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AUTOSAR MCAL 的原理与实践

作译者：工业和信息化部人才交流中心,恩智浦（中国）管理有限公司

出版时间：2018-10 千字数：288 版次：01-01 页数：244

开本：16开装帧： I S B N ：9787121349089

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纸质书定价：￥59.0

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内容简介

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第1章  AUTOSAR的由来和发展历程	001
1.1  AUTOSAR的基本概念	002
1.1.1  AUTOSAR的建立背景	003
1.1.2  AUTOSAR建立的动机与目标	004
1.1.3  AUTOSAR的主要特征	004
1.2  AUTOSAR技术概述	005
1.2.1  软件组件	008
1.2.2  虚拟功能总线	010
1.3  ECU软件架构	014
1.4  AUTOSAR方法论	019
1.5  AUTOSAR验收测试	020
1.5.1  应用兼容性	020
1.5.2  总线兼容性	020
1.5.3  验收测试的目标	020

1.6  AUTOSAR组织架构	021
1.6.1  AUTOSAR管理委员会的主要功能	023
1.6.2  AUTOSAR主席	023
1.6.3  AUTOSAR发言人	024
1.7  用户组	024
1.7.1  AUTOSAR用户组	024
1.7.2  外部用户组	025
1.8  AUTOSAR相关FAQ	026
1.9  AUTOSAR供应商ID列表	029
第2章  AUTOSAR标准详解	033
2.1  AUTOSAR标准概要	034
2.2  AUTOSAR基础	036
2.2.1  版本1.0	037
2.2.2  基础版本1.1	038
2.3  AUTOSAR经典平台	039
2.3.1  版本3.0变更摘要	040
2.3.2  版本3.1变更摘要	042
2.3.3  版本3.2变更摘要	043
2.3.4  版本4.0变更摘要	043
2.3.5  版本4.1变更摘要	046
2.3.6  版本4.2变更摘要	049
2.3.7  版本4.3变更摘要	050
2.4  AUTOSAR自适应平台	052
2.5  验收测试	056
2.6  小结	058

第3章  通用汽车电子微控制器简介	059
3.1  产品系列特性与应用	060
3.1.1  产品系列介绍	060
3.1.2  系统框图	063
3.1.3  应用	067
3.2  硬件加密安全	068
3.2.1  设备安全	069
3.2.2  安全应用案例	070
3.2.3  CSEc概述	074
3.2.4  密钥	076
3.2.5  通用CSEc PRAM接口	078
3.3  功能安全	079
3.3.1  安全功能	080
3.3.2  正确操作	080
3.3.3  安全状态	081
3.3.4  故障与失效	081
3.3.5  单点故障容错时间间隔与过程安全时间	084
3.3.6  潜在故障容错时间间隔	085
3.3.7  MCU的安全概念	086
3.4  软件开发环境	091
第4章  AUTOSAR MCAL软件架构详解	099
4.1  MCAL架构介绍	100
4.1.1  Microcontroller驱动组	101
4.1.2  Memory驱动组	102
4.1.3  Communication驱动组	103
4.1.4  I/O驱动组	106
4.2  MCAL主要驱动模块的使用方法	108
4.2.1  MCU驱动模块API的使用方法	109
4.2.2  PORT驱动模块API的使用方法	109
4.2.3  PWM驱动模块API的使用方法	111
4.2.4  ADC驱动模块API的使用方法	112
4.2.5  SPI驱动模块API的使用方法	115
4.2.6  GPT驱动模块API的使用方法	119
4.2.7  CAN驱动模块API的使用方法	124
第5章  AUTOSAR MCAL配置参考实例	127
5.1  时钟及引脚分布基本配置	130
5.1.1  新建EB Tresos配置工程	131
5.1.2  MCU驱动组件的配置	133
5.1.3  PORT驱动组件的配置	138
5.1.4  工程参考实例	142
5.2  定时器中断控制LED闪烁	143
5.2.1  S32K14x系列MCU定时器资源	143
5.2.2  GPT驱动组件的配置	144
5.2.3  DIO驱动组件的配置	147
5.2.4  工程参考实例	148
5.3  产生PWM信号	149
5.3.1  S32K FlexTimer模块介绍	150
5.3.2  PWM驱动组件的配置	152
5.3.3  工程参考实例	155


5.4  配置SPI总线通信	155
5.4.1  SPI驱动组件的配置	155
5.4.2  工程参考实例	161
5.5  配置CAN总线通信	162
5.5.1  CAN驱动组件的配置	163
5.5.2  工程参考实例	167
第6章  AUTOSAR MCAL样例工程介绍	169
6.1  基于S32K144的MCAL样例工程	170
6.1.1  S32K144开发板介绍	170
6.1.2  S32K14x MCAL样例工程使用方法	174
6.2  工程详解	188
6.2.1  启动代码	188
6.2.2  Main函数详解	193
6.2.3  外设初始化详解	195
6.2.4  中断使能详解	203
6.2.5  Task1任务详解	207
6.2.6  Task2任务详解	208
6.2.7  Task3任务详解	211
参考文献	214

序一
中国经济已经由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。习近平总书记在党的十九大报告中明确指出，要坚持新发展理念，主动参与和推动经济全球化进程，发展更高层次的开放型经济，不断壮大我国的经济实力和综合国力。
对于我国的集成电路产业来说，当前正是一个实现产业跨越式发展的重要战略机遇期，前景十分光明，挑战也十分严峻。在政策层面，2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》发布，提出到2030年产业链主要环节达到国际先进水平，实现跨越式发展的目标；2015年，国务院提出“中国制造2025”，将集成电路产业列为重点领域突破发展的首位；2016年，国务院颁布《“十三五”国家信息化规划》，提出构建现代信息技术和产业生态体系，推进核心技术超越工程，其中集成电路被放在了首位。在技术层面，目前全球集成电路产业已进入重大调整变革期，中国集成电路技术创新能力和中高端芯片供给水平正在提升，中国企业设计、封测水平正在加快迈向第一阵营。在应用层面，5G移动通信、物联网、人工智能等技术逐步成熟，各类智能终端、物联网、汽车电子及工业控制领域的需求将推动集成电路产业的稳步增长，因此集成电路产业将成为这些产品创新发展的战略制高点。
展望“十三五”，中国集成电路产业必将迎来重大发展，特别是党的十九大提出要加快建设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合等新的要求，给集成电路发展开拓了新的发展空间，使得集成电路产业由技术驱动模式转化为需求和效率优先模式。在这样的大背景下，通过高层次的全球合作来促进我国国内集成电路产业的崛起，将成为我们发展集成电路的一个重要抓手。
在推进集成电路产业发展的过程中，建立创新体系、构建产业竞争力，最终都要落实在人才上。人才培养是集成电路产业发展的一个核心组成部分，我们的政府、企业、科研和出版单位对此都承担着重要的责任和义务。所以我们非常支持工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司、电子工业出版社共同组织出版这套“物联网与人工智能应用开发丛书”。这套丛书集中了众多一线工程师和技术人员的集体智慧和经验，并且经过了行业专家、学者的反复论证。我希望广大读者可以将这套丛书作为日常工作中的一套工具书，指导应用开发工作，还能够以这套丛书为基础，从应用角度对我们未来产业的发展进行探索，并与中国的发展特色紧密结合，服务中国集成电路产业的转型升级。
刁石京      
工业和信息化部电子信息司司长
2018年1月      
 










序二

随着摩尔定律逐步逼近极限，以及云计算、大数据、物联网、人工智能、5G等新兴应用领域的兴起，其细分领域竞争格局加快重塑，围绕资金、技术、产品、人才等全方位的竞争加剧，当前全球集成电路产业进入了发展的重大转型期和变革期。
自2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》发布以来，随着“中国制造2025”“互联网+”和大数据等国家战略的深入推进，国内集成电路市场需求规模进一步扩大，产业发展空间进一步增大，发展环境进一步优化。在市场需求拉动和国家相关政策的支持下，我国集成电路产业继续保持平稳快速、稳中有进的发展态势，产业规模稳步增长，技术水平持续提升，资本运作渐趋活跃，在国际合作的层次也不断提升。
集成电路产业是一个高度全球化的产业，发展集成电路需要强调自主创新，也要强调开放与国际合作，中国不可能关起门来发展集成电路。
集成电路产业的发展需要知识的不断更新。这一点随着云计算、大数据、物联网、人工智能、5G等新业务、新平台的不断出现，已经显得越来越重要、越来越迫切。由工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司与电子工业出版社共同组织编写的“物联网与人工智能应用开发丛书”，是我们产业开展国际知识交流与合作的一次有益尝试。我们希望看到更多国内外企业持续为我国集成电路产业的人才培养和知识更新提供有效的支撑，通过各方的共同努力，真正实现中国集成电路产业的跨越式发展。

丁文武 
2018年1月 


 










序三

尽管有些人认为全球集成电路产业已经迈入成熟期，但随着新兴产业的崛起，集成电路技术还将继续演进，并长期扮演核心关键角色。事实上，到现在为止还没有出现集成电路的替代技术。
中国已经成为全球最大的集成电路市场，产业布局基本合理，各领域进步明显。2016年，中国集成电路产业出现了三个里程碑事件：第一，中国集成电路产业第一次出现在制造、设计、封测三个领域销售规模均超过1000亿元，改变了多年来总是封测领头、设计和制造跟随的局面；第二，设计业超过封测业成为集成电路产业最大的组成部分，这是中国集成电路产业向好发展的重要信号；第三，中国集成电路制造业增速首次超过设计业和封测业，增速最快。随着中国经济的增长，中国集成电路产业的发展也将继续保持良好态势。未来中国将保持世界电子产品生产大国的地位，对集成电路的需求还会维持在高位。与此同时，我们也必须认识到，国内集成电路的自给率不高，在很长一段时间内对外依存度仍会停留在较高水平。
我们要充分利用当前物联网、人工智能、大数据、云计算加速发展的契机，实现我国集成电路产业的跨越式发展，一是要对自己的发展有清醒的认识；二是要保持足够的定力，不忘初心、下定决心；三是要紧紧围绕产品，以产品为中心，高端通用芯片必须面向主战场。
产业要发展，人才是决定性因素。目前我国集成电路产业的人才情况不容乐观，人才缺口很大，人才数量和质量均需大幅度提升。与市场、资本相比，人才的缺失是中国集成电路产业面临的最大变量。人才的成长来自知识的更新和经验的积累。我国一直强调产学研结合、全价值链推动产业发展，加强企业、研究机构、学校之间的交流合作，对于集成电路产业的人才培养和知识更新有非常正面的促进作用。由工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司与电子工业出版社共同组织编写的这套“物联网与人工智能应用开发丛书”，内容涉及安全应用与微控制器固件开发、电机控制与USB技术应用、车联网与电动汽车电池管理系统、汽车控制技术应用等物联网与人工智能应用开发的多个方面，对于专业技术人员的实际工作具有很强的指导价值。我对参与丛书编写的专家、学者和工程师们表示感谢，并衷心希望能够有越来越多的国际优秀企业参与到我国集成电路产业发展的大潮中来，实现全球技术与经验和中国市场需求的融合，支持我国产业的长期可持续发展。

魏少军  教授     
清华大学微电子所所长
2018年1月     








序四

千里之行  始于足下

人工智能与物联网、大数据的完美结合，正在成为未来十年新一轮科技与产业革命的主旋律。随之而来的各个行业对计算、控制、连接、存储及安全功能的强劲需求，也再次把半导体集成电路产业推向了中国乃至全球经济的风口浪尖。
历次产业革命所带来的冲击往往是颠覆性的改变。当我们正为目不暇接的电子信息技术创新的风起云涌而喝彩，为庞大的产业资金在政府和金融机构的热推下，正以前所未有的规模和速度投入集成电路行业而惊叹的同时，不少业界有识之士已经敏锐地意识到，构成并驱动即将到来的智能化社会的每个电子系统、功能模块、底层软件乃至检测技术都面临着巨大的量变与质变。毫无疑问，一个以集成电路和相应软件为核心的电子信息系统的深入而全面的更新换代浪潮正在向我们涌来。
如此的产业巨变不仅引发了人工智能在不远的将来是否会取代人类工作的思考，更加现实而且紧迫的问题在于，我们每一个人的知识结构和理解能力能否跟得上这一轮技术革新的发展步伐？内容及架构更新相对缓慢的传统教材以及漫无边际的网络资料，是否足以为我们及时勾勒出物联网与人工智能应用的重点要素？在如今仅凭独到的商业模式和靠免费获取的流量，就可以瞬间增加企业市值的IT盛宴里，我们的工程师们需要静下心来思考在哪些方面练好基本功，才能在未来翻天覆地般的技术变革时代立于不败之地。
带着这些问题，我们在政府和国内众多知名院校的热心支持与合作下，精心选题，推敲琢磨，策划了这一套以物联网与人工智能的开发实践为主线，以集成电路核心器件及相应软件开发的最新应用为基础的科技系列丛书，以期对在人工智能新时代所面对的一些重要技术课题提出抛砖引玉式的线索和思路。
本套丛书的准备工作始终得到了工业和信息化部电子信息司刁石京司长，国家集成电路产业投资基金股份有限公司丁文武总裁，清华大学微电子所所长魏少军教授，工业和信息化部人才交流中心王希征主任、李宁副主任，电子工业出版社党委书记、社长王传臣的肯定与支持，恩智浦半导体的任霞女士、张伊雯女士、陈劼女士，以及恩智浦半导体各个产品技术部门的技术专家们为丛书的编写组织工作付出了大量的心血，电子工业出版社的董亚峰先生、徐蔷薇女士为丛书的编辑出版做了精心的规划。著书育人，功在后世，借此机会表示衷心的感谢。

未来已来，新一代产业革命的大趋势把我们推上了又一程充满精彩和想象空间的科技之旅。在憧憬人工智能和物联网即将给整个人类社会带来的无限机遇和美好前景的同时，打好基础，不忘初心，用知识充实并走好脚下的每一步，又何尝不是一个主动迎接未来的良好途径？！

郑力              
写于2018年拉斯维加斯CES科技展会现场

 
 












前言
随着汽车的逐渐普及，消费者对汽车的要求也越来越高，更高的安全性、经济环保性、舒适性和便捷性等，都是用户、汽车制造商和零部件开发商共同追求的目标。尤其是目前整个汽车行业正在如火如荼开展的自动驾驶、新能源和智能互联技术研究，给汽车电子的物联网和AI技术的发展带来巨大的推动力。而这就使得整个汽车电子系统变得越加复杂，具备更多更强的控制单元、更多更高速的数据传输功能等。
为应对复杂的电子系统设计，全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件公司联合建立了汽车开放系统架构（Automotive Open System Architecture，AUTOSAR）。AUTOSAR作为汽车电子软件开发的一个开放的、标准化的软件架构，目的在于解决汽车电子系统软件的交换与更新，并高效管理越来越复杂的汽车电子软件系统问题，在确保产品及服务质量的同时，降低汽车电子软件的开发成本，提高开发效率。
AUTOSAR起源于欧洲，最初只应用于一些国际上较大的汽车制造厂，且应用的产品也相对比较有限，如发动机控制模块、车身控制模块、网关模块等。另外，汽车上大多数控制器功能相对比较简单，软件在整个汽车系统中所占比重不高，将一套软件移植到不同的硬件平台上相应也比较容易，因而AUTOSAR的应用相对比较少。但是，近几年随着技术的快速发展，越来越多的人工智能和物联网技术开始应用于汽车系统，如自动泊车、疲劳检测、车道检测报警、行人检测、车间通信、远程升级等。这些技术最大的特点就是软件算法十分复杂，软件是整个汽车系统的核心。此外，人工智能和物联网技术的迭代速度很快，对硬件的要求也不断提高，从而导致硬件的升级变更速度也在加快，这就要求开发人员所维护的软件算法可以很快地应用到不同的平台上，将工程师的精力从面向底层的开发中解放出来，而把更多的精力放在最核心的算法开发上。这样一来，AUTOSAR技术就显得非常重要了。工程师们在通用的软件架构上进行软件开发，当平台升级时可以很方便地进行软件移植，从而大大提高了系统开发的效率。AUTOSAR开始成为汽车电子中的标准技术。
近年来，国内的各大汽车厂商、科研院校也越来越关注AUTOSAR带来的标准化的设计、开发、验证，但毕竟国内汽车电子技术起步较晚，对于AUTOSAR的技术积累较少，甚至相关的专业书籍都较少见到。考虑到AUTOSAR技术的发展前景和国内的现状，作者团队决定以此为主题编写此书，在书中展示自己的经验，期望能给初入门者提供一些参考，以利于后续深入技术的研究。
然而，整个AUTOSAR是一个相对复杂的架构，它涉及硬件底层、硬件抽象层、协议栈、操作系统和应用层等，如果期望通过一本书系统、完整地介绍整个AUTOSAR架构，既不现实，作者团队也心有余而力不足。因此，本书主要介绍AUTOSAR MCAL的基本原理与实践，其中会简要阐述AUTOSAR这一汽车软件架构的相关标准。为了更好地通过实例讲解AUTOSAR MCAL的内容，本书将以恩智浦基于ARM Cortex M4F内核的S32K144 MCU为例，介绍AUTOSAR软件配置和编译环境的搭建及基于AUTOSAR MCAL的S32K144应用工程开发实例，目的在于帮助读者全面深入地了解AUTOSAR MCAL的架构和工作原理、熟悉并掌握基于AUTOSAR MCAL的快速开发流程，进而提高软件开发效率、缩短产品开发周期。
全书共6章，第1章和第2章由胡恩伟执笔，第3章由黄熙执笔，第4章、第5章由张剑龙执笔，第6章由胡恩伟和张剑龙共同执笔；全书由黄熙负责统稿。在此表示衷心的感谢。
我们同时感谢本系列丛书指导委员会及专家委员会的各位专家对本书大纲结构给予的宝贵建议，感谢在本书编写过程中给予指导和建议的老师和工程师同事们。
AUTOSAR相对还是比较新的技术，在国内的应用案例也不多，而且整个架构是通过生态链中多个合作伙伴共同完成的，包括半导体厂商、AUTOSAR软件厂商、汽车制造商和零部件供应商等。本书内容若有疏漏或不足，希望广大读者批评指正。

物联网与人工智能应用开发丛书    
《AUTOSAR MCAL的原理与实践》作者团队
2018年4月

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