由器模块 (PduR) 模块的功能和API。

PDU路由器模块（PDU Router）使用以下模块为I-PDU交互层协议数据单元（Interaction Layer Protocol Data Units）提供路由服务：

  • 通信接口模块（Communication interface modules）：使用 <Provider:Up> 或 <Provider:Lo> API。例如：Com、IPduM、LinIf、CanIf、CanNm、FrIf和FrNm等模块。
  • 传输协议模块（Transport Protocol modules）：使用 <Provider:UpTp> 或 <Provider:LoTp> API.例如：J1939Tp、LinTp、CanTp、FrTp、Com和Dcm等模块。

I-PDU路由的执行是基于静态定义的I-PDU标识符。不支持在运行时I-PDU的动态路由。例如：依据I-PDU的有效载荷。

相关联的模块可以是向上的（upper），例如：Dlt、Dcm、Com和IpduM等，也可以是向下的（lower），如：CanIf、FrIf、LinTp、IpduM、CanNm、FrNm等。

注意： 因为IpduM有两个不同的角色，所以它既被归为上层模块，也可属于下层模块，例如：作为下层模块，Com模块和IpduM模块之间的通信；作为上层模块：IpduM模块和下层通信接口模块（communication interface module）之间的通信。

PDU路由器模块使用了基于接口模块的通用方法。相连接的模块是在PDU路由器模块配置中进行配置。前面段落中列出的模块只是一个示例，并非详尽的列表。PDU路由器可以通过轻松配置，以支持其他上层和下层模块。这种方法还允许将CDD复杂设备驱动程序 (Complex Device Driver) 集成为PDU路由器的上层或下层模块。

PDU路由器模块的用户列表并不固定。下面列出了最常见的上层和下层对组合：

  • 诊断通信管理器 (Dcm) 和传输协议模块（Transport Protocol modules）。
  • Com和通信接口模块（Communication Interface modules）、传输协议模块（Transport Protocol modules）或者I-PDU多路复用器（I-PDU Multiplexer）
  • I-PDU多路复用器（I-PDU Multiplexer）和通信接口模块（Communication Interface modules）。

1.1. AUTOSAR 架构

PDU路由器模块是AUTOSAR通信结构[1]中的核心模块。图1.1概述了AUTOSAR通信结构。

Figure1-1

1.2. PDU路由器模块功能概述

PDU路由器模块是AUTOSAR基础软件（BSW）的一部分，并且在每个AUTOSAR ECU中必须被实例化。

详细的PDU路由器模块结构如图1.2所示。

Figure1-2

PDU Router模块主要由两部分组成：

PDU路由器路由路径：

描述每个需被路由的I-PDU的路由属性的静态路由路径。

路由路径可以（如果支持）更新:

  • 可在ECU 的编程状态下Post-build加载。
  • 在初始化PDU路由器时，通过Post-build进行Variant的选择。

PDU路由器引擎：

根据PDU路由器路由路径执行路由操作的实际代码。

PDU 路由器引擎必须处理：

  • 将I-PDU从源路由到目的地。
  • 将源I-PDU ID转换为目标I-PDU ID。例如：PduR_Com Transmit到CanIf_Transmit，PduR_CanIfTxConfirmation到ComTxConfirmation。

1.3. I-PDU处理

I-PDU通过静态的I-PDU ID标识。PDU路由器模块通过使用静态配置表中的I-PDU ID来确定I-PDU的目的地。I-PDU可用于与PDU路由器模块上方的模块进行直接的数据交换，例如：Com模块和Dcm模块。PDU路由器模块的路由操作不会修改I-PDU的内容，它只是将I-PDU转发到目的地的模块。在TP网关的情况下，可以在接收到完整的I-PDU之前，将I-PDU开始转发到目的地，，也被称作为实时网关（on-the-fly gatewaying）功能。

在配置中设置I-PDU ID同样用于实现的API中。这将允许在每个接收I-PDU ID的模块中，有效地实现查找表（look-up tables）功能。例如：PDU路由器模块的配置包含PduR_CanIfTxConfirmation的I-PDU ID，而CanIf模块的配置包含CanIf_Transmit的I-PDU ID。

以下列表总结了PduR的路由功能：

  1. I-PDU转发（I-PDU Forwarding）
    1. 上层发送（Transmission from upper layer）
      1. 通讯接口（Communication Interface）
        • 单播 (1:1)：一个I-PDU从一个本地模块到一个通信接口模块。
        • 组播 (1:n)：一个I-PDU从一个本地模块到多个通信接口模块。
      2. 传输协议（Transport Protocol）
        • 单播 (1:1)：一个I-PDU从一个本地模块到一个传输协议模块（单帧和多帧）。
        • 组播 (1:n)：一个I-PDU从一个本地模块到多个传输协议模块（单帧和多帧）。
    2. 上层接收（Reception to upper layer）
      1. 通讯接口（Communication Interface）
        • 单播 (1:1)：一个I-PDU从一个通信接口模块到一个本地模块。
        • 组播 (1:n)：一个I-PDU从一个通信接口模块到多个本地模块。
        • 扇入 (n:1)：一个I-PDU从多个通信接口模块到一个本地模块。
      2. 传输协议（Transport Protocol）
        • 单播 (1:1)：一个I-PDU从一个传输协议模块到一个本地模块（单帧和多帧）。
        • 组播 (1:n)：一个I-PDU从一个传输协议模块到多个本地模块（单帧和多帧）。
  2. I-PDU网关（I-PDU Gatewaying）
    1. 通讯接口（Communication Interface）
      • 网关 (1:1)：一个I-PDU从一个通信接口模块到一个使用last-is-best/FIFO/无缓冲区的通信接口模块。
      • 网关 (1:n)：一个I-PDU从一个通信接口模块到多个使用last-is-best/FIFO/无缓冲区的通信接口模块。
      • 网关 (n:1)：一个I-PDU从多个通信接口模块到一个使用last-is-best/FIFO/无缓冲区的通信接口模块，但一次只能启用一个源。
    2. 传输协议（Transport Protocol）
      • 网关 (1:1)：一个I-PDU从一个传输协议模块到一个使用缓冲区的传输协议模块。
      • 网关 (1:n)：一个I-PDU从一个传输协议模块到多个使用缓冲区的传输协议模块。
      • 网关 (n:1)：一个I-PDU从多个传输协议模块到一个使用缓冲区的传输协议模块，但一次只能启用一个源。
  3. 组合I-PDU网关和I-PDU转发
    1. 通讯接口（Communication Interface）
      • 一个I-PDU可以被一个或多个上层模块接收，同时通过网关连接到一个或多个使用last-is-best/FIFO/无缓冲区的通信接口。
    2. 传输协议（Transport Protocol）
      • 一个I-PDU（仅支持单帧）可以被一个或多个上层模块接收，同时通过网关连接到一个或多个使用缓冲区的传输协议模块。

2. 缩略语

2.1. 术语

上层模块(Up)（Upper Layer Modules）

PDU路由器模块的上方模块。该层通常包括Com和诊断通信管理器 (Dcm)。

下层模块(Lo)（Lower Layer Modules）

PDU路由器模块的下方模块。该层可能包括CAN、LIN、FlexRay、以太网通信接口模块和相应的TP模块。

PDU路由器（PDU Router）

将I-PDU从一个模块传输到另一个模块的模块。PDU路由器模块可用于网关操作和内部路由目的。

即时网关（on-the-fly gatewaying）

网关的能力。两个TP 模块之间的路由，其中在接收到所有数据之前（达到指定阈值时）开始转发数据。如果在两个接口之间传输大量数据，则希望能够在从源网络接收所有数据之前在目标网络上开始传输。这样可以节省内存和时间。

多播操作（multicast operation）

将PDU同时传输到一组接收者，即：1:n路由。

数据提供（data provision）

向接口模块提供数据。(a)直接数据提供：需传输的数据直接在传输请求时提供。目标通信接口可能以两种方式运行：直接复制数据或将复制推迟到触发传输。(b)触发传输数据提供：需传输的数据不是在传输请求时提供，而是由通信接口模块通过回调函数获取。

最后最好（last-is-best——缓冲

最新值覆盖最后一个值的缓冲策略。

先进先出（FIFO）缓冲

缓冲区概念，采用先进先出策略。

2.2. 缩写

I-PDU ID

I-PDU标识符

I-PDU

交互层PDU。 一个I-PDU由数据（缓冲区）、长度和I-PDU ID组成。PDU路由器将主要I-PDU进行路由，但即时网关（on-the-fly gatewaying）除外。

N-PDU

网络层PDU。由传输协议模块用来对I-PDU进行分段。

L-PDU

数据链路层 PDU。 一个或多个 I-PDU 被打包到一个 L-PDU 中。 L-PDU 是特定于总线的，例如 CAN 帧。

SF

单帧，传输协议术语。

FF

第一帧，传输协议术语。

CF

连续帧，传输协议术语。

PDU

协议数据单元.

BSW

基础软件.

<SrcLo>

下层通信接口模块，作为I-PDU的来源。SrcLo始终只有一个。

<DstLo>

下层通信接口模块，作为I-PDU的目的地。DstLo可以是一对多的。

<SrcLoTp>

下层传输协议模块，作为I-PDU的来源。SrcLoTp始终只有一个。

<DstLoTp>

下层传输协议模块，作为I-PDU的目的地。DstLoTp可以是一对多的。

<Lo>

下层通信接口模块。

<Up>

上层通信接口和/或传输协议模块。

<LoTp>

下层传输协议模块。

<module>

任何类型的软件模块 <…>.

3. 相关文档

3.1. 输入文件及相关标准和规范

[1] Layered Software Architecture

AUTOSAR_EXP_LayeredSoftwareArchitecture

[2] General Specification of Basic Software Modules

AUTOSAR_SWS_BSWGeneral

[3] Requirements on Gateway

AUTOSAR_SRS_Gateway

[4] Specification of I-PDU Multiplexer

AUTOSAR_SWS_IPDUMultiplexer

[5] List of Basic Software Modules

AUTOSAR_TR_BSWModuleList

[6] Specification of ECU Configuration

AUTOSAR_TPS_ECUConfiguration

[7] Specification of Communication Stack Types

AUTOSAR_SWS_CommunicationStackTypes

[8] Guide to BSW Distribution

AUTOSAR_EXP_BSWDistributionGuide

3.2. 相关规范

AUTOSAR提供了基础软件模块的通用规范[2]，它也适用于PDU路由器。因此，规范SWS BSW General应被视为PDU路由器的附加和必需规范。

4. 约束和假设

4.1. 限制

PDU路由器模块不具备：

  • 信号提取或转换的机制。
  • 数据完整性检查机制，如：校验和。
  • 更改或修改I-PDU。
  • 做出任何PDU有效载荷相关的路由决策。
  • 支持TP模块和通信接口模块之间的路由，反之亦然，
  • 通过速率转换支持通信接口模块之间的I-PDU路由。但此功能可以与上层模块合作以获得支持，例如：Com模块。

4.2. 受支持功能的限制

PDU路由器模块支持从本地模块（例如：Com模块）传送到多个目的地的I-PDU扇出。如果将I-PDU传输到多个目的地（扇出 1：n；n>1），因为上层模块不知道有多少个目的地，则存在一些限制：

  • 如果至少一个目标低层报告E_OK，则PDU路由器需向发出传输请求的上层模块报告E_OK。
  • 当PDU路由器在接收到来自目标低层的最后一个发送确认（TxConfirmation）时，此时需向上层模块也发送一个发送确认（TxConfirmation）。
  • PDU路由器仅在所有目标低层都返回E_OK时，才向上层模块请求的CancelTransmit返回E_OK。

如果I-PDU扇出由PDU路由器执行，这将也会对Com作为上层模块产生进一步的影响：

  • 更新位（Update bits）将不起作用。
  • 通信接口模块的TxConfirmation会在最后一个目的地确认发送后，通知本地模块的方式。这意味着会按最后一个TxConfirmation进行最后期限监控（deadline monitoring）。（即：所有I-PDU是否成功传输没有区别）。
  • I-PDU Group的启动和停止会影响所有目的地。

注意：

因为上诉限制与PduR模块提供的功能无关，所以上述限制并未定义为需求。但是使用PduR模块的意味着会影响到这些功能。

如果I-PDU扇入由PDU路由器执行，更新位（update bits）和I-PDU序列计数器将无法与Com模块一起使用。

4.3. 适用于汽车领域

PDU路由器可用于所有需要进行通信的ECU。

因为PDU路由器模块未指定用于MOST通信网络。 所以多媒体（multimedia）和远程信息处理（telematic）汽车领域的适用性可能会受到限制。

5. 对其他模块的依赖

PDU路由器模块依赖于使用的通信硬件抽象层模块（communication hardware abstraction layer modules）和通信服务层模块（communication service layer modules）的API接口和能力。

基本上PDU路由器模块所需的API函数是：

5.1. 通讯接口模块

  • <Lo>_Transmit。例如: CanIf_Transmit、FrIf_Transmit、LinIf_Transmit。
  • <Lo>_CancelTransmit。例如: FrIf_CancelTransmit。

5.2. 传输协议模块：

  • <LoTp>_Transmit。例如 CanTp_Transmit、FrTp_Transmit、LinTp_Transmit。
  • <LoTp>_CancelTransmit。例如：CanTp_CancelTransmit、FrTp_CancelTransmit。
  • <LoTp>_CancelReceive。例如：CanTp_CancelReceive、FrTp_CancelReceive。

5.3. 使用传输协议模块的上层模块：

  • <Up>_StartOfReception。例如：Dcm_StartOfReception。
  • <Up>_CopyRxData。例如：Dcm_CopyRxData。
  • <Up>_CopyTxData。例如：Dcm_CopyTxData。
  • <Up>_TpRxIndication。例如：Dcm_TpRxIndication。
  • <Up>_TpTxConfirmation。例如：Dcm_TpTxConfirmation。

5.4. 处理来自通信接口模块的 I-PDU 的上层模块：

  • <Up>_RxIndication。例如：Com_RxIndication。
  • <Up>_TxConfirmation。例如：Com_TxConfirmation。
  • <Up>_TriggerTransmit。例如：Com_TriggerTransmit。

6. 功能规格

PDU路由器模块是一个I-PDU的传输单元（transfer unit），模块位于通信接口和传输协议模块（下层模块）之上，Com和Dcm（上层模块）之下，具体可参见图1.1。

除了PDU路由器模块之外，还有I-PDU多路复用器 (IpduM) 模块[4]，IpduM提供了多路复用的I-PDU的支持。

当满足以下情况时，IpduM需被视为一个上层模块：

  • 当IpduM调用PDU路由器模块以传输（Transmit）多路复用的I-PDU。
  • 当IpduM模块被PDU路由器模块调用，为了对多路复用的I-PDU进行RxIndication或TxConfirmation，或者通过TriggerTransmit提供数据时。

当满足以下情况时，IpduM需被视为一个下层模块：

  • 当IpduM调用PDU路由器模块将TxConfirmation或RxIndication转发到上层，例如：Com模块。
  • 当IpduM被PDU路由器模块调用以更新属于多路复用I-PDU的I-PDU时。

从ECU的角度来看，PDU路由器模块可以执行三类不同的操作：

  1. PDU接收到本地模块：从下层模块接收I-PDU并将它们转发给一个或多个上层模块。
  2. 从本地模块传输PDU：根据上层模块的请求，将I-PDU传输到一个或多个下层模块。
  3. PDU网关：
    1. 从通信接口模块接收I-PDU，并立即通过相同或其他通信接口模块发送I-PDU。
    2. 从传输协议模块接收I-PDU，并通过相同或其他传输协议模块发送I-PDU。

PDU接收和PDU网关的组合是被允许的。例如：Com模块接收I-PDU的同时，I-PDU通过网关连接到另一个较低层模块。

当PDU路由器模块检测到任何开发、运行时或瞬时错误时，PDU路由器模块需在调用DET模块时，使用调用模块的moduleId作为instanceId。

注意：

标准化模块ID可在基础软件模块列表文档[5]中找到。参数PduRBswModuleRef标识所使用的模块。使用此信息，可以在BswModuleDescription.moduleId中获得moduleId。

6.1. I-PDU 处理

PDU路由器模块应以一致的方式，将不加修改的I-PDU从源模块（source module）传输到目标模块（destination module）。

I-PDU可以通过I-PDU ID或者符号名称（即：I-PDU 容器的 SymbolicNameValue[6]）来标识。对于Post-Build，因为I-PDU必须在编译PDU路由器模块之后被识别 ，所以I-PDU ID也是必须的。如果PDU路由器模块是预编译的（即：在源代码中），则可以使用符号名称，具体请参阅文档[6]。

每个处理I-PDU并为I-PDU提供API的BSW模块，都必须包含一个I-PDU ID列表[6]。这意味着每个被调用模块都包含一个查找表（look-up table）来标识I-PDU。

示例：

如下图 7.1 所示，（仅显示I-PDU ID作为参数）：

  1. Com模块调用PduR_ComTransmit，使用了PDU路由器模块配置中包含了I-PDU ID作为参数。
  2. PDU路由器模块将调用CanIf_Transmit，使用了CanIf模块配置中包含I-PDU ID作为参数。
  3. CanIf模块将调用PduR_CanIfTxConfirmation，使用了PDU路由器模块配置中包含I-PDU ID作为参数。
  4. PDU路由器模块将调用Com_TxConfirmation，使用了Com模块配置中包含I-PDU ID作为参数。

Figure7-1

PDU路由器模块需通过源模块I-PDU ID（位于PDU路由器配置中）和目标I-PDU ID（位于被调用的目标模块配置中）的组合来唯一标识路由路径。

PDU路由器模块需将I-PDU ID转换为传输路径和TxConfirmation/RxIndication路径的目标模块的I-PDU ID。

示例1：

Com模块向CanIf和LinIf发送I-PDU。PduR_Com Transmit会被调用。PDU路由器模块会将源I-PDU ID（PDU路由器模块配置）转换为一个用于LinIf（LinIf模块配置）的I-PDU ID和一个用于CanIf（CanIf模块配置）的I-PDU ID。从Com模块接收到的PduInfoType值被复制到CanIf和LinIf模块而不做任何更改。

示例2：

LinIf将使用I-PDU ID调用PduR_LinIfTxConfirmation，并根据传输的成功，返回E_OK（成功传输）或E_NOT_OK（未成功传输）。然后PDU路由器模块将转换此I-PDU ID并使用Com_TxConfirmation将调用转发给Com以及转换后的I-PDU ID和接收到的结果。

PDU路由器模块需仅根据配置中给出的路由路径来对I-PDU进行路由。

PduR生成器（验证）需拒绝通过路由路径连接具有不同MetaDataTypes的IPDU的配置。

6.1.1. 缓冲概念

PDU路由器模块需能够缓冲I-PDU。当设置了相关的PduRQueueDepth时，此路由路径需能缓冲I-PDU。到目前为止，I-PDU缓冲仅适用于网关I-PDU 和从多个通信接口模块到本地模块的扇入接收。 在以下情况下，缓冲是强制性的：