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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
  • 2. PDU Router模块架构
  • 3. PDU Router配置模型
  • 4. PDU Router路由流程
  • 5. PDU Router状态机
  • 6. 总结

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：

  • I-PDU路由转发：基于静态配置的路由表，将I-PDU从源模块转发到目标模块
  • 网关功能：支持不同通信接口之间的I-PDU转发，实现网络间通信
  • 多播支持：支持1:n路由，将单个I-PDU转发到多个目标模块
  • 缓冲区管理：提供FIFO和Last-is-best两种缓冲策略
  • 传输协议支持：支持CAN、FlexRay、LIN等传输协议模块的网关功能

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：

  • 上层接口：提供PduR_<User:Up>Transmit、PduR_<User:Up>CancelTransmit等API
  • 下层接口：提供PduR_<User:Lo>RxIndication、PduR_<User:Lo>TxConfirmation等API
  • 传输协议接口：提供PduR_<User:LoTp>StartOfReception、PduR_<User:LoTp>CopyRxData等API

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：

  • 功能：PDU Router模块的主配置类，包含所有配置数据
  • 关键属性：
    • PduRBswModules[]：BSW模块配置数组
    • PduRGeneral：通用配置参数
    • PduRRoutingPathGroups[]：路由路径组配置
    • PduRRoutingPaths[]：路由路径配置
    • PduRSrcPdus[]：源PDU配置
    • PduRDestPdus[]：目标PDU配置
    • PduRTxBuffers[]：传输缓冲区配置
    • PduRDefaultValues[]：默认值配置

PduRGeneralType：

  • 功能：PDU Router模块的通用配置参数
  • 关键属性：
    • PduRDevErrorDetect：开发错误检测开关
    • PduRVersionInfoApi：版本信息API开关
    • PduRMaxRoutingPathCnt：最大路由路径数量
    • PduRMaxTxBufferCnt：最大传输缓冲区数量
    • PduRMaxRoutingPathGroupCnt：最大路由路径组数量

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：

  • COM模块：上层应用模块，发起I-PDU传输请求
  • PDU Router引擎：核心路由引擎，处理路由决策和转发
  • 路由路径表：静态配置的路由规则表
  • 缓冲区管理：管理I-PDU的缓冲存储
  • CAN接口、FlexRay接口：下层通信接口模块

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）：

  • 含义：模块尚未初始化，无法提供任何服务
  • 特征：
    • 所有内部数据结构未初始化
    • 路由路径表为空
    • 缓冲区管理器未就绪
  • 进入条件：系统启动时
  • 退出条件：调用PduR_Init函数成功初始化

在线运行状态（Online）：

  • 含义：模块正常运行，提供完整的路由服务
  • 特征：
    • 支持所有PDU Router功能
    • 处理I-PDU路由和网关
    • 支持管理操作
    • 错误检测和处理

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

  • 通用性：支持任意上层和下层模块组合，适应不同的系统架构
  • 灵活性：支持多种路由模式，包括单播、多播和网关功能
  • 可靠性：提供完整的错误检测和处理机制
  • 可配置性：支持后构建可加载和可选择配置，便于系统优化

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

  • 静态路由：基于配置表的路由决策，确保实时性能
  • 缓冲区管理：支持FIFO和Last-is-best两种缓冲策略
  • 传输协议支持：完整的TP模块网关功能
  • 错误处理：符合AUTOSAR标准的错误检测和报告

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。

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在工业控制、户外电子、水下设备等对连接稳定性与防护性要求极致的场景中&#xff0c;TENGJUN防水TYPE-C连接器以“硬核性能全面认证”的双重优势&#xff0c;成为关键连接环节的信赖之选。从结构设计到认证标准&#xff0c;每一处细节都为应对复杂环境而生&#xff0c;重新定义…
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【小呆的随机振动力学笔记】概率论基础

【小呆的随机振动力学笔记】概率论基础

文章目录0. 概率论基础0.1 概率的初步认知0.2 随机变量的分布0.3 随机变量的数字特征0.3.1 随机变量的期望算子0.3.2 随机变量的矩0.4 随机变量的特征函数0.5 高数基础附录A 典型分布0. 概率论基础 \quad\quad在生活中或自然中&#xff0c;处处都存在随机现象&#xff0c;比如每…
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使用海康机器人相机SDK实现基本参数配置（C语言示例）

使用海康机器人相机SDK实现基本参数配置（C语言示例）

在机器视觉项目开发中&#xff0c;相机的初始化、参数读取与设置是最基础也是最关键的环节。本文基于海康机器人&#xff08;Hikrobot&#xff09;提供的MVS SDK&#xff0c;使用C语言实现了一个简洁的控制程序&#xff0c;完成设备枚举、连接以及常用参数的获取与设置。 &…
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【IoTDB】时序数据库选型指南：为何IoTDB成为工业大数据场景的首选？

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【作者主页】Francek Chen 【专栏介绍】⌈⌈⌈大数据与数据库应用⌋⌋⌋ 大数据是规模庞大、类型多样且增长迅速的数据集合&#xff0c;需特殊技术处理分析以挖掘价值。数据库作为数据管理的关键工具&#xff0c;具备高效存储、精准查询与安全维护能力。二者紧密结合&#xff0…
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