Autosar CP Transformer规范工作原理和应用场景导读

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一、AUTOSAR规范中Transformer的主要功能和分类

（一）主要功能
  1. 数据转换与处理
    • 从运行时环境（RTE）获取数据，进行序列化（将复杂数据结构转换为线性字节数组）或其他转换操作（如添加校验和等），然后将处理后的结果返回给RTE。例如，将包含车辆传感器数据的复杂数据结构转换为适合在网络上传输的字节数组格式。
    • 支持多种数据类型和通信场景，包括处理发送/接收接口（Sender/Receiver Interface）的数据元素、客户端/服务器操作（Client/Server Operation）及其参数，以及非排队外部触发事件（non - queued external trigger events）。
  2. 通信支持
    • 实现不同ECU之间或ECU内部的通信数据转换，确保数据在不同组件和系统之间的正确传输和交互。例如，在车辆控制系统中，实现发动机控制单元（ECU）与仪表盘控制单元之间的数据转换，以便准确显示发动机状态信息。
    • 定义了用于ECU间客户端/服务器通信的协议，支持数据的可靠传输和交互。
  3. 错误处理与通知
    • 检测和处理转换过程中的错误，将错误以返回码的形式返回给RTE。错误分为软错误（Soft Errors）和硬错误（Hard Errors），软错误时RTE可继续执行Transformer链，硬错误时RTE通常会中止执行。
    • 每个Transformer类都有自己固定的抽象错误集，Transformer只能返回其所属类定义的错误子集，便于软件组件（SWC）进行错误处理和诊断。
  4. 配置与管理
    • 根据系统配置（在[3, System Template]中）和软件组件配置（在[6, Software Component Template]中）来确定其行为和参数，包括确定使用的缓冲机制（原地缓冲或异地缓冲）、Transformer链的组成和顺序等。
    • 支持多种配置参数，如开发错误检测开关、实例ID、版本信息API激活等，以满足不同的应用需求和系统集成要求。
（二）主要分类
  1. Serializer（序列化）
    • 功能：接受复杂数据（如Sender/Receiver数据元素或带参数的Client/Server操作）或无数据（如Trigger通信），将其序列化为字节数组，以便在网络上传输或在系统中进一步处理。例如，将车辆的位置信息（包含经度、纬度、海拔等多个数据字段）序列化为字节流进行传输。
    • 特点：定义了序列化算法，明确数据元素的序列化顺序、字节序（endianness）、数据语义（如数据值的表示方式，如整数的补码表示、文本数据的字符编码等）、源数据类型以及数据填充方式等，确保数据在序列化和反序列化过程中的一致性和正确性。
  2. Safety（安全）
    • 功能：保护与安全相关的SWC之间的通信，确保数据传输的正确性、顺序性和内容完整性。例如，在车辆的制动系统通信中，通过添加序列计数器和校验和等方式，防止数据在传输过程中被无意修改或丢失，确保制动指令的准确传递。
    • 特点：通过一系列机制来保证通信安全，如检测数据的有效性（即使接收到重复计数器或计数器跳跃的数据，也能判断数据是否有效）、检查数据内容的正确性、确保数据的新鲜度（防止数据重放攻击）等。
  3. Security（安全防护）
    • 功能：保护通信免受有意修改，确保通信的安全性，包括数据的真实性（确保数据来源可靠）、完整性（防止数据被篡改）和新鲜度（防止数据被重放）。例如，在车辆的远程信息处理系统中，防止黑客篡改车辆的诊断数据或远程控制指令。
    • 特点：采用加密、认证等技术手段来实现安全防护，例如添加数字签名、加密算法等，对通信数据进行保护，防止非法访问和篡改。
  4. Custom（自定义）
    • 功能：由开发方根据特定需求自定义实现的Transformer，用于处理未被AUTOSAR标准化的转换功能。例如，针对特定车辆制造商的私有通信协议进行数据转换。
    • 特点：未被AUTOSAR详细规定，开发方可以根据具体应用场景灵活设计和实现其功能，可作为补充来满足特殊的转换需求。

二、不同Transformer工作示例

（一）Serializer Transformer示例
  1. 应用场景
    • 在车辆的自动驾驶系统中，传感器（如摄像头、雷达等）采集到的环境数据（如目标物体的距离、速度、形状等信息）需要传输给决策控制单元进行处理。这些环境数据通常是复杂的数据结构，包含多个数据字段。Serializer Transformer将这些复杂的传感器数据序列化为字节数组，以便通过车载网络（如以太网）高效地传输到决策控制单元。
  2. 工作过程
    • 假设传感器数据以特定的数据结构存储在内存中，Serializer Transformer按照预定义的序列化算法，将数据结构中的各个字段依次转换为字节序列。例如，对于一个包含目标物体距离（float类型）、速度（int类型）和形状（可能是一个自定义的结构体类型）的传感器数据结构，它会先将距离字段转换为字节流，接着转换速度字段，最后处理形状字段（根据形状结构体的定义，将其内部成员逐个转换为字节）。转换后的字节数组可以被封装在网络数据包中进行传输。在接收端，另一个对应的反序列化过程可以将字节数组还原为原始的数据结构，供决策控制单元进行分析和决策。
（二）Safety Transformer示例
  1. 应用场景
    • 在车辆的电子稳定控制系统（ESC）中，车轮速度传感器、转向角传感器等不断向控制单元发送数据，控制单元根据这些数据计算并调整车辆的制动压力和发动机扭矩，以确保车辆的稳定性和安全性。Safety Transformer用于保护这些关键传感器数据在传输过程中的安全，防止数据被干扰或篡改，从而保证控制单元接收到准确可靠的数据，做出正确的控制决策。
  2. 工作过程
    • Safety Transformer在数据传输过程中，会为每个数据包添加序列计数器和校验和。例如，每次发送数据时，序列计数器递增，接收端通过检查序列计数器的连续性来确保数据的顺序性。同时，计算数据包的校验和（如CRC校验和），并将其附加在数据包中。接收端收到数据包后，首先验证校验和是否正确，若校验和错误，则表明数据可能在传输过程中被篡改，Safety Transformer会将此情况视为错误并进行相应处理（如通知RTE数据错误，根据系统配置，RTE可能采取重传数据或触发错误处理机制等操作）。若校验和正确，再检查序列计数器是否连续，若不连续但校验和正确，可能表示有数据丢失或重复，Safety Transformer也会根据预定义的规则进行处理，例如根据数据的重要性决定是否可以接受不连续的序列计数器，或者请求重传数据。

三、C++代码展示Transformer工作原理

以下是一个简化的C++代码示例，用于展示Transformer的基本工作原理，包括数据序列化、转换和反序列化过程（以一个简单的车辆速度数据转换为例）。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstring>// 假设这是一个表示车辆速度数据的结构体
struct VehicleSpeedData {int speed;int timestamp;
};// 定义一个抽象的Transformer类
class Transformer {
public:virtual ~Transformer() {}virtual std::vector<uint8_t> transform(const std::vector<uint8_t>& data) = 0;virtual VehicleSpeedData inverseTransform(const std::vector<uint8_t>& serializedData) = 0;
};// SerializerTransformer类，继承自Transformer类，用于将数据序列化为字节数组
class SerializerTransformer : public Transformer {
public:std::vector<uint8_t> transform(const std::vector<uint8_t>& data) override {VehicleSpeedData* speedData = reinterpret_cast<VehicleSpeedData*>(const_cast<uint8_t*>(data.data()));std::vector<uint8_t> serializedData;serializedData.resize(sizeof(VehicleSpeedData));std::memcpy(serializedData.data(), speedData, sizeof(VehicleSpeedData));return serializedData;}VehicleSpeedData inverseTransform(const std::vector<uint8_t>& serializedData) override {VehicleSpeedData speedData;std::memcpy(&speedData, serializedData.data(), sizeof(VehicleSpeedData));return speedData;}
};// SafetyTransformer类，继承自Transformer类，用于添加简单的安全校验（这里只是示例，实际会更复杂）
class SafetyTransformer : public Transformer {
public:std::vector<uint8_t> transform(const std::vector<uint8_t>& data) override {std::vector<uint8_t> transformedData = data;// 这里可以添加安全校验相关的操作，比如添加校验和等// 为了简单示例，只是在数据末尾添加一个固定值作为校验标识transformedData.push_back(0xAB);return transformedData;}VehicleSpeedData inverseTransform(const std::vector<uint8_t>& serializedData) override {VehicleSpeedData speedData;// 这里需要先验证校验和等安全相关信息（示例中简单判断最后一个字节是否为预期值）if (serializedData.back() == 0xAB) {std::memcpy(&speedData, serializedData.data(), sizeof(VehicleSpeedData));} else {std::cerr << "Safety check failed in inverseTransform." << std::endl;}return speedData;}
};// 测试函数，模拟数据经过SerializerTransformer和SafetyTransformer的转换过程
void testTransformers() {VehicleSpeedData originalData = {60, 123456789};std::vector<uint8_t> originalDataBytes(reinterpret_cast<uint8_t*>(&originalData),reinterpret_cast<uint8_t*>(&originalData) + sizeof(VehicleSpeedData));SerializerTransformer serializer;std::vector<uint8_t> serializedData = serializer.transform(originalDataBytes);SafetyTransformer safety;std::vector<uint8_t> transformedData = safety.transform(serializedData);// 反序列化和逆转换过程VehicleSpeedData recoveredData = safety.inverseTransform(transformedData);recoveredData = serializer.inverseTransform(std::vector<uint8_t>(recoveredData.speedData,recoveredData.speedData + sizeof(VehicleSpeedData)));std::cout << "Original Speed: " << originalData.speed << ", Recovered Speed: " << recoveredData.speed << std::endl;std::cout << "Original Timestamp: " << originalData.timestamp << ", Recovered Timestamp: " << recoveredData.timestamp << std::endl;
}

在上述代码中：

  1. 定义了一个抽象的Transformer类，包含transform（用于正向转换数据）和inverseTransform（用于反向转换数据）两个纯虚函数。

  2. SerializerTransformer类实现了Transformer类，将VehicleSpeedData结构体数据序列化为字节数组，并能从字节数组反序列化为原始数据结构。

  3. SafetyTransformer类在SerializerTransformer的基础上添加了简单的安全校验，在转换时添加一个校验标识，在SafetyTransformer类的inverseTransform函数中，先对校验和进行验证，如果校验和不正确（即最后一个字节不是预期的0xAB），则输出错误信息并返回一个可能不正确的VehicleSpeedData结构体（这里只是简单示例，实际可能需要更复杂的错误处理）。如果校验和正确，则从字节数组中恢复出原始数据结构。

  4. 在testTransformers函数中，首先创建了原始的VehicleSpeedData结构体并将其转换为字节数组。然后，通过SerializerTransformer将数据序列化为字节数组，接着通过SafetyTransformer添加安全校验信息进行转换。最后，通过SafetyTransformer的inverseTransform函数和SerializerTransformer的inverseTransform函数进行反序列化和逆转换，得到恢复后的VehicleSpeedData结构体，并输出原始数据和恢复后数据的对比信息。

四、ARXML配置文件示例

以下是一个简单的ARXML配置文件示例，用于配置上述的Transformer（假设为一个简单的车辆数据处理系统，实际配置会更复杂且包含更多细节）。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<AUTOSAR xmlns="http://autosar.org/schema/r4.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://autosar.org/schema/r4.0 autosar_4-0.xsd"><AR-PACKAGES><!-- 定义Transformer模块 --><ECUC-MODULE-DEFITIONS><XFRM><SHORT-NAME>VehicleDataTransformer</SHORT-NAME><XFRM-GENERAL><XFRM-DEV-ERROR-DETECT>true</XFRM-DEV-ERROR-DETECT><XFRM-INSTANCE-ID>0</XFRM-INSTANCE-ID><XFRM-VERSION-INFO-API>true</XFRM-VERSION-INFO-API></XFRM-GENERAL><XFRM-IMPLEMENTATION-MAPPING><!-- 配置SerializerTransformer --><XFRM-TRANSFORMATION-TECHNOLOGY-REF DEST="TRANSFORMATION-TECHNOLOGY">Serializer</XFRM-TRANSFORMATION-TECHNOLOGY-REF><XFRM-TRANSFORMER-CLASS-EXTRACT-PROTOCOL-HEADER-FIELDS>SERIALIZER</XFRM-TRANSFORMER-CLASS-EXTRACT-PROTOCOL-HEADER-FIELDS><XFRM-TRANSFORMER-BSW-MODULE-ENTRY-REF DEST="BSW-MODULE-ENTRY">SerializerTransformerEntry</XFRM-TRANSFORMER-BSW-MODULE-ENTRY-REF></XFRM-IMPLEMENTATION-MAPPING><XFRM-IMPLEMENTATION-MAPPING><!-- 配置SafetyTransformer --><XFRM-TRANSFORMATION-TECHNOLOGY-REF DEST="TRANSFORMATION-TECHNOLOGY">Safety</XFRM-TRANSFORMATION-TECHNOLOGY-REF><XFRM-TRANSFORMER-CLASS-EXTRACT-PROTOCOL-HEADER-FIELDS>SAFETY</XFRM-TRANSFORMER-CLASS-EXTRACT-PROTOCOL-HEADER-FIELDS><XFRM-TRANSFORMER-BSW-MODULE-ENTRY-REF DEST="BSW-MODULE-ENTRY">SafetyTransformerEntry</XFRM-TRANSFORMER-BSW-MODULE-ENTRY-REF></XFRM-IMPLEMENTATION-MAPPING></XFRM></ECUC-MODULE-DEFITIONS><!-- 定义数据转换相关的映射 --><SYSTEM-TEMPLATE><DATA-TRANSFORMATION-SET><DATA-TRANSFORMATION><SHORT-NAME>VehicleDataTransformation</SHORT-NAME><DATA-TRANSFORMATION-KIND>serializer</DATA-TRANSFORMATION-KIND><TRANSFORMATION-TECHNOLOGY><SHORT-NAME>Serializer</SHORT-NAME><PROTOCOL>VehicleDataSerializationProtocol</PROTOCOL><TRANSFORMER-CLASS>SERIALIZER</TRANSFORMER-CLASS><BUFFER-PROPERTIES><BUFFER-PROPERTY><SHORT-NAME>SerializerBuffer</SHORT-NAME><BUFFER-SIZE>1024</BUFFER-SIZE></BUFFER-PROPERTY></BUFFER-PROPERTIES></TRANSFORMATION-TECHNOLOGY><TRANSFORMATION-TECHNOLOGY><SHORT-NAME>Safety</SHORT-NAME><PROTOCOL>SafetyProtocol</PROTOCOL><TRANSFORMER-CLASS>SAFETY</TRANSFORMER-CLASS><BUFFER-PROPERTIES><BUFFER-PROPERTY><SHORT-NAME>SafetyBuffer</SHORT-NAME><BUFFER-SIZE>1024</BUFFER-SIZE></BUFFER-PROPERTY></BUFFER-PROPERTIES></TRANSFORMATION-TECHNOLOGY></DATA-TRANSFORMATION></DATA-TRANSFORMATION-SET></SYSTEM-TEMPLATE></AR-PACKAGES>

在上述ARXML配置文件中：

  1. 在<ECUC-MODULE-DEFITIONS>部分：
    • 定义了名为VehicleDataTransformer的Transformer模块。
    • <XFRM-GENERAL>节点配置了通用参数，如启用开发错误检测（XFRM-DEV-ERROR-DETECT为true）、实例ID为0、启用版本信息API（XFRM-VERSION-INFO-API为true）。
    • 有两个<XFRM-IMPLEMENTATION-MAPPING>节点，分别用于配置SerializerTransformer和SafetyTransformer。
      • 对于SerializerTransformer，通过<XFRM-TRANSFORMATION-TECHNOLOGY-REF>指定其对应的转换技术为Serializer，<XFRM-TRANSFORMER-CLASS-EXTRACT-PROTOCOL-HEADER-FIELDS>设置为SERIALIZER，<XFRM-TRANSFORMER-BSW-MODULE-ENTRY-REF>指向具体的BSW模块入口SerializerTransformerEntry。
      • 对于SafetyTransformer，类似地，<XFRM-TRANSFORMATION-TECHNOLOGY-REF>指向Safety，<XFRM-TRANSFORMER-CLASS-EXTRACT-PROTOCOL-HEADER-FIELDS>为SAFETY，<XFRM-TRANSFORMER-BSW-MODULE-ENTRY-REF>指向SafetyTransformerEntry。
  2. 在<SYSTEM-TEMPLATE>部分：
    • <DATA-TRANSFORMATION-SET>中的<DATA-TRANSFORMATION>定义了数据转换的相关设置。
      • 名为VehicleDataTransformation的数据转换，其DATA-TRANSFORMATION-KIND为serializer。
      • 包含两个<TRANSFORMATION-TECHNOLOGY>节点，分别对应Serializer和Safety的转换技术配置。
        • 对于Serializer转换技术，指定了协议名称为VehicleDataSerializationProtocol，所属的TRANSFORMER-CLASS为SERIALIZER，并通过<BUFFER-PROPERTIES>设置了缓冲区属性，如缓冲区大小为1024字节（<BUFFER-SIZE>）。
        • 对于Safety转换技术，协议为SafetyProtocol，TRANSFORMER-CLASS为SAFETY，同样设置了缓冲区属性，缓冲区大小也是1024字节。

这个ARXML配置文件为Transformer模块及其相关的数据转换技术提供了基本的配置信息，使得在AUTOSAR系统中能够正确地识别、初始化和使用这些Transformer，以实现车辆数据在不同模块之间的转换和处理，同时保证数据的正确性、安全性和高效传输。实际应用中的ARXML配置会更加复杂，可能涉及更多的参数、数据映射关系以及与其他模块的集成配置等内容。

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