AUTOSAR Adaptive 与面向服务架构

Adaptive 应用（AA）
        ↓ 使用 ARA 接口
┌──────────────────────────────────────┐
│ ARA 功能集群                          │
│  Execution Management (EM)  执行管理   │
│  State Management (SM)      状态管理   │
│  Communication Management (CM) 通信    │
│  Persistency (PER)          持久化     │
│  Update & Configuration Mgmt (UCM) 更新│
│  Platform Health Mgmt (PHM)  健康管理   │
│  Cryptography (CRYPTO)      加密       │
│  Identity & Access Mgmt (IAM) 访问控制  │
│  Diagnostics (DM)           诊断       │
│  Time Synchronization (TS)  时间同步    │
│  Network Management (NM)    网络管理    │
├──────────────────────────────────────┤
│ 操作系统：POSIX PSE51（Linux/QNX）      │
├──────────────────────────────────────┤
│ 硬件：多核 SoC + Hypervisor             │
└──────────────────────────────────────┘

EM 职责：
  1. 解析执行清单（Execution Manifest）
     - 每个进程的可执行路径、参数、依赖
  2. 按依赖顺序启动进程
  3. 监控进程健康（配合 PHM）
  4. 处理进程终止与重启
  5. 管理 Machine State（Startup / Running / Shutdown）

执行清单示例（ARXML 概念）：
  Process: PerceptionApp
    Executable: /opt/apps/perception/bin/perception
    Args: --config /etc/perception.json
    DependsOn: SensorDriver, CameraService
    StartupOption: AfterDependencies
    NumberOfRestarts: 3

SM（状态管理）：
  定义整机状态机（如 Startup → Driving → Parking → Shutdown）
  状态切换时通知各应用（通过 Function Group State）
  应用可注册状态回调，在进入/离开某状态时执行动作

示例状态机：
  MachineState: Startup
    → Running
      → FunctionGroup: Driving / Parking / Charging

CM 概念：
  Service：一组方法（Method）、事件（Event）、字段（Field）
  Provided Service Instance：服务提供者
  Required Service Instance：服务消费者
  Service Discovery：运行时发现服务

CM API 示例（C++）：
  // 提供方
  auto service = ara::com::Service::CreateInstance(...);
  service->OfferService();

  // 消费方
  auto proxy = ara::com::FindService<MyServiceProxy>(...);
  proxy->MyMethod(arg).GetResult();          // 同步调用
  auto future = proxy->MyMethodAsync(arg);   // 异步

  // 订阅事件
  proxy->MyEvent.Subscribe(10);              // 队列深度 10
  proxy->MyEvent.SetReceiveHandler([&](){
      proxy->MyEvent.GetNewSamples([](auto sample){
          // 处理
      });
  });

Persistency（PER）：
  提供键值存储与文件存储
  - Key-Value Storage：小数据（配置、状态）
  - File Storage：大文件（地图、模型）
  底层映射到文件系统（ext4 / QNX fs）
  支持冗余与一致性（掉电不损坏）

  API：
    auto storage = ara::per::OpenKeyValueStorage("config");
    storage->SetValue("last_mode", 3);
    auto v = storage->GetValue<int>("last_mode");

Update & Configuration Management（UCM）：
  管理软件包的安装、更新、回滚
  - 接收软件包（UCM Master 下发）
  - 校验签名与完整性
  - 安装到指定分区
  - 激活（activate）与回滚

  流程：
    TransferStart → TransferData → TransferExit
    → ProcessSwPackage（校验、解包）
    → Activate（切换分区）→ 重启应用

允许的 C++ 特性：
  C++14/17 标准库（部分）
  智能指针、RAII、lambda、模板
  异常（受控使用，部分平台禁用）
  std::thread、std::mutex、std::chrono

POSIX PSE51 约束（实时安全子集）：
  允许：pthread、mutex、condvar、clock、sched
  禁止：fork、exec、文件系统任意访问
  禁止：动态加载任意库（受 IAM 管控）
  限制：内存分配（受控的堆）

进程模型：
  每个 Adaptive 应用是一个进程
  进程间用 SOME/IP（跨机）或共享内存（同机）
  进程隔离：一个崩溃不影响其他（由 EM/PHM 监督）

示例（一个 Adaptive 应用的骨架）：
  #include <ara/exec/execution_client.hpp>
  #include <ara/com/service_proxy.hpp>

  int main() {
      // 向 EM 报告启动完成
      ara::exec::ExecutionClient ec;
      ec.ReportExecutionState(
          ara::exec::ExecutionState::kRunning);

      // 创建服务代理
      auto proxy = ara::com::FindService<...>();
      // ... 业务逻辑
      return 0;
  }

共存架构：
  MCU（Classic）←→ 网关 ←→ SoC（Adaptive）
                  CAN/以太网

网关职责：
  1. 信号 ↔ 服务转换
     CAN 信号（刹车状态）→ SOME/IP 事件
     SOME/IP 方法调用 → CAN 报文
  2. 时间同步：把 CAN 时间戳映射到 gPTP 时基
  3. E2E 保护：跨域时保持端到端保护

数据流示例：
  轮速传感器（Classic ECU，CAN 报文）
    → 网关解析 CAN 信号
    → 打包为 SOME/IP 事件（VehicleSpeed）
    → Adaptive 感知应用订阅
    → 融合结果回传
    → 网关拆成 CAN 报文 → 执行器 ECU

IAM（Identity and Access Management）：
  基于应用身份的访问控制
  应用有唯一身份（证书/密钥）
  访问资源（服务、文件）需授权
  类似 Linux 的 SELinux，但面向车载

Crypto（CRYPTO）：
  提供加解密、签名、哈希 API
  底层用 HSM（硬件安全模块）或 TEE
  密钥存储在安全区，不可导出

SecOC：报文认证（主要在 Classic 侧）

PHM（Platform Health Management）：
  监督应用与进程健康
  - Alive Supervision：进程按周期上报心跳
  - Deadline Supervision：检查执行是否超时
  - Logical Supervision：检查执行顺序
  - Health Channel：应用主动上报健康状态
  失败动作：重启进程、切换功能组状态、进入降级模式

典型部署（Orin 上）：
  QNX Hypervisor
    ├─ VM1: QNX + Adaptive（安全域，ASIL B）
    └─ VM2: Linux + Adaptive（智驾域，QM）

性能调优点：
  1. 进程绑核（CPU affinity），避免跨核迁移抖动
  2. 内存：预分配 + 内存池，避免运行时分片
  3. 通信：同机用共享内存（零拷贝），跨机用 SOME/IP
  4. 序列化：SOME/IP 用固定布局，避免运行时反射
  5. 线程优先级：通信线程 > 计算线程 > 日志线程
  6. 实时调度：SCHED_FIFO 用于关键线程

启动时间优化：
  延迟启动非关键应用（EM 的依赖管理）
  并行启动无依赖应用
  应用预热（预加载库）