AUTOSAR入门-EcuM模块与系统启动

lichengwan

AUTOSAR入门-EcuM模块与系统启动



    “日出而作，日落而息”，白天要干活，晚上就要睡觉，两种状态的变化组成了很多人的生活。人的一生要经历生和死，也是状态的变迁，一个人从出生到童年、少年、青年、中年、老年，再到去世。人的活动可以看成是很多状态的变迁，有活动就有状态，就会产生状态变迁，程序也是活动的，是人脑活动的延伸，模拟人脑的机制去自动运行，执行人脑设计的程序。典型的程序状态有：启动、运行、睡眠、唤醒、关机。这五种状态也可以描述我们要做的任何一件事情，可以帮助我们更加科学的去规划事情的发展。

    下面进入正题，EcuM全称为（ECU State Management）顾名思义，指的就是ECU 的状态管理，我们以启动流程为主来看分析一下AS代码：https://github.com/thatway1989/as。通过本篇文章可以让你了解到AS代码是怎么启动的，各个模块是怎么被初始化运行起来的，这在软件分析中是很重要的。好比我们说上帝创造了人，那我们要苦苦的去寻找上帝，问上帝你是怎么创造出来的人。

1.  状态机



    上图中有五种状态Startup，Shutdown，RUN，Sleep，Wakeup的状态组成以及状态切换的过程，其中OFF，Sleep，RUN是稳态，而Startup跟Wakeup则是暂态。

在Startup阶段，同样按照Flexible 模式中开启OS为界限，分为Startup I与Startup II两个阶段；

当唤醒事件能够控制CPU供电时，则需要进入Wakeup阶段验证Wakeup Event是否有效，相反如果不带电源控制，则直接进入RUN阶段。

若进入到RUN阶段，可分为两个阶段：RUN II与RUN III两个阶段。其中RUN II指的是正常运行阶段，RUN III则是SW-C为即将进入到ShutDown所需要做的前提准备。

若进入到ShutDown阶段，首先会进入到PreShutDown阶段，然后按照Shutdown的目标不同，可以分为reset，OFF，Sleep三条路径。

如果Target为Sleep，则进入到Go Sleep阶段，若在该阶段检测到唤醒事件，那么直接跳转至Wakeup Validation阶段。

如果Target为OFF或Reset，则需经历Go OFF I与Go OFF II两个阶段，reset则会重新跳转至Startup阶段，而OFF则是直接关闭ECU。

若进入到Wakeup阶段，则需要进行四个阶段的唤醒源验证，主要分为Wakeup I，Wakeup Validation，Wakeup Reaction，Wakeup II阶段；

若进入到Sleep阶段，则可以分为两种Sleep模式：Sleep I 与Sleep II，一般两者选其一。其中Sleep I阶段（Halt），此阶段不运行代码，等待唤醒事件，然后跳转至Wakeup阶段；

其中Sleep II阶段则为Polling阶段，这个阶段则会低功耗运行代码，并且等待唤醒事件，如果存在，则进入到Wakeup阶段。

2. 系统启动

  上面EcuM的5种状态是概念还比较空洞，下面就结合AS的代码，来看下开机启动的过程。



    ECU启动时，首先通过中断向量表运行引导程序（俗称BootLoader），Bootloader在满足一定条件下跳转至APP程序中的C_Init处并指向main函数。Main（）函数在

release/ascore/app/main.c中定义：



    在这个main（）函数之前的代码是汇编写的，在BootLoader中，我们在编译的时候，见AUTOSAR入门-AS开源代码编译过程详解 中2.5 生成TINIX.IMG：生成的TINIX.IMG有三部分：boot.bin、loader.bin、x86-》kernel.bin

boot.bin、loader.bin的源码在：

as/com/as.infrastructure/arch/x86/boot/

  x86就是我们用Scons编译出来的目标程序，都是c语言写的，main入口函数就是上面说的release/ascore/app/main.c中定义。

  进入EcuM_Init（）函数后，首先启动第一阶段的初始化，之后启动OS，再进行第二启动阶段的初始化，最后就是进入StartPostOS阶段，如完成BswM模块的初始化，进而将控制权转交给BswM模块。

  整个系统，BootLoader运行完成后，就有EcuM模块接管运行起来OS，初始化各种模块，到最后状态机的运行，都是有EcuM完成的。具体由EcuM_Init（）函数完成，在代码com/as.infrastructure/system/EcuM/EcuM.c中。

2.1 EcuM_StateType状态

首先就是设置ECU的状态，执行代码如下：
set_current_state(ECUM_STATE_STARTUP_ONE);
可以找到状态的定义如下：
typedefenum {  ECUM_STATE_APP_RUN = 0x32,          //!< ECUM_STATE_APP_RUN  ECUM_STATE_SHUTDOWN = 0x40,         //!< ECUM_STATE_SHUTDOWN  ECUM_STATE_WAKEUP = 0x20,           //!< ECUM_STATE_WAKEUP  ECUM_SUBSTATE_MASK = 0x0F,          //!< ECUM_SUBSTATE_MASK  ECUM_STATE_WAKEUP_WAKESLEEP = 0x25, //!< ECUM_STATE_WAKEUP_WAKESLEEP  ECUM_STATE_WAKEUP_ONE = 0x21,       //!< ECUM_STATE_WAKEUP_ONE  ECUM_STATE_OFF = 0x80,              //!< ECUM_STATE_OFF  ECUM_STATE_STARTUP = 0x10,          //!< ECUM_STATE_STARTUP  ECUM_STATE_PREP_SHUTDOWN = 0x44,    //!< ECUM_STATE_PREP_SHUTDOWN  ECUM_STATE_RUN = 0x30,              //!< ECUM_STATE_RUN  ECUM_STATE_STARTUP_TWO = 0x12,      //!< ECUM_STATE_STARTUP_TWO  ECUM_STATE_WAKEUP_TTII = 0x26,      //!< ECUM_STATE_WAKEUP_TTII  ECUM_STATE_WAKEUP_VALIDATION = 0x22,//!< ECUM_STATE_WAKEUP_VALIDATION  ECUM_STATE_GO_SLEEP = 0x49,         //!< ECUM_STATE_GO_SLEEP  ECUM_STATE_STARTUP_ONE = 0x11,      //!< ECUM_STATE_STARTUP_ONE  ECUM_STATE_WAKEUP_TWO = 0x24,       //!< ECUM_STATE_WAKEUP_TWO  ECUM_STATE_SLEEP = 0x50,            //!< ECUM_STATE_SLEEP  ECUM_STATE_WAKEUP_REACTION = 0x23,  //!< ECUM_STATE_WAKEUP_REACTION  ECUM_STATE_APP_POST_RUN = 0x33,     //!< ECUM_STATE_APP_POST_RUN  ECUM_STATE_GO_OFF_TWO = 0x4e,       //!< ECUM_STATE_GO_OFF_TWO  ECUM_STATE_RESET = 0x90,            //!< ECUM_STATE_RESET  ECUM_STATE_GO_OFF_ONE = 0x4d//!< ECUM_STATE_GO_OFF_ONE} EcuM_StateType;

2.2 EcuM_AL_DriverInitZero()

//Initialize drivers that are needed to determine PostBuild configurationASLOG(ECUM,("!!!EcuM_AL_DriverInitZero!\n")); EcuM_AL_DriverInitZero();
初始化和启动Det（DefaultError Tracer） 默认的错误追踪器，必须在最开始初始化



2.3 InitOS();

1.初始化全局变量sys_tos_sys，这个变量用于表示操作系统内部的状态信息

2.初始化计数器

3.初始化调度表

4.在ram中建立pcb，并把rom中的pcb解压到ram中，并串接成链。

2.4 Os_IsrInit()

建立中断表：

Os_IsrInit();-》Irq_Init();

2.5 EcuM_World全局变量

       AUTOSAR方法论中介绍：代码有一部分固定的代码和一部分配置代码组成。配置代码在AS中的主要形式就是全局变量，由scons studio工具生成，路径在：as/build/posix/x86/ascore/config

这些全局变量要生效就要加载到内存中，这里
//Determine PostBuild configurationEcuM_World.config = EcuM_DeterminePbConfiguration();
     就是加载各个模块配置的全局变量的，这些配置也叫PostBuildconfiguration，就是说在编译后也可以改变的配置，这部分配置在内存中存在，可以被程序所修改。

     EcuM_World可以看作是ECU的控制块，它是一个EcuM_GobalType结构体，定义如下：

EcuM_GlobalType EcuM_World;
typedefstruct{booleaninitiated; //是否已经启动EcuM_ConfigType*         config; //ECU上各个硬件部分的控制信息，如：Ecu Default Shutdown Target，Ecu Default Shutdown Mode， Ecu Default App ModeEcuM_StateTypeshutdown_target;#if (defined(USE_ECUM_FLEXIBLE))EcuM_ShutdownCauseTypeshutdown_cause;#endifuint8sleep_mode;AppModeTypeapp_mode;EcuM_StateTypecurrent_state;#if defined(USE_COMM) || (defined(USE_ECUM_COMM) && (ECUM_AR_VERSION < 40000))uint32run_comm_requests;#endifuint32run_requests;uint32postrun_requests;/*Events set by EcuM_SetWakeupEvent */uint32wakeupEvents;uint32wakeupTimer;uint32validationTimer;uint32nvmReadAllTimer;/*Events set by EcuM_ValidateWakeupEvent */uint32validEvents;booleankillAllRequest;}EcuM_GlobalType;
2.6 EcuM_AL_DriverInitOne()

完成无需OS支持的底层硬件驱动的初始化或者其他低水平的初始化，将这部分驱动的初始化称为Init Block 1;
#if defined(USE_DEM)  // Preinitialize DEM                                                                                                                    NO_DRIVER(Dem_PreInit(ConfigPtr->DemConfigPtr)); #endif

这里有DEM的预初始化。

初始化的模块：
// Preinitialize DEM  NO_DRIVER(Dem_PreInit());// Setup Port  Port_Init(ConfigPtr->PortConfig);// Setup the GPT  Gpt_Init(ConfigPtr->GptConfig);
  Wdg_Init(ConfigPtr->WdgConfig);
  NO_DRIVER(WdgM_Init(ConfigPtr->WdgMConfig));// Setup DMA  Dma_Init(ConfigPtr->DmaConfig);// Setup ADC  Adc_Init(ConfigPtr->AdcConfig);// Setup PWM  Pwm_Init(ConfigPtr->PwmConfig);// Setup PWM  Ipc_Init(&Ipc_Config);
  NO_DRIVER(VirtQ_Init(&VirtQ_Config));
  NO_DRIVER(RPmsg_Init(&RPmsg_Config));
  SHELL_Init();
2.7 KSM_INIT();

见AUTOSAR入门-SoAd模块和TcpIp模块 3.3 TaskLwip激活中，把KSM_Config数组里面的任务轮询执行。

代码见：build/posix/x86/ascore/config/ksm_cfg.c

2.8 StartOS(OSDEFAULTAPPMODE);

如果没有初始化正确，就进入了noooo()死循环，从而触发看门狗reset。

二是检查os_strat()是否被退出，如果退出，则会调用assert(0)从而引发可捕获的异常。

StratOS()这个系统API调用了os_start()内部函数，它在\system\kernel\init.c

这个函数首先获得处于ready队列优先级最高的任务，然后切换到该任务，其间又调用了用户的StartupHook()，启动Alarm、Counter和系统Tick。

首次任务切换后操作系统就开始正式运行，至此系统启动完毕。

EcuM_enter_run_mode();进入运行模式。

3.操作系统运行

操作系统的运行核心就在于如何组织任务抢占CPU的时间片。在OSEK OS中，任务被触发执行可能的情况有四种：

被其他任务、中断服务程序调用SetEvent()或ActivateTask()触发。任务还可以调用ChainTask()触发切换。

其他任务释放资源。  

被报警器（Alarm）触发。

通信通知。  

其中第3种情况是最为常见的，因为任务通常是以周期执行的形式体现。

含有RTE应用程序的操作系统可分为五个部分：内核、任务体、构件、RTE和基础软件，RTE在ArcticCore中是一个API的转换层，构件只能运行自己的算法或调用Rte中的函数，每一个项目都有用户自己定义的Rte模块将构件的调用转换为BSW的API。整个过程如下图所示：



3.1 Bsw启动

os启动后会执行任务，com/as.infrastructure/system/SchM/SchM.c中有任务列表
TASK(SchM_Startup){EcuM_StartupTwo();TerminateTask();
3.2 EcuM_StartupTwo()

在开启OS的初始化函数中调用EcuM_StartupTwo进行第二启动阶段的初始化，最后就是进入StartPostOS阶段，如完成BswM模块的初始化，进而将控制权转交给BswM模块。
// Initialize drivers that don't need NVRAMdataEcuM_AL_DriverInitTwo(EcuM_World.config);(void)Rte_Start();EcuM_AL_DriverInitThree(EcuM_World.config);EcuM_enter_run_mode(); //会就进入运行状态。
3.3 EcuM_AL_DriverInitTwo（）

初始化不需要NVRAM数据的模块
#if defined(USE_DCM)                                                                                                                    EcuM_CheckValidation    NO_DRIVER(Dcm_Init(ConfigPtr->DcmConfigPtr));   // Setup DCM                                                                        EcuM_CheckWakeup#endif
可以看到DCM的初始化

3.4 EcuM_AL_DriverInitThree（）

初始化需要NVRAM数据的模块



5. EcuM其他几种状态分析

    EcuM的AUTOSAR官方文档为：《AUTOSAR_SWS_ECUStateManager.pdf》其他几种状态可以参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/508403009

自己对照官方文档看一遍，这里偷懒就不说明了。

后记：

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