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AUTOSAR PDU Router詳解文檔

AUTOSAR通信架構中的核心路由模塊

1. 概述

PDU Router模塊是AUTOSAR通信架構中的核心組件，負責在AUTOSAR軟件組件之間路由I-PDU（Interaction Layer Protocol Data Units）。該模塊提供了靈活的I-PDU轉發機制，支持多種路由模式，包括單播、多播和網關功能。

1.1 PDU Router的作用

根據源文檔描述，PDU Router模塊主要提供以下功能：

I-PDU路由轉發：基于靜態配置的路由表，將I-PDU從源模塊轉發到目標模塊
網關功能：支持不同通信接口之間的I-PDU轉發，實現網絡間通信
多播支持：支持1:n路由，將單個I-PDU轉發到多個目標模塊
緩沖區管理：提供FIFO和Last-is-best兩種緩沖策略
傳輸協議支持：支持CAN、FlexRay、LIN等傳輸協議模塊的網關功能

1.2 核心特性

靜態配置：路由路徑基于靜態配置表，不支持動態路由
通用接口：采用通用接口設計，支持任意上層和下層模塊組合
后構建支持：支持后構建可加載和可選擇配置
錯誤處理：提供完整的錯誤檢測和報告機制

2. PDU Router模塊架構

PDU Router模塊在AUTOSAR通信架構中位于中間層，連接上層應用模塊和下層通信接口模塊。

在這里插入圖片描述

圖2-1：PDU Router模塊在AUTOSAR通信架構中的位置和關系

2.1 架構層次

應用層：

COM模塊：通信管理模塊，負責信號和I-PDU的轉換
DCM模塊：診斷通信管理模塊，處理診斷請求和響應
IPduM模塊：I-PDU復用器，支持I-PDU的動態復用
DLT模塊：數據鏈路測試模塊，提供通信測試功能

PDU Router模塊：

PDU Router引擎：核心路由引擎，執行I-PDU的路由決策和轉發
路由路徑表：靜態配置的路由規則表，定義I-PDU的路由路徑
緩沖區管理：管理I-PDU的緩沖存儲，支持FIFO和Last-is-best策略

通信接口層：

CAN接口（CanIf）：CAN總線接口模塊
FlexRay接口（FrIf）：FlexRay總線接口模塊
LIN接口（LinIf）：LIN總線接口模塊
以太網接口（EthIf）：以太網接口模塊

傳輸協議層：

CAN傳輸協議（CanTp）：CAN總線傳輸協議模塊
FlexRay傳輸協議（FrTp）：FlexRay傳輸協議模塊
LIN傳輸協議（LinTp）：LIN傳輸協議模塊
J1939傳輸協議（J1939Tp）：J1939協議模塊

2.2 接口關系

PDU Router模塊通過以下接口與上下層模塊交互：

上層接口：提供PduR_<User:Up>Transmit、PduR_<User:Up>CancelTransmit等API
下層接口：提供PduR_<User:Lo>RxIndication、PduR_<User:Lo>TxConfirmation等API
傳輸協議接口：提供PduR_<User:LoTp>StartOfReception、PduR_<User:LoTp>CopyRxData等API

2.3 代碼示例

/* PDU Router模塊初始化示例 */
Std_ReturnType PduR_Init(const PduR_PBConfigType* ConfigPtr)
{Std_ReturnType result = E_OK;/* 參數檢查 */if (ConfigPtr == NULL) {DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_INIT_SID, PDUR_E_PARAM_POINTER);return E_NOT_OK;}/* 初始化路由路徑表 */result = PduR_Internal_InitRoutingTable(ConfigPtr);if (result != E_OK) {return E_NOT_OK;}/* 初始化緩沖區管理器 */result = PduR_Internal_InitBufferManager(ConfigPtr);if (result != E_OK) {return E_NOT_OK;}/* 設置模塊狀態為在線 */PduR_Internal_SetModuleState(PDUR_ONLINE);return E_OK;
}/* 上層模塊傳輸請求示例 */
Std_ReturnType PduR_ComTransmit(PduIdType TxPduId, const PduInfoType* PduInfoPtr)
{Std_ReturnType result = E_OK;PduR_RoutingPathType* routingPath;/* 參數檢查 */if (PduInfoPtr == NULL) {DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_COM_TRANSMIT_SID, PDUR_E_PARAM_POINTER);return E_NOT_OK;}/* 查找路由路徑 */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;}/* 執行路由轉發 */result = PduR_Internal_ForwardToDestinations(routingPath, PduInfoPtr);return result;
}

3. PDU Router配置模型

PDU Router模塊的配置采用層次化的數據結構，支持靈活的模塊配置和路由規則定義。

圖3-1：PDU Router配置模型的數據結構關系

3.1 主要配置類

PduR_PBConfigType：

功能：PDU Router模塊的主配置類，包含所有配置數據
關鍵屬性：
- PduRBswModules[]：BSW模塊配置數組
- PduRGeneral：通用配置參數
- PduRRoutingPathGroups[]：路由路徑組配置
- PduRRoutingPaths[]：路由路徑配置
- PduRSrcPdus[]：源PDU配置
- PduRDestPdus[]：目標PDU配置
- PduRTxBuffers[]：傳輸緩沖區配置
- PduRDefaultValues[]：默認值配置

PduRGeneralType：

功能：PDU Router模塊的通用配置參數
關鍵屬性：
- PduRDevErrorDetect：開發錯誤檢測開關
- PduRVersionInfoApi：版本信息API開關
- PduRMaxRoutingPathCnt：最大路由路徑數量
- PduRMaxTxBufferCnt：最大傳輸緩沖區數量
- PduRMaxRoutingPathGroupCnt：最大路由路徑組數量

3.2 路由配置類

PduRRoutingPathType：

功能：定義單個I-PDU的路由規則
關鍵屬性：
- PduRRoutingPathId：路由路徑唯一標識符
- PduRSrcPduRef：源PDU引用
- PduRDestPduRefs[]：目標PDU引用數組
- PduRDestTxBufferRef：目標傳輸緩沖區引用
- PduRTpThreshold：傳輸協議閾值
- PduRMaxPduLength：最大PDU長度
- PduRBufferAllocation：緩沖區分配策略

PduRRoutingPathGroupType：

功能：路由路徑組配置，用于批量管理路由路徑
關鍵屬性：
- PduRRoutingPathGroupId：路由路徑組標識符
- PduRRoutingPathGroupRefs[]：路由路徑引用數組
- PduRGroupEnableAtInit：初始化時啟用標志

3.3 緩沖區配置類

PduRTxBufferType：

功能：傳輸緩沖區配置，用于存儲待傳輸的I-PDU
關鍵屬性：
- PduRTxBufferId：緩沖區唯一標識符
- PduRTxBufferSize：緩沖區大小
- PduRTxBufferRef：緩沖區內存引用
- PduRTxBufferAllocation：緩沖區分配方式

3.4 代碼示例

/* PDU Router配置結構定義 */
typedef struct {PduRBswModuleType* PduRBswModules;PduRGeneralType PduRGeneral;PduRRoutingPathGroupType* PduRRoutingPathGroups;PduRRoutingPathType* PduRRoutingPaths;PduRSrcPduType* PduRSrcPdus;PduRDestPduType* PduRDestPdus;PduRTxBufferType* PduRTxBuffers;PduRDefaultValueType* PduRDefaultValues;
} PduR_PBConfigType;/* 路由路徑配置結構 */
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;/* 初始化路由路徑 */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;}/* 初始化傳輸緩沖區 */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模塊支持多種路由場景，包括上層模塊發送、通信接口網關和傳輸協議網關等。

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圖4-1：PDU Router模塊的路由流程和交互序列

4.1 上層模塊發送I-PDU流程

場景描述：COM模塊向多個目標模塊發送I-PDU，實現1:n路由

參與者：

COM模塊：上層應用模塊，發起I-PDU傳輸請求
PDU Router引擎：核心路由引擎，處理路由決策和轉發
路由路徑表：靜態配置的路由規則表
緩沖區管理：管理I-PDU的緩沖存儲
CAN接口、FlexRay接口：下層通信接口模塊

流程步驟：

傳輸請求：COM模塊調用PduR_ComTransmit發起傳輸請求
路由查詢：PDU Router引擎查詢路由路徑表，獲取目標模塊列表
數據提供方式判斷：
- 直接數據提供：立即調用目標模塊的傳輸接口
- 觸發傳輸數據提供：先存儲數據，等待目標模塊請求

4.2 通信接口網關流程

場景描述：CAN接口接收I-PDU并轉發到FlexRay接口，實現網關功能

參與者：

CAN接口：源通信接口，接收I-PDU
PDU Router引擎：執行網關轉發邏輯
FlexRay接口：目標通信接口，發送I-PDU

流程步驟：

接收指示：CAN接口調用PduR_CanIfRxIndication通知PDU Router
目標查詢：PDU Router引擎查詢路由路徑，確定目標模塊
轉發處理：
- 直接轉發：立即調用目標接口的傳輸函數
- FIFO緩沖：存儲到FIFO隊列，等待目標模塊請求

4.3 傳輸協議網關流程

場景描述：CAN傳輸協議接收多幀數據并轉發到FlexRay傳輸協議

參與者：

CAN傳輸協議：源傳輸協議模塊
PDU Router引擎：管理TP網關邏輯
FlexRay傳輸協議：目標傳輸協議模塊

流程步驟：

開始接收：CAN傳輸協議調用PduR_CanTpStartOfReception開始接收
路由查詢：PDU Router引擎查詢路由路徑，確定目標TP模塊
網關模式選擇：
- 直接網關：等待完整接收后開始傳輸
- 網關on-the-fly：達到閾值后開始傳輸

4.4 代碼示例

/* 上層模塊傳輸處理示例 */
Std_ReturnType PduR_Internal_ForwardToDestinations(PduR_RoutingPathType* routingPath, const PduInfoType* pduInfo)
{Std_ReturnType result = E_OK;uint8 destCount = 0;PduRDestPduType* destPdu;/* 遍歷所有目標PDU */while ((destPdu = routingPath->PduRDestPduRefs[destCount]) != NULL) {/* 根據數據提供方式處理 */if (destPdu->PduRDestPduDataProvision == PDUR_DIRECT) {/* 直接數據提供 */result = PduR_Internal_TransmitDirect(destPdu, pduInfo);} else {/* 觸發傳輸數據提供 */result = PduR_Internal_StoreForTriggerTransmit(destPdu, pduInfo);}if (result != E_OK) {/* 處理傳輸失敗 */DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_FORWARD_SID, PDUR_E_TRANSMIT_FAILED);}destCount++;}return result;
}/* 通信接口接收處理示例 */
void PduR_CanIfRxIndication(PduIdType RxPduId, const PduInfoType* PduInfoPtr)
{PduR_RoutingPathType* routingPath;Std_ReturnType result = E_OK;/* 查找路由路徑 */routingPath = PduR_Internal_GetRoutingPath(RxPduId);if (routingPath == NULL) {/* 無路由路徑，丟棄I-PDU */return;}/* 執行網關轉發 */result = PduR_Internal_GatewayForward(routingPath, PduInfoPtr);if (result != E_OK) {/* 處理網關失敗 */DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_GATEWAY_SID, PDUR_E_GATEWAY_FAILED);}
}/* 傳輸協議網關處理示例 */
BufReq_ReturnType PduR_CanTpStartOfReception(PduIdType RxPduId, PduLengthType TpSduLength,PduLengthType* RxBufferSizePtr)
{PduR_RoutingPathType* routingPath;BufReq_ReturnType result = BUFREQ_OK;/* 查找路由路徑 */routingPath = PduR_Internal_GetRoutingPath(RxPduId);if (routingPath == NULL) {return BUFREQ_E_NOT_OK;}/* 分配緩沖區 */result = PduR_Internal_AllocateBuffer(routingPath, TpSduLength, RxBufferSizePtr);if (result == BUFREQ_OK) {/* 開始目標TP傳輸 */PduR_Internal_StartDestinationTpTransmit(routingPath, TpSduLength);}return result;
}

5. PDU Router狀態機

PDU Router模塊采用狀態機設計，管理模塊的生命周期和運行狀態。

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圖5-1：PDU Router模塊的狀態轉換和生命周期管理

5.1 主要狀態

未初始化狀態（Uninitialized）：

含義：模塊尚未初始化，無法提供任何服務
特征：
- 所有內部數據結構未初始化
- 路由路徑表為空
- 緩沖區管理器未就緒
進入條件：系統啟動時
退出條件：調用PduR_Init函數成功初始化

在線運行狀態（Online）：

含義：模塊正常運行，提供完整的路由服務
特征：
- 支持所有PDU Router功能
- 處理I-PDU路由和網關
- 支持管理操作
- 錯誤檢測和處理

5.2 子狀態

空閑狀態（Idle）：

含義：等待處理請求的狀態
特征：
- 等待I-PDU傳輸請求
- 等待接收指示
- 等待管理API調用

路由處理狀態（Routing）：

含義：處理I-PDU路由轉發
特征：
- 支持1:1, 1:n, n:1路由
- 直接數據提供和觸發傳輸
- 多播支持
- 傳輸確認處理

網關處理狀態（Gateway）：

含義：處理通信接口間網關
特征：
- 通信接口間網關
- FIFO緩沖支持
- 直接轉發和緩沖轉發
- 錯誤處理

TP網關處理狀態（TPGateway）：

含義：處理傳輸協議間網關
特征：
- 傳輸協議間網關
- 支持直接網關和on-the-fly
- 緩沖區動態分配
- 閾值控制傳輸

5.3 狀態轉換

初始化轉換：

Uninitialized → Online：初始化完成
Online → Offline：系統關閉或錯誤
Offline → Uninitialized：重新初始化

運行狀態轉換：

Idle → Routing：收到傳輸請求
Idle → Gateway：收到接收指示
Idle → TPGateway：收到TP接收指示
Idle → Management：收到管理API調用

5.4 代碼示例

/* PDU Router狀態機實現 */
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;/* 狀態機處理函數 */
void PduR_MainFunction(void)
{PduR_ModuleStateType currentState;PduR_SubStateType currentSubState;/* 獲取當前狀態 */currentState = PduR_Internal_GetModuleState();currentSubState = PduR_Internal_GetSubState();switch (currentState) {case PDUR_STATE_UNINITIALIZED:/* 未初始化狀態，等待初始化 */break;case PDUR_STATE_ONLINE:/* 在線狀態，處理子狀態 */PduR_Internal_ProcessSubState(currentSubState);break;case PDUR_STATE_OFFLINE:/* 離線狀態，等待重新初始化 */break;default:/* 錯誤狀態處理 */DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_MAINFUNCTION_SID, PDUR_E_INVALID_STATE);break;}
}/* 子狀態處理函數 */
void PduR_Internal_ProcessSubState(PduR_SubStateType subState)
{switch (subState) {case PDUR_SUBSTATE_IDLE:/* 空閑狀態，檢查是否有待處理請求 */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:/* 路由處理狀態 */PduR_Internal_ProcessRouting();PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);break;case PDUR_SUBSTATE_GATEWAY:/* 網關處理狀態 */PduR_Internal_ProcessGateway();PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);break;case PDUR_SUBSTATE_TP_GATEWAY:/* TP網關處理狀態 */PduR_Internal_ProcessTpGateway();PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);break;case PDUR_SUBSTATE_MANAGEMENT:/* 管理操作狀態 */PduR_Internal_ProcessManagement();PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);break;default:/* 錯誤子狀態處理 */DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_PROCESS_SUBSTATE_SID, PDUR_E_INVALID_SUBSTATE);PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);break;}
}/* 狀態轉換函數 */
void PduR_Internal_SetModuleState(PduR_ModuleStateType newState)
{PduR_ModuleStateType oldState = PduR_Internal_GetModuleState();/* 狀態轉換驗證 */if (PduR_Internal_IsValidStateTransition(oldState, newState)) {PduR_Internal_ModuleState = newState;/* 狀態轉換后的處理 */switch (newState) {case PDUR_STATE_ONLINE:/* 進入在線狀態，初始化子狀態 */PduR_Internal_SetSubState(PDUR_SUBSTATE_IDLE);break;case PDUR_STATE_OFFLINE:/* 進入離線狀態，清理資源 */PduR_Internal_CleanupResources();break;default:break;}} else {/* 無效狀態轉換 */DET_ReportError(PDUR_MODULE_ID, 0, PDUR_SET_STATE_SID, PDUR_E_INVALID_STATE_TRANSITION);}
}