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AUTOSAR进阶图解==＞AUTOSAR_SWS_PDURouter - 实践

news 2025/9/19 19:10:27

AUTOSAR进阶图解==＞AUTOSAR_SWS_PDURouter - 实践

AUTOSAR PDU Router详解文档

AUTOSAR通信架构中的核心路由模块

目录

1. 概述

PDU Router模块是AUTOSAR通信架构中的核心组件，负责在AUTOSAR软件组件之间路由I-PDU（Interaction Layer Protocol Data Units）。该模块提供了灵活的I-PDU转发机制，支持多种路由模式，包括单播、多播和网关功能。

1.1 PDU Router的作用

根据源文档描述，PDU Router模块主要提供以下功能：

1.2 核心特性

  • 静态配置：路由路径基于静态配置表，不支持动态路由
  • 通用接口：采用通用接口设计，支持任意上层和下层模块组合
  • 后构建支持：支持后构建可加载和可选择配置
  • 错误处理：提供完整的错误检测和报告机制

2. PDU Router模块架构

PDU Router模块在AUTOSAR通信架构中位于中间层，连接上层应用模块和下层通信接口模块。

在这里插入图片描述

图2-1：PDU Router模块在AUTOSAR通信架构中的位置和关系

2.1 架构层次

应用层：

  • COM模块：通信管理模块，负责信号和I-PDU的转换
  • DCM模块：诊断通信管理模块，处理诊断请求和响应
  • IPduM模块：I-PDU复用器，支持I-PDU的动态复用
  • DLT模块：数据链路测试模块，提供通信测试功能

PDU Router模块：

  • PDU Router引擎：核心路由引擎，执行I-PDU的路由决策和转发
  • 路由路径表：静态配置的路由规则表，定义I-PDU的路由路径
  • 缓冲区管理：管理I-PDU的缓冲存储，支持FIFO和Last-is-best策略

通信接口层：

  • CAN接口（CanIf）：CAN总线接口模块
  • FlexRay接口（FrIf）：FlexRay总线接口模块
  • LIN接口（LinIf）：LIN总线接口模块
  • 以太网接口（EthIf）：以太网接口模块

传输协议层：

  • CAN传输协议（CanTp）：CAN总线传输协议模块
  • FlexRay传输协议（FrTp）：FlexRay传输协议模块
  • LIN传输协议（LinTp）：LIN传输协议模块
  • J1939传输协议（J1939Tp）：J1939协议模块

2.2 接口关系

PDU Router模块通过以下接口与上下层模块交互：

2.3 代码示例

/* PDU Router模块初始化示例 */
Std_ReturnType PduR_Init(const PduR_PBConfigType* ConfigPtr)
{
Std_ReturnType result = E_OK;
/* 参数检查 */
if (ConfigPtr == NULL) {
DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_INIT_SID, PDUR_E_PARAM_POINTER);
return E_NOT_OK;
}
/* 初始化路由路径表 */
result = PduR_Internal_InitRoutingTable(ConfigPtr);
if (result != E_OK) {
return E_NOT_OK;
}
/* 初始化缓冲区管理器 */
result = PduR_Internal_InitBufferManager(ConfigPtr);
if (result != E_OK) {
return E_NOT_OK;
}
/* 设置模块状态为在线 */
PduR_Internal_SetModuleState(PDUR_ONLINE);
return E_OK;
}
/* 上层模块传输请求示例 */
Std_ReturnType PduR_ComTransmit(PduIdType TxPduId, const PduInfoType* PduInfoPtr)
{
Std_ReturnType result = E_OK;
PduR_RoutingPathType* routingPath;
/* 参数检查 */
if (PduInfoPtr == NULL) {
DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_COM_TRANSMIT_SID, PDUR_E_PARAM_POINTER);
return E_NOT_OK;
}
/* 查找路由路径 */
routingPath = PduR_Internal_GetRoutingPath(TxPduId);
if (routingPath == NULL) {
DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_COM_TRANSMIT_SID, PDUR_E_PDU_ID_INVALID);
return E_NOT_OK;
}
/* 执行路由转发 */
result = PduR_Internal_ForwardToDestinations(routingPath, PduInfoPtr);
return result;
}

3. PDU Router配置模型

PDU Router模块的配置采用层次化的数据结构，支持灵活的模块配置和路由规则定义。

图3-1：PDU Router配置模型的数据结构关系

3.1 主要配置类

PduR_PBConfigType：

PduRGeneralType：

3.2 路由配置类

PduRRoutingPathType：

  • 功能：定义单个I-PDU的路由规则
  • 关键属性：
    • PduRRoutingPathId：路由路径唯一标识符
    • PduRSrcPduRef：源PDU引用
    • PduRDestPduRefs[]：目标PDU引用数组
    • PduRDestTxBufferRef：目标传输缓冲区引用
    • PduRTpThreshold：传输协议阈值
    • PduRMaxPduLength：最大PDU长度
    • PduRBufferAllocation：缓冲区分配策略

PduRRoutingPathGroupType：

  • 功能：路由路径组配置，用于批量管理路由路径
  • 关键属性：
    • PduRRoutingPathGroupId：路由路径组标识符
    • PduRRoutingPathGroupRefs[]：路由路径引用数组
    • PduRGroupEnableAtInit：初始化时启用标志

3.3 缓冲区配置类

PduRTxBufferType：

  • 功能：传输缓冲区配置，用于存储待传输的I-PDU
  • 关键属性：
    • PduRTxBufferId：缓冲区唯一标识符
    • PduRTxBufferSize：缓冲区大小
    • PduRTxBufferRef：缓冲区内存引用
    • PduRTxBufferAllocation：缓冲区分配方式

3.4 代码示例

/* PDU Router配置结构定义 */
typedef struct {
PduRBswModuleType* PduRBswModules;
PduRGeneralType PduRGeneral;
PduRRoutingPathGroupType* PduRRoutingPathGroups;
PduRRoutingPathType* PduRRoutingPaths;
PduRSrcPduType* PduRSrcPdus;
PduRDestPduType* PduRDestPdus;
PduRTxBufferType* PduRTxBuffers;
PduRDefaultValueType* PduRDefaultValues;
} PduR_PBConfigType;
/* 路由路径配置结构 */
typedef struct {
uint16 PduRRoutingPathId;
PduRSrcPduType* PduRSrcPduRef;
PduRDestPduType** PduRDestPduRefs;
PduRTxBufferType* PduRDestTxBufferRef;
uint16 PduRTpThreshold;
uint16 PduRMaxPduLength;
PduR_BufferAllocationType PduRBufferAllocation;
} PduRRoutingPathType;
/* 配置初始化示例 */
void PduR_InitializeConfiguration(PduR_PBConfigType* config)
{
/* 初始化通用配置 */
config->PduRGeneral.PduRDevErrorDetect = TRUE;
config->PduRGeneral.PduRVersionInfoApi = TRUE;
config->PduRGeneral.PduRMaxRoutingPathCnt = 100;
config->PduRGeneral.PduRMaxTxBufferCnt = 50;
config->PduRGeneral.PduRMaxRoutingPathGroupCnt = 10;
/* 初始化路由路径 */
for (int i = 0; i < config->PduRGeneral.PduRMaxRoutingPathCnt; i++) {config->PduRRoutingPaths[i].PduRRoutingPathId = i;config->PduRRoutingPaths[i].PduRTpThreshold = 0;config->PduRRoutingPaths[i].PduRMaxPduLength = 4095;config->PduRRoutingPaths[i].PduRBufferAllocation = PDUR_BUFFER_ALLOCATION_DEDICATED;}/* 初始化传输缓冲区 */for (int i = 0; i < config->PduRGeneral.PduRMaxTxBufferCnt; i++) {config->PduRTxBuffers[i].PduRTxBufferId = i;config->PduRTxBuffers[i].PduRTxBufferSize = 4095;config->PduRTxBuffers[i].PduRTxBufferAllocation = PDUR_BUFFER_ALLOCATION_STATIC;}}

4. PDU Router路由流程

PDU Router模块支持多种路由场景，包括上层模块发送、通信接口网关和传输协议网关等。

在这里插入图片描述

图4-1：PDU Router模块的路由流程和交互序列

4.1 上层模块发送I-PDU流程

场景描述：COM模块向多个目标模块发送I-PDU，实现1:n路由

参与者：

流程步骤：

  1. 传输请求：COM模块调用PduR_ComTransmit发起传输请求
  2. 路由查询：PDU Router引擎查询路由路径表，获取目标模块列表
  3. 数据提供方式判断：
    • 直接数据提供：立即调用目标模块的传输接口
    • 触发传输数据提供：先存储数据，等待目标模块请求

4.2 通信接口网关流程

场景描述：CAN接口接收I-PDU并转发到FlexRay接口，实现网关功能

参与者：

  • CAN接口：源通信接口，接收I-PDU
  • PDU Router引擎：执行网关转发逻辑
  • FlexRay接口：目标通信接口，发送I-PDU

流程步骤：

  1. 接收指示：CAN接口调用PduR_CanIfRxIndication通知PDU Router
  2. 目标查询：PDU Router引擎查询路由路径，确定目标模块
  3. 转发处理：
    • 直接转发：立即调用目标接口的传输函数
    • FIFO缓冲：存储到FIFO队列，等待目标模块请求

4.3 传输协议网关流程

场景描述：CAN传输协议接收多帧数据并转发到FlexRay传输协议

参与者：

  • CAN传输协议：源传输协议模块
  • PDU Router引擎：管理TP网关逻辑
  • FlexRay传输协议：目标传输协议模块

流程步骤：

  1. 开始接收：CAN传输协议调用PduR_CanTpStartOfReception开始接收
  2. 路由查询：PDU Router引擎查询路由路径，确定目标TP模块
  3. 网关模式选择：
    • 直接网关：等待完整接收后开始传输
    • 网关on-the-fly：达到阈值后开始传输

4.4 代码示例

/* 上层模块传输处理示例 */
Std_ReturnType PduR_Internal_ForwardToDestinations(PduR_RoutingPathType* routingPath,
const PduInfoType* pduInfo)
{
Std_ReturnType result = E_OK;
uint8 destCount = 0;
PduRDestPduType* destPdu;
/* 遍历所有目标PDU */
while ((destPdu = routingPath->PduRDestPduRefs[destCount]) != NULL) {
/* 根据数据提供方式处理 */
if (destPdu->PduRDestPduDataProvision == PDUR_DIRECT) {
/* 直接数据提供 */
result = PduR_Internal_TransmitDirect(destPdu, pduInfo);
} else {
/* 触发传输数据提供 */
result = PduR_Internal_StoreForTriggerTransmit(destPdu, pduInfo);
}
if (result != E_OK) {
/* 处理传输失败 */
DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_FORWARD_SID, PDUR_E_TRANSMIT_FAILED);
}
destCount++;
}
return result;
}
/* 通信接口接收处理示例 */
void PduR_CanIfRxIndication(PduIdType RxPduId, const PduInfoType* PduInfoPtr)
{
PduR_RoutingPathType* routingPath;
Std_ReturnType result = E_OK;
/* 查找路由路径 */
routingPath = PduR_Internal_GetRoutingPath(RxPduId);
if (routingPath == NULL) {
/* 无路由路径，丢弃I-PDU */
return;
}
/* 执行网关转发 */
result = PduR_Internal_GatewayForward(routingPath, PduInfoPtr);
if (result != E_OK) {
/* 处理网关失败 */
DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_GATEWAY_SID, PDUR_E_GATEWAY_FAILED);
}
}
/* 传输协议网关处理示例 */
BufReq_ReturnType PduR_CanTpStartOfReception(PduIdType RxPduId,
PduLengthType TpSduLength,
PduLengthType* RxBufferSizePtr)
{
PduR_RoutingPathType* routingPath;
BufReq_ReturnType result = BUFREQ_OK;
/* 查找路由路径 */
routingPath = PduR_Internal_GetRoutingPath(RxPduId);
if (routingPath == NULL) {
return BUFREQ_E_NOT_OK;
}
/* 分配缓冲区 */
result = PduR_Internal_AllocateBuffer(routingPath, TpSduLength, RxBufferSizePtr);
if (result == BUFREQ_OK) {
/* 开始目标TP传输 */
PduR_Internal_StartDestinationTpTransmit(routingPath, TpSduLength);
}
return result;
}

5. PDU Router状态机

PDU Router模块采用状态机设计，管理模块的生命周期和运行状态。

在这里插入图片描述

图5-1：PDU Router模块的状态转换和生命周期管理

5.1 主要状态

未初始化状态（Uninitialized）：

在线运行状态（Online）：

5.2 子状态

空闲状态（Idle）：

  • 含义：等待处理请求的状态
  • 特征：
    • 等待I-PDU传输请求
    • 等待接收指示
    • 等待管理API调用

路由处理状态（Routing）：

  • 含义：处理I-PDU路由转发
  • 特征：
    • 支持1:1, 1:n, n:1路由
    • 直接数据提供和触发传输
    • 多播支持
    • 传输确认处理

网关处理状态（Gateway）：

  • 含义：处理通信接口间网关
  • 特征：
    • 通信接口间网关
    • FIFO缓冲支持
    • 直接转发和缓冲转发
    • 错误处理

TP网关处理状态（TPGateway）：

  • 含义：处理传输协议间网关
  • 特征：
    • 传输协议间网关
    • 支持直接网关和on-the-fly
    • 缓冲区动态分配
    • 阈值控制传输

5.3 状态转换

初始化转换：

  • Uninitialized → Online：初始化完成
  • Online → Offline：系统关闭或错误
  • Offline → Uninitialized：重新初始化

运行状态转换：

  • Idle → Routing：收到传输请求
  • Idle → Gateway：收到接收指示
  • Idle → TPGateway：收到TP接收指示
  • Idle → Management：收到管理API调用

5.4 代码示例

/* PDU Router状态机实现 */
typedef enum {
PDUR_STATE_UNINITIALIZED,
PDUR_STATE_ONLINE,
PDUR_STATE_OFFLINE
} PduR_ModuleStateType;
typedef enum {
PDUR_SUBSTATE_IDLE,
PDUR_SUBSTATE_ROUTING,
PDUR_SUBSTATE_GATEWAY,
PDUR_SUBSTATE_TP_GATEWAY,
PDUR_SUBSTATE_MANAGEMENT
} PduR_SubStateType;
/* 状态机处理函数 */
void PduR_MainFunction(void)
{
PduR_ModuleStateType currentState;
PduR_SubStateType currentSubState;
/* 获取当前状态 */
currentState = PduR_Internal_GetModuleState();
currentSubState = PduR_Internal_GetSubState();
switch (currentState) {
case PDUR_STATE_UNINITIALIZED:
/* 未初始化状态，等待初始化 */
break;
case PDUR_STATE_ONLINE:
/* 在线状态，处理子状态 */
PduR_Internal_ProcessSubState(currentSubState);
break;
case PDUR_STATE_OFFLINE:
/* 离线状态，等待重新初始化 */
break;
default:
/* 错误状态处理 */
DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_MAINFUNCTION_SID, PDUR_E_INVALID_STATE);
break;
}
}
/* 子状态处理函数 */
void PduR_Internal_ProcessSubState(PduR_SubStateType subState)
{
switch (subState) {
case PDUR_SUBSTATE_IDLE:
/* 空闲状态，检查是否有待处理请求 */
if (PduR_Internal_HasTransmitRequest()) {
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_ROUTING);
} else if (PduR_Internal_HasRxIndication()) {
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_GATEWAY);
} else if (PduR_Internal_HasTpRxIndication()) {
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_TP_GATEWAY);
}
break;
case PDUR_SUBSTATE_ROUTING:
/* 路由处理状态 */
PduR_Internal_ProcessRouting();
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);
break;
case PDUR_SUBSTATE_GATEWAY:
/* 网关处理状态 */
PduR_Internal_ProcessGateway();
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);
break;
case PDUR_SUBSTATE_TP_GATEWAY:
/* TP网关处理状态 */
PduR_Internal_ProcessTpGateway();
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);
break;
case PDUR_SUBSTATE_MANAGEMENT:
/* 管理操作状态 */
PduR_Internal_ProcessManagement();
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);
break;
default:
/* 错误子状态处理 */
DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_PROCESS_SUBSTATE_SID, PDUR_E_INVALID_SUBSTATE);
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);
break;
}
}
/* 状态转换函数 */
void PduR_Internal_SetModuleState(PduR_ModuleStateType newState)
{
PduR_ModuleStateType oldState = PduR_Internal_GetModuleState();
/* 状态转换验证 */
if (PduR_Internal_IsValidStateTransition(oldState, newState)) {
PduR_Internal_ModuleState = newState;
/* 状态转换后的处理 */
switch (newState) {
case PDUR_STATE_ONLINE:
/* 进入在线状态，初始化子状态 */
PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);
break;
case PDUR_STATE_OFFLINE:
/* 进入离线状态，清理资源 */
PduR_Internal_CleanupResources();
break;
default:
break;
}
} else {
/* 无效状态转换 */
DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_SET_STATE_SID, PDUR_E_INVALID_STATE_TRANSITION);
}
}

6. 总结

PDU Router模块作为AUTOSAR通信架构的核心组件，提供了灵活、高效的I-PDU路由服务。通过静态配置的路由表和状态机设计，该模块能够满足各种复杂的通信需求。

6.1 主要优势

6.2 应用场景

  • 车载网络网关：实现不同总线系统间的数据转发
  • 诊断通信：支持诊断数据的路由和转发
  • 信号路由：实现应用层信号到通信接口的路由
  • 多播通信：支持一对多的数据广播

6.3 技术特点

PDU Router模块的设计充分体现了AUTOSAR架构的模块化和标准化特点，为汽车电子系统的通信提供了可靠的基础设施。
http://www.hskmm.com/?act=detail&tid=9866

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