基于AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发.pdf
同济大学出版的基于AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发，书中有英飞凌AURIX多核单片机的介绍、AUTOSAR基础理论介绍、AUTOSAR开方工具 Davinci Developer的介绍等内容仅供个人学习使用！！不允许被用作商业，更加不允许大面积宣传！！损害作者的利益！！基于 AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发朱元陆科吴志红著同大学出版社TONGJI UNIVERSITY PRI内容提要本书主要介绍了汽车电子的最新规范 AUTOSAR,以及如何开发符合 AUTOSAR规范的电机控制器软件的详细过程。全书分为基础篇和实战篇:基础篇介绍汽车电子软件开发趋势,以及多核单片机和AUTOSAR的相关概念;实战篇介绍了利用 Vector工具链基于 AURIX单片机开发电机控制器的思路和步骤。本书在编写中,力求内容正确,所有的内容都经过相关专家审阅,并经作者测试,步骤清晰,配图丰富。本书适合具有一定嵌入式软件开发基础知识的读者,可作为高等院校本科生、研究生学习嵌入式软件开发的参考书,也可供汽车电子行业软件工程师学习和参考。图书在版编目(CIP)数据基于 AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发/朱元陆科,吴志红著.-上海:同济大学出版社,2017.8ISBN978-7-5608-7134-9I.①基…Ⅱ.①朱…②陆…③吴…Ⅲ.①汽车电子系统一应用软件一高等学校一教材Ⅳ.①U463.6中国版本图书馆CIP数据核字(2017)第159351号基于 AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发朱元陆科吴志红著策划编辑赵泽毓责任编辑朱勇责任校对徐春莲封面设计陈益平出版发行同济大学出版社www.tongjipress.com.cn(地址:上海市四平路1239号邮编:200092电话:021-65985622)经销全国各地新华书店印刷常熟市大宏印刷有限公司开本787mm×1092mm1/16印张12.75字数318000版次2017年8月第1版2017年8月第1次印刷书号ISBN978-7-5608-7134-9定价56.00元本书若有印装质量问题,请向本社发行部调换版权所有侵权必究ForewordDear Readers.AUTOSAR is“ Today”,not“ Tomorrow”Automotive OEMs, suppliers, semi-conductor manufacturers and providers for basic software andrelated tools contributed a lot of effort on AUTOSAR in the past years. The goal is to introduce anew development methodology, a new architecture and new functionalities to face the challenge ofthe increasing complexity of Automotive E&.E. I am glad that AuTOSaR grows step by step andis accepted by automotive industry more and more. AUTOSAR achieved success in Europe firstly,and then was recognized by USA and Japan. Now it is ChinaThe good thing is: now the engineers in Europe, USA, Japan and China are usingAUTOSAR or studying autosar because they know it will be useful tomorrow. Moreand more Chinese engineers want to know AUTOSAR in detailed and practically. The badthing is: the tremendous growth of functionality from AUTSOAR release 1.0 to 4.3 reflectsthe complex requirements of automotive electronics and their fast increase directly. Thee newtechnologies like Multi-core, Functional Safety, Ethernet and Security raise the entry levelof AUTOSAR. The beginners may feel confused and painfulI totally understand the importance of native language to ease the access to new technologiesSo i really appreciate the work by Dr. Zhu Yuan, Dr. Wu Zhihong, Mr. Lu Ke and theirteam at CDHK Tongji University- Vector Automotive Technology Joint Laboratory. IaImsure that the first Chinese AUTOSaR book written by Dr. Zhu Yuan, Dr. Wu ZhihongMr. Lu Ke and their team is great news for Chinese engineers and students. With the help ofthis book, readers will get the system overview of AUtOSaR and learn how to create anAUTOSAR project with OS, BSWM, ECUM and so on. In the same time, I also thankInfineon Technologies and Shanghai Dajun Technologies, Inc. for their great supportI wish all readers a lot of fun reading this book and a lot of success when implementing theAUTOSAR approach in their projectsDr. Gunther HelingDirector for Embedded Software and SystemsVector Informatik gmbh前言为应对日益复杂的汽车电子软件开发、更新和维护的问题, AUTOSARAUTomotiveOpen System ARchitecture(汽车开放系统架构)联盟应运而生。在 AUTOSAR分层模型中软件模块及软件模块之间的接口定义更加标准化,使得整车厂、供应商、科硏机构之间可以方便地实现软件联合开发,为汽车工业的软件系统框架建立了一套开放的标准。与此同时,汽车电子控制单元对单片机的性能要求不断提高,车用32位多核处理器自2012年面世以来已逐渐广泛应用于汽车电子控制单元中。英飞凌科技和维克多( Vector)公司均为 AUTOSAR联盟的高级成员。英飞凌全新的32位多核架构单片机— AURIX引领全球最先进的车用微处理器技术,满足现在及未来汽车安全和安防所需要的应用要求; Vector在汽车电子开发工具、嵌入式软件组件和技术服务等方面具有领先地位。在上海大郡动力控制技术有限公司及徐性怡总裁的支持下,恰逢在国家重点研发计划资助课题——“电机控制器功能安全”(2016YFBO100804)中编者选用了英飞凌 AURIX产品家族系列中的单片机(TC275)和 Vector公司 AUTOSAR软件产品及工具来开发电机控制器软件系统。基于上述课题的研发经历及软件设计成果编著此书,旨在国内推广和普及遵循AUTOSAR规范的软件开发技术。本书分为基础篇和实战篇。基础篇包含1~3章。第1章概述了当前汽车电子软件的开发特点和趋势;第2章对比了多核单片机和单核单片机的特点,分析了多核单片机的优势和软件开发中的挑战;第3章介绍了 AUTOSAR的概念和架构,详细介绍了 AUTOSAR的基础软件层、实时运行环境层和应用层。实战篇包含4~9章,主要讲述基于 AURIX和 AUTOSAR的新能源汽车电机控制器的开发。其中,第4章介绍了新能源汽车发展趋势和电机控制器的开发方法,分别从控制算法、硬件结构和软件架构方面进行讲述;第5章介绍使用 VectorDa Vinci Developer开发电机控制器的软件架构,给出了配置SWC模块的实例;第6章介绍如何使用 Simulink进行应用层软件(例如控制算法)建模以及代码生成的相关内容;第7章介绍了使用 Vectorυ a Vinci Configurator Pro配置电机控制器的基础软件的详细步骤,包括CAN通信配置、MCAL配置以及其他基础软件模块配置等内容;第8章介绍了电机控制器算法的运行实体配置、 AUTOSAR多核OS设计和代码生成的相关内容;第9章介绍了软件代码的集成及其测试验证的相关内容本书由同济大学中德学院一维克多汽车技术联合实验室,同济大学一英飞凌汽车电子联合实验室编写。基础篇主要由朱元、吴志红编写,实战篇由朱元、陆科编写。全书由朱元组织统稿, Vector公司高路博士审阅。本书编写过程中得到了英飞凌科技和 Vector公司的大力支持,编者在此特别对英飞凌科技(中国)有限公司的徐辉女士、 Dirk geiger先生、杜曦先生、张立红先生、徐晶女士、陈汉顺先生,维克多汽车技术(上海)有限公司高路博士表示衷心的感谢。同时真挚地感谢 Math Works公司杜建福博士百忙之中为本书6.1和6.2章节提供了素材,并亲自编写了部分初稿。最后感谢本实验室胡力兴、赵建宁、李清晨、罗梦、王磊、董涛、王惜嘉、顾尉松、李超、张翟辉、仇里森、牛佳辉、周东东、韩光江等同学的资料整理、录人工作。本书适合具有一定嵌入式软件开发基础知识的读者,可作为高等院校本科生、研究生学习嵌入式软件开发的参考书,也可供汽车电子行业软件工程师学习和参考本书在编写过程中力求内容正确,书中所有的内容都经过英飞凌科技和 Vector专家审阅,也经过作者测试,并在科研项目中得到实际的应用。但由于我们的水平有限,编写时间紧张,缺点和错误之处在所难免,敬请读者指正著者2017年5月于同济大学目录目录Foreword前言基础篇第1章汽车电子的软件开发………………………………………………………………………………………31.1汽车电子系统简介…31.1.1概念1.1.2分类1.1.3工作原理1.1.4发展情况…………………………1.2汽车电子系统的开发…1.2.1汽车电子的组成部分:硬件和软件1.2.2硬件的开发方法5666781.2.3软件的开发方法1.3基于 AUTOSAR自顶向下地开发电机控制器1.4汽车电子系统的安全性第2章多核单片机在汽车电子系统中的应用……………………………………112.1单核单片机在汽车电子系统中的应用及局限性………………………………112.2多核单片机在汽车电子系统中的优势和软件开发中的挑战112.2.1多核处理器的优势…112.2.2多核软件开发所面临的问题122.2.3 AUTOSAR规范的应用……………………………………………………………122.3英飞凌 AURIX单片机的特点介绍132.3.1 AURIX系列单片机简介…132.3.2 AURIX的整体架构……………………142.3.3 AURIX系列单片机特色模块介绍…………………………………………………15第3章 AUTOSAR理论基础233.1 AUTOSAR简介…233.1.1目标……………………………………………………………………243.1.2、方法论263.2 AUTOSAR基础软件层…283.2.1微控制器抽象层…30基于 AUTOSAR规范的车用电机控制器软件开发3.2.2ECU抽象层……………………373.2.3服务层……………………………………………………………………………393.2.4 AUTOSAR操作系统183.2.5复杂驱动…………………………………………563.3 AUTOSAR运行时环境…………583.4 AUTOSAR应用层593.4.1 AUTOSAR软件组件593.4.2 AUTOSAR通信61实战篇第4章新能源汽车电机控制器…654.1新能源汽车及发展趋势…………………………………………………………………654.2电机控制器的开发…………………………………………………………………674.2.1控制算法674.2.2硬件结构…·:·4.2.3软件框架第5章使用 Da vinci Developer开发电机控制器软件架构………765.1 Vector相关工具链介绍5.2 Da Vinci Developer简介775.3 Da Vinci Developer入门……………785.3.1 Da vinci Developer安装方法5.3.2 Da vinci Developer界面说明……………………………………835.4使用 Da Vinci Developer配置SWC…5.4.1软件组件设计……………………………………………………………………………875.4.2通信接口设计…895.4.3通信端口设计………………………………………………………………915.4.4运行实体设计…………………………………………………………………935.4.5函数间变量设计…………………………………………………………………………95第6章使用 Simulink开发应用层6.1 MATLAR/ Simulink和 Embedded coder工具链介绍976.1.1 MATLAB/ Simulink基于模型的设计工具……76.1.2 Stateflow-建模和仿真决策工具986.1.3 Embedded coder代码生成和优化工具…………………………………996.2开发符合 AUTOSAR规范的应用层……………………………………………1006.2.1 AUTOSAR客户端、服务器…………1006.2.2 AUTOSAR标定参数…1036.2.3 AUTOSAR组件行为……………………………………………………………105
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GMT0030-服务器密码机技术规范
GMT0030-服务器密码机技术规范，用于服务器密码机的开发与使用，国家统一标准规范。GM/T0030—20149.5环境适应性检测………119.6其他检测…………………………………………………………………………………1110合格判定……………………………………………………………………………11GM/T0030-2014前言本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由密码行业标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位:山东得安信息技术有限公司、成都卫士通信息产业股份公司、无锡江南信息安全工程技术中心、兴唐通信科技有限公司、上海格尔软件股份有限公司海泰方圆科技有限公司。本标准主要起草人:刘平、孔凡玉、李元正、徐强、李玉峰、谭武征、柳增寿GM/T0030-2014服务器密码机技术规范1范围本标准定义了服务器密码机的相关术语,规定了服务器密码机功能要求、硬件要求、软件要求、安全性要求和检测要求等有关内容。本标准适用于服务器密码机的研制、使用,也可用于指导服务器密码机的检测2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件GB/T9813微型计算机通用规范GM/T005随机性检测规范GM/T0018密码设备应用接口规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件服务器密码机 cryptographic server又称主机加密服务器,能独立或并行为多个应用实体提供密码服务和密钥管理的设备3.2对称密码算法 symmetric cryptographic algorithm加密和解密使用相同密钥的密码算法3.3非对称密码算法/公钥密码算法asymmetric cryptographic algorithm/public keycrytographic algorwth加密和解密使用不同密钥的密码算法。其中一个密钥(公钥)可以公开,另一个密钥(私钥)必须保密,且由公钥求解私钥是计算不可行的3.4密码杂凑算法cryptographic hash algorithm又称杂凑算法、密码散列算法或哈希算法。该算法将一个任意长的比特串映射到一个固定长的比特串,且满足下列三个特性:(1)为一个给定的输出找出能映射到该输出的一个输入是计算上困难的(2)为一个给定的输入找出能映射到同一个输出的另一个输入是计算上困难的;(3)要发现不同的输入映射到同一输出是计算上困难的。3.5公钥/私钥 public key/ private key非对称密码算法中可以公开的密钥称为公钥。非对称密码算法中只能由拥有者使用的不公开密钥GM/T0030-2014称为私钥。3.6加密/解密 encipherment/ encryption/ decipherment,/ decryption加密是对数据进行密码变换以产生密文的过程解密是加密过程对应的逆过程3.7数字签名/验证 digital signature/ verification签名者使用私钥对待签名数据的杂凑值做密码运算得到的结果,该结果只能用签名者的公钥进行验证,用于确认待签名数据的完整性、签名者身份的真实性和签名行为的抗抵赖性。验证是验证者使用签名者的公开密钥对数字签名进行验证的过程。3.8管理密钥 manager key用于保护服务器密码机中密钥和敏感信息安全的对称密钥3.9设备密钥 device key用于表明设备身份、对设备进行管理的非对称密钥对3.10用户密钥 user key存储在设备内部的用于应用密码运算的非对称密钥对,包含签名密钥对和加密密钥对3.11密钥加客密钥 key encryption key;KEK用于对密钥进行加密或解密的密钥。3.12会话密钥 session key在一次会话中使用的数据加密密钥。3.13私钥访问控制码 private key access passwor用于验证私钥使用权限的口令字3.14SM2算法SM2 algorithm一种椭圆曲线公钥密码算法,其密钥长度为256比特3.15SM3算法SM3 algorithm种密码杂凑算法,其输出为256比特3.16SM4算法SM4 algorithm一种分组密码算法,分组长度为128比特,密钥长度为128比特4缩略语下列缩略语适用于本文件。API:应用程序接口( Application Program Interface)CBC:(分组密码的)密码分组链接(工作方式)( Cipher Block Chaining)GM/T0030-—2014CFB:(分组密码的)密码反馈(工作方式)( Cipher Feedback)ECB:(分组密码的)电码本(工作方式)( Electronic codebook)OFB:(分组密码的)输出反馈(工作方式)( Output Feedback)5服务器密码机的功能要求5.1初始化服务器密码机的初始化主要包括密钥的生成(恢复)与安装生成管理员,按照安全机制对密钥进行安全存储和备份,使设备处于正常工作状态5.2密码运算服务器密码机应具有对称密码运算、公钥密码运算以及杂凑运算等密码运算功能,并且支持多任务并发访问。5.2.1对称密码算法服务器密码机必须至少支持SM4分组密码算法,包括电子密本(ECB)和密码分组链接(CBC)两种模式5.22公钥密码算法服务器密码机必须至少支持SM2公钥密码算法5.2.3密码杂凑算法服务器密码机必须至少支持SM3密码杂凑算法。5.3密钥管理5.3.1密钥管理功能服务器密码机应具有对所有密钥的产生、安装、存储、使用、销毁以及备份和恢复等功能。5.3.2密钥结构服务器密码机必须至少支持三层密钥结构:管理密钥、用户密钥/设备密钥/密钥加密密钥、会话密钥。如图1所示管理密钥用户密钥/设备密钥/密钥加密密钥等会话密钥图1密钥结构GM/T0030—2014管理密钥:用于保护服务器密码机中其他密钥和敏感信息的安全,包括对其他密钥的管理、备份、恢复等。不同服务器密码机的管理密钥互不相同。管理密钥必须安全存储。用广密钥:包括签名密钥对和加密密钥对,用于实现用户签名、验证、身份鉴别以及会话密钥的保护和协商等,代表用户或应用者的身份设备密钥:是服务器密码机的身份密钥,包括签名密钥对和加密密钥对,用于设备管理,代表服务器密码机的身份。密钥加密密钥:是定期更换的对称密钥,用于在预分配密钥情况下,对会话密钥的保护。服务器密码机可选择支持密钥加密密钥。会话密钥:用于数据加解密53.3密钥产生及安装管理密钥:由设备初始化时使用的管理工具生成或者安装,存储在服务器密码机内部的安全存储区域用户密钥:用户密钥分为签名密钥和加密密钥,答名密钥由服务器密码机生成或安装,必须支持使用物理噪声源芯片生成,必须支持使用强素数;加密密钥由密钥管理系统下发到设备中,加密密钥下发的格式遵循GM/T0018中对加密密钥的保护格式的规定,根据系统需要必须支持一定数量用户密钥对的存储区域;用户密钥对的私有密钥必须支持硬件内部安全存储,宜支持私钥访问控制码的安全访问控制。设备密钥:设备密钥分为签名密钥和加密密钥,签名密钥在设备初始化时使用管理工具生成或者安装,加密密钥由密钥管理系统下发到设备中,设备密钥存储服务器密码机内部的安全存储区域。密钥加密密钥:由密码设备管理工具生成或者安装,必须支持物理噪声源芯片生成;根据系统需要必须支持一定数量密钥加密密钥的存储区域;该密钥必须支持服务器密码机内部安全存储。会话密钥:必须支持使用物理噪声源芯片生成,以确保会话密钥的质量;必须支持一次会话更换次会话密钥;不得以明文方式导出服务器密码机;在会话密钥长期存储时,必须支持用户密钥对或者密钥加密密钥加密存储等安全保护措施。5.34密钥使用对称密钥:根据对称密钥索引号或其他密钥唯一标识,可使用内部对称密钥做运算,同时需满足对服务器密码机的运算操作权限。非对称密钥:根据非对称密钥索引号或其他密钥唯一标识,可使用内部对称密钥做运算,同时需满足对服务器密码机的运算操作权限;服务器密码机可配置是否使用私钥访问控制权限的机制,若使用私钥访问控制权限机制,在涉及签名和解密等使用内部私钥运算的操作时,应先验证该私钥的权限码是否正确。5.3.5密钥安全存储及销毁服务器密码机必须能够至少保存32对非对称密钥和100个对称密钥。服务器密码机中长期保存的密钥必须安全存储,可采用两种方式:一为采用加密存储,用于加密存储的密钥应由安全机制保证其安全,并提供对指定密钥的销毁功能;二可采用微电保护存储,应设计销毁密钥的触发装置。当触发装置被触发时,销毁微电保护所存储的所有密钥。采用微电保护的密钥可以不加密。536备份/恢复对长期保存的密钥,服务器密码机应具备备份/恢复功能。备份操作产生的备份文件必须以密文形GM/T0030—2014式存储到服务器密码机外的存储介质中,加密备份文件的密钥应有安全机制保证其安全。备份出的密钥可以恢复到服务器密码机中,同厂家的同型号的服务器密码机之间应能够互相备份恢复。密钥恢复操作只能在服务器密码机中进行。54随机数生成和检验服务器密码机应具备随机数生成功能。服务器密码机应能对生成的随机数进行随机性检验。随机数检验应符合GM/T0005的要求。5.5访问控制服务器密码机应具备管理界面,设置管理人员并赋予操作权限,通过管理界面进行密钥产生、安装备份和恢复以及日志査询等管理操作管理人员进入管理界面应进行身份鉴别。不同的管理操作应有不同的操作权限5.6设备管理服务器密码机宜具有接受管理中心的管理功能,设备管理功能的实现按照国家密码管理主管部门的要求进行。5.7日志审计服务器密码机应提供日志记录、查看和导出功能。日志内容包括:a)管理员操作行为,包括登录认证、系统配置、密钥管理等操作;b)异常事件,包括认证失败、非法访问等异常事件的记录;c)如与设备管理中心连接,则对相应操作进行记录5.8设备自检服务器密码机应具有上电时自检和接收自检指令时自检的功能设备自检功能应包括密码算法正确性检查、随机数发生器检査、存储密钥和数据的完整性检査等6服务器密码机的硬件要求6.1对外接口服务器密码机应分别提供服务接口和管理接口。支持目前主流服务器对外的RJ-45以太网接口、串口、光纤通道、USB等硬件接口协议,可以通过TCP/IP网络(100M/100M/10G)、USB或者其他接口形式与服务器和管理设备连接。6.2随机数发生器服务器密码机的随机数发生器应釆用国家密码管理主管部门批准的物理噪声源芯片,应提供多路随机源,至少采用两个独立的物理噪声源芯片实现随机数发生器应支持出厂检测、上电检测、使用检测三种检测方式a)出厂检测检测量:采集50×106比特随机数,分成50组,每组106比特;检测项目:依据GM/T0005进行检测;GM/T0030-2014检测通过标准:检测中如果有一项不通过检测标准,则告警检测不合格。允许重复1次随机数采集与检测,如果重复检测仍不合格,则判定为产品的随机数发生器失效。b)上电检测:检测量:采集20×10°比特随机数,分成20组,每组10°比特;检测项目:依据GM/T0005进行检测;检测通过标准:检测中如果有一项不通过检测标准,则告警检测不合格。允许重复1次随机数采集与检测,如果重复检测仍不合格,则判定为产品的随机数发生器失效c)使用检测:1)周期检测:检测量:釆集4×105比特随机数,分成20组,每组20000比特。检测项目:对采集随机数按照GM/T0005中除离散傅立叶检测、线性复杂度检测、通用统计检测外的12项项目检测。检测通过标准:检测中如果有一项不通过检测标准,则告警检测不合格。允许重复1次随机数采集与检测,如果重复检测仍不合格,则判定为产品的随机数发生器失效。·检测周期:可配置,检测间隔最长不超过12h。2)单次检测:检测量:根据实际应用时每次所采随机数大小确定,但长度不应小于128比特,且已通过检测的未用序列可继续用。检测项目:扑克检测。当样本长度小于320比特时,参数m=2检测通过标准:检测中如果不通过检测标准,则告警检测不合格。允许重复1次随机数采集与检测,如果重复检测仍不合格,则判定为产品的随机数发生器失效。6.3环境适应性服务器密码机的工作环境应根据实际需要遵循GB/T9813中关于“气候环境适应性”的规定要求。6.4可靠性服务器密码机的平均无故障工作时间应不低于10000h。7服务器密码机的软件要求7.1基本要求服务器密码机底层软件应采用模块化设计,应通过技术措施防止用户的非法调用。7.2应用编程接口服务器密码机的应用编程接口必须遵循GM/T0018。7.3管理工具服务器密码机应通过管理界面实现对该服务器密码机的管理功能管理工具可以安装服务器密码机上,也可以安装在服务器密码机之外的管理终端上。除管理工具对密码机进行管理,还可通过外部管理中心管理。
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