AUTOSAR入门-SoAd模块和TcpIp模块

marjrh

AUTOSAR入门-SoAd模块和TcpIp模块



    有一句话叫做“All is in the code”，网上好像没找到是谁说的，算我杜撰的

。这也是我坚信的一个观点：一切都在代码里。不管你做什么技术，什么业务，只要你跟软件相关有代码，直接看代码就可以反推出来技术是怎么设计实现的。比如一个高境界的C程序员，那么别管什么技术，比如操作系统、各种应用app、驱动、无线/网络协议等，只要是C写的，有代码，就都可以搞，而且可以迅速上手，看海量C代码如喝白水。因为万变不离其宗，都是C语言的逻辑在支撑，正所谓“无招胜有招”。

    按照这个思路，我们先不看SoAd模块和TcpIP模块是什么，直接分析代码来实践下。在AUTOSAR入门-基于以太网诊断实验中，报文交互的流程为：网卡驱动-》网络接口-》网络协议栈-》SoAd模块-》DoIP模块-》PduR模块-》Dcm模块。其中蓝色的部分还没讲，跟网络协议栈相关，本次文章全都给讲了。

嵌入式网络通信基础

    提起嵌入式，我的感觉是有一定的门槛的，需要计算机软硬件很多的知识，不像搞java应用，非科班学几个月也可以找工作。大概十年前当时的嵌入式多么的火爆，而今却成了全民AI的互联网，也是让人感慨三十年河东三十年河西。下面是我的一点偏见：那些深度学习AI的东西的确是能产生很大的经济效益，但是在技术方面除了设计算法的大牛，大多数从业者只是调参做标记等的底层劳动力，调得一手好参，但是真正的技术学到了多少，国家被卡脖子的技术又懂得多少，技术壁垒有多高，能算得上多高档次的人才。当互联网被整治（国家不让互联网躺着挣钱，把国家的事干了），这股热潮可能会褪去。有一句狠话：当潮水褪去，才知道谁在裸泳。

    下面扯点我走上嵌入式这条路的过程，记得十几年前大二的时候我电脑上就安装了ubuntu，当时流行里面的四个桌面围成鱼缸养鱼，觉得很炫酷。然后计算机专业学校各种软硬件知识的课都有，杂而不精，对那些硬件理论挺有兴趣，特别是软硬件结合的东西。对界面软件倒是兴趣不大。然后毕业前来到了北京，在清华前面的小民房里面的亚嵌培训班，我还听过一周的课，也没有疫情还可以经常去清华校园逛。一晃很多年，亚嵌的老板老早也出国移民了，后来就成了华清远见的天下。岁月流逝，还是留下来了一些东西，比如这本书：《Linux c一站式编程》http://staff.ustc.edu.cn/~guoyan/os12/LinuxC.pdf

    首先进入Linux c编程，熟悉gcc和makefile。然后主要是一些网络编程的基础知识，这一部分是嵌入式开发的基本功。我们翻到36章 TCP/IP协议基础



    书上举例的应用层协议是FTP，这里我们替换为我们的DoIP进行分析，DoIP也是一个应用层协议，可以基于TCP进行传输。理论就是上面的这个图，客户端和服务器通过网线或者无线网络进行通信。就像A给B送一封信，但是A写完信后还要弄个信封装起来，然后帖个邮票等操作，然后邮递员把信送到B手里，B还要拆信封，才能看到信的内容。DoIP报文可以看做是信，那么TCP/IP这一套东西就是信封，以太网就是邮政送信的。



    一条报文可以看成一块内存buffer，里面都是按顺序排列的二进制0和1，和代码里面的结构体是一一对应的，人操作报文的时候是通过代码里面的结构体，机器传输报文的时候是通过二进制的0和1。我们写代码的时候就可以把一个报文看成一个结构体就可以了。我看了下代码，我们as上的客户端和服务器DoIP模块的代码都没有用结构体（编程水平有点low），我修改了下client程序的代码，添加了DoIP报文的结构体（已上库），在as/socket_tool/doip.h中：



这个data[0]是什么？首先data在这个结构体中不占空间，是一个指针，可以指向另一个报文结构体，这里我们指向UDS报文。这个是报文套报文的一个典型用法，在代码里面解析或者组装报文的时候，就知道它的便利性了。

    接下来看，第37 章socket编程。这个就是上学的时候学的《计算机网络》课程，现在想想那时老师真是太扯了，只讲理论，为啥不讲一下实践，还是说那时水平太菜，老师怕学生实践不了。近来我看清华的一些本科生OS教程，感觉老师真的太重要了，陈渝老师那书直接上代码实践，理论知识根本就是小菜一碟不值得专门讲的，随意就穿插进去了。真是感叹清华老师的底蕴实在太厚了，而很多高校只讲课本理论，是不是因为那老师之前都没见过那门课，自己找个课本学习下就可以教学了，自己都不知道怎么实践的。这样这样看来上个好大学很重要啊，不然上个电子类的大学也是可以的。

    上面扯的有点多，下面就开始Show me the code！ 先来看个下面的TCP协议通信流程图，里面直接放了要执行的函数，分为客户端和服务器端，妥妥的操作指导。



2. Client程序

    Client程序是在Linux下用c语言写的，代码路径为：as/socket_tool/client.c。

这里为什么可以在Linux下写一个程序，为啥不是在AS内部的代码里面实现clinet。这里是因为网络交互是以01二进制报文的形式，通过以太网交互的，而以太网的两端的软件不论什么设备、平台、语言都可以，基于此可以实现万物互联。所谓的分布式软总线，就是这么个概念，不论什么设备什么平台什么语言通过网络接入进来就可以通信。下面具体看c实现的代码：
memset(&sockaddr,0,sizeof(sockaddr));sockaddr.sin_port= htons(port);sockaddr.sin_family= AF_INET;socketfd= socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//建立socket
//连接服务器inet_pton(AF_INET,servInetAddr,&sockaddr.sin_addr);if((connect(socketfd,(structsockaddr*)&sockaddr,sizeof(sockaddr))) < 0 ){printf("connecterror %s errno: %d\n",strerror(errno),errno);exit(0);}//发送数据send_num =send(socketfd,sendline,send_len,0);
socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);是建立一个socket，是建立在tcp/ip协议上的，SOCK_STREAM表示面向字节流是TCP，SOCK_DGRAM表示数据流是UDP。建立socket后，clinet会调用connnect函数连接服务器，sockaddr参数里面回携带服务器的ip和端口。连接成功的话就会调用send函数发送DoIP报文。报文的组装可以自己查看代码。

3. AS网络协议栈初始化和运行



    再看下这个图，上面client是在linux上发出去的，linux把剩下的事情都包了，然后通过以太网发送给了as，在as里面，第一个程序就是以太网驱动程序，就是我们这里的pci网卡驱动。这个网卡是我们通过qemu添加上去的，见building.py里面代码。

    驱动是在系统启动的时候进行初始化的，下面先看下网卡驱动程序初始化的过程。系统启动后大概会执行下面的过程：TASK(SchM_Startup)-》EcuM_StartupTwo-》EcuM_AL_DriverInitTwo-》SoAd_Init-》TcpIp_Init-》LwIP_Init-》tcpip_init。tcpip_init在as/release/download/lwip开源软件中实现。具体的as里面的os和初始化单独一篇文章再说下。

3.1 SoAd_Init

这里我们关注SoAd_Init函数，代码在

com/as.infrastructure/communication/SoAd/SoAd.c
SocketAdminList.SocketState = SOCKET_INIT;SocketAdminList.SocketConnectionRef = &SoAd_Config.SocketConnection;
SoAd_Config是配置文件，在

com/as.application/common/config/SoAd_Cfg.c中定义
const SoAd_ConfigType SoAd_Config ={   .SocketConnection = SoAd_SocketConnection,    .SocketRoute =SoAd_SocketRoute,   .DoIpTargetAddresses = SoAd_DoIpTargetAddresses,    .DoIpTesters=SoAd_DoIpTesters,   .DoIpRoutingActivations = SoAd_DoIpRoutingActivations,   .DoIpRoutingActivationToTargetAddressMap =SoAd_DoIpRoutingActivationToTargetAddressMap,    .PduRoute =SoAd_PduRoute};staticconst SoAd_SocketConnectionType SoAd_SocketConnection [SOAD_SOCKET_COUNT] ={        {       /* for DCM */               .SocketId= 0,               .SocketLocalIpAddress= "172.18.0.200",               .SocketLocalPort= 13400,               .SocketProtocol= SOAD_SOCKET_PROT_TCP,               .AutosarConnectorType= SOAD_AUTOSAR_CONNECTOR_DOIP,        }, };
可以看到id 172.18.0.200是DoIP使用的，端口号是13400，使用的TCP协议。要修改了可以在这里修改。

接下来就是服务器端socket的类型操作了：

系统启动后TASK(SchM_BswService) 会循环调用

SoAd_MainFunction(void)，主要执行scanSockets();进入状态机

初始化的的状态是SOCKET_INIT 执行socketCreate(i);
sockFd = SoAd_CreateSocketImpl(AF_INET, sockType, 0);--》lwip_socket(domain, type,protocol);    --》onn = netconn_new_with_callback(NETCONN_TCP,event_callback);        --》#define netconn_new_with_callback(t, c)netconn_new_with_proto_and_callback(t, 0, c)        --》msg.function = do_newconn;-》pcb_new(msg);#分配pcbSoAd_BindImpl(sockFd,SocketAdminList[sockNr].SocketConnectionRef->SocketLocalPort, SocketAdminList[sockNr].SocketConnectionRef->SocketLocalIpAddress);    --》lwip_ioctl(s, FIONBIO, &on);SoAd_ListenImpl(sockFd, 20) == 0    --》lwip_listen(s, backlog);SocketAdminList[sockNr].SocketState = SOCKET_TCP_LISTENING;
经过设置socket，状态改为监听，会执行socketAccept(i);函数
clientFd =SoAd_AcceptImpl(SocketAdminList[sockNr].SocketHandle, &RemoteIpAddress,&Rem     otePort);    --》lwip_accept(s, (struct sockaddr*)&client_addr, (socklen_t *)&addrlen);if( clientFd != (-1)){    SocketAdminList[sockNr].SocketState= SOCKET_TCP_READY;}
如果有数据则状态改为TCP接收：SOCKET_TCP_READY

没有数据，打印lwip_accept(0): returning EWOULDBLOCK

可以看到上面是server端创建了socket，等待client的连接。

3.2 LwIP_Init

TcpIp_Init函数里面，主要执行了LwIP_Init函数，下面主要看这个函数，位置在

com/as.infrastructure/arch/common/lwip/sys_arch.c
ethernet_configure(); #没找到定义的地方re_sys_init(); #线程个数信息初始化tcpip_init(tcpip_init_done, NULL); #初始化运行lwip的tcpip线程GET_BOOT_IPADDR; #获取网卡的IP地址GET_BOOT_NETMASK;GET_BOOT_GW;ethernet_set_mac_address(macaddress); #设置网卡的mac地址/* Add network interface to the netif_list */netif_add(&netif,&ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &tcpip_input);/*  Registers thedefault network interface.*/netif_set_default(&netif);#注册默认网络，跟路由相关netif_set_addr(&netif,&ipaddr , &netmask, &gw); #设置地址/* netif is configured */netif_set_up(&netif);ethernet_enable_interrupt();netbios_init();return &netif;tcpip_init拉起来了lwipGET_BOOT_IPADDR获取到写死的IP地址为：#define LWIP_AS_LOCAL_IP_ADDR    "172.18.0.200"#define LWIP_AS_LOCAL_IP_NETMASK"255.255.255.0"#define LWIP_AS_LOCAL_IP_GATEWAY "172.18.0.1"define GET_BOOT_IPADDR ipaddr.addr =ipaddr_addr(LWIP_AS_LOCAL_IP_ADDR)
netif_add(&netif,&ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init,&tcpip_input);
添加网卡，把网卡的ip等信息设置好，初始化执行ethernetif_init，

有包来驱动调用tcpip_input

ethernetif_init函数在

as/com/as.infrastructure/communication/Pci/pci_asnet.c中

PciNet_Init(netif->gw.addr, netif->netmask.addr,netif->hwaddr,&mtu);中

pdev = find_pci_dev_from_id(0xcaac,0x0002); #找到网卡设备，0x0001是can用的，1是网卡
__iobase = pci_get_memio(pdev, 1); #获取寄存器地址Irq_Save(imask);enable_pci_resource(pdev);pci_register_irq(pdev->irq_num,Eth_Isr);enable_pci_interrupt(pdev);writel(__iobase+REG_GW, gw);writel(__iobase+REG_NETMASK, netmask);writel(__iobase+REG_CMD, 0);Irq_Restore(imask);
irq_num的中断号为11，Eth_Isr是中断发生后处理函数，这里靠lwip进程轮询执行，中断没触发。

寄存器偏移地址定义如下：
enum{REG_MACL      = 0x00,REG_MACH      = 0x04,REG_MTU       = 0x08,REG_DATA      =0x0C,REG_LENGTH    = 0x10,REG_NETSTATUS = 0x14,REG_GW        = 0x18,REG_NETMASK   = 0x1C,REG_CMD       = 0x20,REG_ADAPTERID =0x24,};
网卡驱动和ip 端口已经绑定好了，

3.3 TaskLwip激活

系统启动的时候，在EcuM_Init里面调用KSM_INIT() ，然后执行KsmLwipIdle_Init

在as/com/as.infrastructure/system/kernel/Os.c中，LwipIdle初始化之后就会轮询执行功能函数。
staticconst KsmFunction_Type KsmLwipIdle_FunctionList[4] = {     KsmLwipIdle_Init                   ,     KsmLwipIdle_Start                  ,        KsmLwipIdle_Stop                   ,        KsmLwipIdle_Running                ,    };
const KSM_Type KSM_Config[KSM_NUM] =                                                  {     { /* LwipIdle */4,           KsmLwipIdle_FunctionList     },       { /* CANIdle */4,           KsmCANIdle_FunctionList     },   };
voidKsmStart(void){  KsmID_Type i;for(i=0;i<KSM_NUM;i++)  {    KSM_Config.Ksm[KSM_S_START]();  }}

4. PCI网卡驱动程序读取数据

激活lwip任务后，会定时执行KsmLwipIdle_Running函数，定义如下：
KSM(LwipIdle,Running){#ifdef USE_LWIP    Eth_Isr();#endif}
Eth_Isr()在com/as.infrastructure/communication/Pci/pci_asnet.c中实现

之前网卡寄存器的地区获取保存到__iobase =pci_get_memio(pdev, 1);
flag =readl(__iobase+REG_NETSTATUS);if(flag&FLG_RX){struct pbuf *p = low_level_input();    ethhdr = (struct eth_hdr *)p->payload;    witch(htons(ethhdr->type)) {case ETHTYPE_IP:if (ethernet_input(p,netif) != ERR_OK) {            LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG,("ethernetif_input: IP input error\n"));            pbuf_free(p);            p = NULL;}                 low_level_input函数从寄存器里面读取数据len = len2 =readl(__iobase+REG_LENGTH);pkbuf[pos] = readl(__iobase+REG_DATA);
总结下驱动处理数据的主要过程如下：

Eth_Isrstruct pbuf *p = low_level_input();  ethhdr = (struct eth_hdr*)p->payload;switch(htons(ethhdr->type)){case ETHTYPE_IP:      ethernet_input(p,netif)  }

5. Lwip程序

ethernet_input把读取的数据送入入lwip开源软件处理，release/download/lwip/src/netif/etharp.c

这里需要注意lwip的代码在release/download/lwip下，但是做了一个软链接到com里面了，例如：

com/as.infrastructure/system/net/lwip/lwip/src/core/ipv4/ip.c这个文件软链接到：

release/download/lwip/src/core/ipv4/ip.c

ethernet_input传入的是eth报文，然后分类处理
#define ETHTYPE_ARP       0x0806U#define ETHTYPE_IP        0x0800U#define ETHTYPE_VLAN      0x8100U#define ETHTYPE_PPPOEDISC0x8863U  /* PPP Over Ethernet DiscoveryStage */#define ETHTYPE_PPPOE     0x8864U /* PPP Over Ethernet Session Stage */
如果是IP类型：
ip_input(p, netif);#define IP_PROTO_ICMP    1#define IP_PROTO_IGMP    2#define IP_PROTO_UDP     17#define IP_PROTO_UDPLITE 136#define IP_PROTO_TCP     6
Lwip模块具体处理流程为：
ethernet_inputethhdr = (struct eth_hdr *)p->payload;type = ethhdr->type;switch (type) {case PP_HTONS(ETHTYPE_IP):ip_input(p, netif);}ip_input#define IPH_PROTO(hdr) ((hdr)->_proto)iphdr = (struct ip_hdr *)p->payload;switch (IPH_PROTO(iphdr)) {case IP_PROTO_TCP:tcp_input(p, inp);}tcp_input     struct tcp_pcb*pcb；for(pcb = tcp_active_pcbs; pcb != NULL; pcb =pcb->next) {if (pcb->remote_port == tcphdr->src &&      pcb->local_port == tcphdr->dest &&      ip_addr_cmp(&(pcb->remote_ip), &current_iphdr_src) &&      ip_addr_cmp(&(pcb->local_ip), &current_iphdr_dest)) {break；}}tcp_process(pcb);switch (pcb->state) {case SYN_RCVD:    tcp_receive(pcb); //收到报文后存储在lwip协议栈中  }

6. SoAd模块处理

SoAd模块初始化后，TCP的13400端口会处于监听状态，

会循环执行scanSockets中socketAccept()函数来监听，如果lwip协议栈有数据则会返回clientFd
socketAcceptclientFd =SoAd_AcceptImpl(SocketAdminList[sockNr].SocketHandle, &RemoteIpAddress,&Rem     otePort);                                                                                  if( clientFd != (-1)){SocketAdminList[sockNr].SocketState= SOCKET_TCP_READY;}SOCKET_TCP_READY在状态机中会执行socketTcpRead(i);函数socketTcpReadswitch(SocketAdminList[sockNr].SocketConnectionRef->AutosarConnectorType) {case SOAD_AUTOSAR_CONNECTOR_DOIP:  DoIp_HandleTcpRx(sockNr);}
这里服务器端是自己搞的一个接受的socket逻辑，大体上也是跟上面图里的一个步骤。初始化socket，然后等待连接，有连接后读取数据。

到DoIp_HandleTcpRx函数这里就接上了DoIP模块的代码。

7. SoAd规范

    官网文档名字为

《AUTOSAR_SWS_SocketAdaptor.pdf》，SoAd的意思就是SocketAdaptor，就是适配socket的，提供网络的socket编程服务。

SoAd模块的功能描述如下：



可以看到我们用lwip开源软件直接替代了TcpIp模块，TcpIp就是提供网络协议栈的解析的，还能提供DHCP、ICMP、ARP等报文的服务。

其他SoAd的函数的解释自己可以看下规范。对照as.infrastructure/communication/SoAd/SoAd_LWIP.c代码自己看下。

8. TcpIp规范

规范文档为：《AUTOSAR_SWS_TcpIp.pdf》，目前的as平台上由于Arccore的代码比较老，TcpIp没独立出来一个模块，用Lwip代替了。最新的开源代码里面是有TcpIp模块的，可以参考：https://github.com/openAUTOSAR/classic-platform 进行一个移植。主要功能如下图：



后记：

    到此网络协议栈相关的AUTOSAR模块都讲完了，如下：网卡驱动-》网络接口-》网络协议栈-》SoAd模块-》DoIP模块-》PduR模块-》Dcm模块。完成了AUTOSAR一小半的主要模块，有兴趣的朋友可以研究下Can相关的协议和模块，基本也是这么个套路，并且can协议比DoIP简单一些。也有can的客户端可以发can报文，qemu模拟can的驱动等。

   最近有很多对自研代码和下一代汽车软件感兴趣的朋友，这里可以加我微信thatway1989，备注进群。然后拉你进本公众号的交流群：OS与AUTOSAR研究-交流群，可以讨论汽车软件最新技术，一起学习。

    Talk is cheap，show me the code，后续会继续更新，纯干货分析，无广告，不打赏，欢迎转载，欢迎评论交流！

往期见话题：AUTOSAR入门

marjrh

AUTOSAR是一个为汽车电子功能软件而开发的标准化架构，关于其入门学习，SoAd模块和TcpIp模块是其中的重要部分。确实，“All is in the code”，代码是技术的核心体现。对于SoAd模块和TcpIp模块的学习，直接阅读相关代码是快速上手的关键。掌握C语言逻辑后，可以触类旁通，无论是操作系统、应用app还是驱动、网络协议等，都可以通过理解代码逻辑来迅速掌握。建议从基础语法开始，逐步深入理解AUTOSAR架构及各模块间的交互，结合代码实践，不断提升编程及问题解决能力。

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关于AUTOSAR入门涉及的SoAd模块和TcpIp模块：

针对AUTOSAR架构，SoAd模块主要涉及软件架构的开发与配置，是软件组件的集成和管理中心。TcpIp模块则关注网络通信，实现车载系统与外部网络的连接。两者在车载系统中扮演着重要角色。

关于“All is in the code”，我完全同意这一观点。代码是技术实现的直接体现，通过研读代码可以迅速了解技术设计思路及实现方式。对于高境界的C程序员而言，掌握不同技术领域中的C代码，的确可以迅速上手并深入理解，因为无论技术如何变化，都是由基础的编程语言逻辑支撑。

因此，建议入门AUTOSAR的新手从学习其模块的基础代码开始，结合实际项目案例进行深入学习与理解，逐渐掌握其核心技术与思想。