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AUTOSAR OCU驅動程序詳解

AUTOSAR標準輸出比較單元驅動程序架構與實現分析

1. 概述
- 1.1 OCU驅動程序簡介
- 1.2 功能概述
2. OCU驅動程序架構
- 2.1 架構圖
- 2.2 層次結構
3. OCU驅動程序組件設計
- 3.1 組件圖
- 3.2 接口定義
4. OCU驅動程序狀態管理
- 4.1 狀態圖
- 4.2 狀態轉換
5. OCU驅動程序數據結構
- 5.1 配置類圖
- 5.2 數據類型定義
6. OCU驅動程序使用流程
- 6.1 序列圖
- 6.2 調用流程
7. 總結

1. 概述

1.1 OCU驅動程序簡介

OCU（Output Compare Unit，輸出比較單元）驅動程序是AUTOSAR標準中MCAL（微控制器抽象層）的一部分，提供了對微控制器中輸出比較單元的抽象接口。OCU驅動程序使上層軟件能夠使用標準化的API訪問硬件輸出比較功能，無需關心具體的硬件細節。

1.2 功能概述

根據AUTOSAR規范文檔，OCU驅動程序提供以下核心功能：

比較值控制：允許設置絕對或相對閾值，與自由運行計數器進行比較
通道管理：支持啟動和停止OCU通道，控制計數器運行
通知機制：在計數器值等于閾值時提供通知回調
引腳控制：管理輸出引腳狀態，配置比較匹配時的動作
計數器讀取：提供讀取自由運行計數器當前值的接口

OCU通道由自由運行計數器、比較閾值和比較匹配動作組成。當計數器值等于閾值時，會執行配置的比較匹配動作，如修改輸出引腳狀態或觸發通知回調。

2. OCU驅動程序架構

2.1 架構圖

下圖展示了OCU驅動程序在AUTOSAR架構中的位置和與其他模塊的關系：

在這里插入圖片描述

2.2 層次結構

根據架構圖和源文檔，OCU驅動程序位于AUTOSAR架構的MCAL層，其層次結構如下：

應用層：

應用軟件組件：實現特定的應用功能，通過RTE使用OCU驅動提供的服務。

RTE層：

運行時環境：連接應用層和基礎軟件層，提供標準化的通信機制。

BSW層：

ECU抽象層：對BSW功能提供抽象接口，屏蔽硬件細節。
MCAL層：包含OCU驅動程序，直接與硬件交互。
- OCU驅動程序：提供對OCU硬件的訪問接口。
- 其他MCAL模塊：如DIO、PORT等，與OCU驅動協作。
服務層：提供系統服務，用于配置和初始化模塊。

硬件層：

MCU硬件：微控制器硬件平臺。
OCU硬件單元：實現計數器、比較器和輸出功能的硬件單元。

OCU驅動程序的關鍵職責包括：

初始化和配置OCU通道
啟動/停止通道
設置閾值和讀取計數器值
配置輸出引腳行為
通知上層應用比較匹配事件

OCU硬件單元的功能包括：

自由運行計數器
比較閾值
比較匹配動作
輸出引腳控制

3. OCU驅動程序組件設計

3.1 組件圖

以下組件圖展示了OCU驅動程序的內部結構和接口設計：

在這里插入圖片描述

3.2 接口定義

OCU驅動程序包含以下主要功能模塊和接口：

初始化模塊：

Ocu_Init：初始化OCU驅動程序，設置硬件寄存器和內部數據結構。
Ocu_DeInit：反初始化OCU驅動程序，復位硬件和內部狀態。

通道控制模塊：

Ocu_StartChannel：啟動指定的OCU通道，允許計數器運行。
Ocu_StopChannel：停止指定的OCU通道，禁止計數器運行。
Ocu_SetPinState：設置通道關聯的輸出引腳狀態（高/低電平）。
Ocu_SetPinAction：配置比較匹配時輸出引腳的動作（置高/置低/翻轉/禁用）。

通知管理模塊：

Ocu_EnableNotification：啟用指定通道的比較匹配通知回調。
Ocu_DisableNotification：禁用指定通道的比較匹配通知回調。
通知處理：內部組件，負責處理比較匹配事件并調用回調函數。

計數器管理模塊：

Ocu_GetCounter：讀取指定通道計數器的當前值。
Ocu_SetAbsoluteThreshold：設置絕對比較閾值。
Ocu_SetRelativeThreshold：設置相對比較閾值（相對于當前計數器值或當前閾值）。

配置管理模塊：

通道配置：管理OCU通道的配置數據。
靜態配置：存儲來自配置工具的靜態配置參數。

這些接口符合AUTOSAR標準，提供了對OCU硬件功能的完整訪問。配置參數包括通道ID、計數器最大值、計數器頻率/分辨率、默認閾值、通知函數、輸出引腳配置和硬件通道分配等。

根據源文檔中的SRS_Ocu_00006，OCU驅動程序提供當計數器值等于閾值時的通知功能。通知僅在以下條件滿足時觸發：

通知功能已配置（非空指針）
通知功能已啟用

根據SRS_Ocu_00012，OCU驅動程序還提供設置比較匹配時引腳動作的功能，可能的動作值包括OCU_HIGH、OCU_LOW、OCU_TOGGLE和OCU_DISABLE。

4. OCU驅動程序狀態管理

4.1 狀態圖

下圖展示了OCU驅動程序通道的狀態轉換：

在這里插入圖片描述

4.2 狀態轉換

OCU驅動程序使用狀態機管理其生命周期和功能狀態。主要狀態和轉換包括：

未初始化狀態 (UNINIT)：

驅動程序尚未初始化，無法使用任何功能。
通過調用Ocu_Init()函數轉換到初始化完成狀態。

初始化完成狀態 (INITIALIZED)：

驅動程序已初始化，可以使用其功能。
通過調用Ocu_DeInit()函數返回到未初始化狀態。
初始化后的特點：
- 所有通道處于停止狀態
- 所有通知被禁用
- 輸出引腳設置為默認狀態

在初始化完成狀態下，通道和通知有各自的子狀態：

通道子狀態：

通道停止狀態 (IDLE)：通道未運行，不會觸發比較匹配。
- 通過調用Ocu_StartChannel()轉換到通道運行狀態。
通道運行狀態 (RUNNING)：通道正在運行，可以觸發比較匹配。
- 通過調用Ocu_StopChannel()返回到通道停止狀態。
- 在此狀態下可以：
  - 讀取計數器值 (Ocu_GetCounter)
  - 設置閾值 (Ocu_SetAbsoluteThreshold/Ocu_SetRelativeThreshold)
  - 設置引腳狀態 (Ocu_SetPinState)
  - 設置比較匹配動作 (Ocu_SetPinAction)

通知子狀態：

通知關閉狀態 (NOTIFICATION_DISABLED)：不會觸發通知回調。
- 通過調用Ocu_EnableNotification()轉換到通知開啟狀態。
通知開啟狀態 (NOTIFICATION_ENABLED)：可以觸發通知回調。
- 通過調用Ocu_DisableNotification()返回到通知關閉狀態。
- 當通知開啟且通道運行時：
  - 在計數器值等于閾值時
  - 觸發配置的通知回調函數

根據源文檔的SRS_Ocu_00004，初始化OCU驅動程序后，所有通知都應該被禁用，所有通道都應該被停止。如果通道有關聯的輸出引腳，該引腳將被設置為配置中定義的默認值。

根據SRS_Ocu_00007，OCU驅動程序允許在運行時啟用/禁用通知，以防止調用不需要的通知（中斷），并允許在軟件執行流中選擇何時觸發第一個或下一個通知。

5. OCU驅動程序數據結構

5.1 配置類圖

下圖展示了OCU驅動程序的配置數據結構：

在這里插入圖片描述

5.2 數據類型定義

OCU驅動程序定義了以下主要數據類型和結構：

頂層配置結構 (Ocu_ConfigType)：

包含所有通道配置的容器結構。
屬性：
- ChannelConfigs：指向通道配置數組的指針。
- NumberOfChannels：配置的通道數量。

通道配置結構 (Ocu_ChannelConfigType)：

定義每個OCU通道的特性。
屬性：
- ChannelId：通道的唯一標識符。
- CounterMaxValue：計數器的最大值。
- DefaultThreshold：閾值的默認值。
- HwChannel：分配的硬件通道。
- NotificationEnable：通知啟用狀態。
- NotificationCallback：通知回調函數。
- DefaultPinAction：比較匹配時的默認引腳動作。
- DefaultPinState：輸出引腳的默認狀態。
- CountDirection：計數方向（向上/向下）。
- CountResolution：計數器分辨率。
- HwSpecificConfig：指向硬件特定配置的指針。

引腳狀態類型 (Ocu_PinStateType)：

定義輸出引腳的可能狀態。
值：
- OCU_LOW：低電平。
- OCU_HIGH：高電平。

引腳動作類型 (Ocu_PinActionType)：

定義比較匹配時的可能引腳動作。
值：
- OCU_SET_LOW：設置為低電平。
- OCU_SET_HIGH：設置為高電平。
- OCU_TOGGLE：翻轉當前狀態。
- OCU_DISABLE：禁用動作。

計數方向類型 (Ocu_CountDirectionType)：

定義計數器的計數方向。
值：
- OCU_COUNT_UP：向上計數。
- OCU_COUNT_DOWN：向下計數。

通知類型 (Ocu_NotifyType)：

通知回調函數的類型定義。
當比較匹配發生時調用的函數指針。

硬件特定配置 (Ocu_HwSpecificConfig)：

包含MCU特定的配置參數。
屬性：
- ClockSetting：時鐘設置。
- DmaEnable：DMA啟用狀態。
- HwResourceId：硬件資源ID。
- PinSelectionValue：引腳選擇值。
- 其他硬件特定配置：取決于具體MCU。

OCU驅動程序接口定義了以下API函數：

Ocu_Init：初始化驅動程序。
Ocu_DeInit：反初始化驅動程序。
Ocu_StartChannel：啟動通道。
Ocu_StopChannel：停止通道。
Ocu_SetPinState：設置引腳狀態。
Ocu_SetPinAction：設置比較匹配時的引腳動作。
Ocu_GetCounter：獲取計數器值。
Ocu_SetAbsoluteThreshold：設置絕對閾值。
Ocu_SetRelativeThreshold：設置相對閾值。
Ocu_EnableNotification：啟用通知。
Ocu_DisableNotification：禁用通知。

根據源文檔的SRS_Ocu_00002，OCU驅動程序支持以下基本靜態配置：計數器最大值、計數分辨率/頻率、通知函數、閾值默認值、分配的硬件通道、通道符號名/ID、計數方向、輸出信號和默認輸出電平、硬件資源ID以及硬件觸發事件。

6. OCU驅動程序使用流程

6.1 序列圖

下圖展示了OCU驅動程序的典型使用序列：

在這里插入圖片描述

6.2 調用流程

OCU驅動程序的使用流程可以分為以下幾個階段：

初始化階段：

應用軟件調用Ocu_Init(配置參數)初始化OCU驅動程序。
OCU驅動程序初始化硬件寄存器和內部數據結構。
初始化完成后，所有通道停止，所有通知禁用，輸出引腳設置為默認狀態。

通道配置階段：

應用軟件調用Ocu_SetPinState(通道ID, OCU_HIGH/OCU_LOW)設置輸出引腳狀態。
應用軟件調用Ocu_SetPinAction(通道ID, OCU_SET_HIGH/OCU_SET_LOW/OCU_TOGGLE)配置比較匹配時的引腳動作。
應用軟件調用Ocu_SetAbsoluteThreshold(通道ID, 閾值)設置比較閾值。
應用軟件調用Ocu_EnableNotification(通道ID)啟用通知回調。

通道啟動階段：

應用軟件調用Ocu_StartChannel(通道ID)啟動通道。
OCU驅動程序啟動計數器。

運行階段：

當計數器值等于閾值時，OCU硬件觸發比較匹配事件。
OCU驅動程序執行配置的引腳動作并調用通知回調（如果已啟用）。
應用軟件可以調用Ocu_GetCounter(通道ID)讀取當前計數器值。
應用軟件可以調用Ocu_SetRelativeThreshold(通道ID, 增量值)設置新的相對閾值。

停止階段：

應用軟件調用Ocu_StopChannel(通道ID)停止通道。
應用軟件調用Ocu_DisableNotification(通道ID)禁用通知回調。

去初始化階段：

應用軟件調用Ocu_DeInit()去初始化OCU驅動程序。
OCU驅動程序復位硬件寄存器和內部數據結構。

根據源文檔中的各項需求，這個使用流程完全符合AUTOSAR OCU驅動程序的設計規范。

/* OCU驅動程序使用示例 */
#include "Ocu.h"/* 通知回調函數 */
void MyOcuNotification(void)
{/* 處理比較匹配事件 *//* 例如：更新PWM占空比、觸發采樣等 */
}void ApplicationTask(void)
{Std_ReturnType result;uint8 channelId = OCU_CHANNEL_0;Ocu_ValueType counterValue;/* 1. 初始化OCU驅動程序 */result = Ocu_Init(&OcuConfigData);if (result != E_OK) {/* 處理錯誤 */return;}/* 2. 配置OCU通道 */Ocu_SetPinState(channelId, OCU_HIGH);Ocu_SetPinAction(channelId, OCU_TOGGLE);Ocu_SetAbsoluteThreshold(channelId, 1000); /* 設置比較閾值為1000 */Ocu_EnableNotification(channelId);         /* 啟用通知回調 *//* 3. 啟動OCU通道 */result = Ocu_StartChannel(channelId);if (result != E_OK) {/* 處理錯誤 */return;}/* 4. 運行階段 *//* ... 應用邏輯 ... *//* 讀取當前計數器值 */counterValue = Ocu_GetCounter(channelId);/* 設置新的相對閾值（當前閾值 + 500） */Ocu_SetRelativeThreshold(channelId, 500);/* ... 更多應用邏輯 ... *//* 5. 停止OCU通道 */Ocu_StopChannel(channelId);Ocu_DisableNotification(channelId);/* 6. 去初始化OCU驅動程序 */Ocu_DeInit();
}