1 本文的介绍

1.1 内容

虽然FC的SWS 是ARA接口规范，但有些接口需要如何使用的“指南”。这份指南确实跟规范相关，但是有些是间接的，并且在每个SWS中都包含这些信息，因此读者很难理解其用法。另一个重要的角度是这些指南是AA 遵守的需求，但是FC的SWS是FC的需求规范。因此，在SWS中包含这些内容不太合适，这就是这本文档的目的。

如上所述背景，这份文档的主要内容是应用程序遵守的指南。不是所有的FC在这份文档中有内。当它认为有效时，它们将被添加。

内容是按照相关的话题组织的，但是一般情况下，按照FC组合一起，每个都有独立的章节。并且，请注意这些内容提供在单独的AUTOSAR AP 文档中。如果是这种情况，这种文档会被列出来或引用这份指南。

1.2 预读

这份文档是AP SWS的补充文档。因此，这份文档里的话题相关的SWS应该同步阅读。并且，应该阅读的第一份文档是Explanations of Adaptive Platform Design, AUTOSAR_EXP_PlatformDesign.pdf.，这份文档介绍了AP的架构

1.3 和其他AUTOSAR规范的关系

参考内容和预读

2. 核心类型

2.1 错误处理

错误处理对任何软件开发都是重要的话题。对于安全关键软件，它更重要，因为软件生命要依靠它。但是，目前的标准对安全关键软件的开发加了很多的限制，比如创建工具链，特别是关于C++异常。对ASIL应用程序，使用C++异常通常是不可能的因为缺乏对asil认证的c++编译器的异常支持。

Adaptive平台介绍了一个概念使没有C++异常的错误处理成为可能并定义了大量的c++数据类型来辅助这个概念。

从应用程序编码者的观点来看，核心类型实现这个概念的是 ara::core::ErrorCode和ara::core::Result.

2.1.1 ErrorCode

ara::core::ErrorCode的实例表示软件内的一个特定的错误条件。和std::error_code类似，但是在很多方面都不相同。

ErrorCode一直包含一个枚举值（类型擦除为整型）和一个错误域的引用。这个枚举值描述了错误的特定类型。错误域引用定义了错误应用的上下文。其他可选的成员一个是用户定义的消息字符串，一个是厂商定义的补充错误描述值。

2.1.2 Result

类ara::core::Result遵守来自C++建议 p0786中“ValueOrError”的概念。它包含一个value或一个error。由于模板特性，value和error可以是任何类型。但是，错误类型默认为ara::core::ErrorCode，而且希望整个Adaptive平台都能保持这个分配。

因为ErrorType默认为ara::core::ErrorCode，ara::core::Result的大部分声明仅需要给一个ValueType，比如对Result类型ara::core::Result<int>包含一个int变量或一个ErrorCode.

ARA接口使用ara::core::Result作为可恢复错误函数的返回类型。这个类型或者用来从对象中生成C++异常，或通过未使用异常的观察者方法中提取错误信息。

这部分指导你在应用程序代码中如何处理从ARA接口中返回Result对象。并且指导你如何在自己的Adaptive应用程序中创建新的Result对象。

2.1.2.1 Result的创建

使用嵌入值创建Result，有构造函数允许从ValueType隐式转换。这样用value来定义Result非常直接。

Result<int> res1(42);

Result<int> res2 = 42;

从声明返回Result的函数中返回一个value也是同样的直接。

Result<int> myfunction()

{

return 42;

}

把error放进Result中需要调用显示构造函数，比如：

ErrorCode ec = MyEnum::some_error;

Result<int> res2(ec);

另外，在静态成员函数中构造Result对象也是可能的。比如：

Result<int> res1 = Result<int>::FromValue(42);

Result<int> res2 = Result<int>::FromError(ec);

当Value Type或ErrorType Copy 代价非常昂贵的时候，这些形式是非常有益的。比如，返回的Reslut包换一个BigClass的实例。这个BigClass有两个构造参数"a1"和"a2"构建。像这样：

return Result<BigClass>::FromValue(a1, a2);

对于ErrorType，也允许ErrorCode实例的隐式构建，包含一个自定义错误消息和/或一个支持数据值。

return Result<BigClass>::FromError(

MyEnum::some_error, // ErrorCode enum value

"this operation did not work", // custom error message

0x12345678 // support data value

);

这种形式构建，只需要 执行一次构造函数。不像普通的构造函数调用，至少要执行两次构造操作，因为预先创建的值必须copy或move到Result实例中。

2.1.2.2 提取value和error

当试图从Result中提取value和error的时候，首先要考虑的是value或error是否真实可用。通常情况下，这是未知的，所以必须小心处理者两种情况。

当没有使用异常工作的时候， 要先查询Result对象是否包含value或error.

Result<int> some_function() { … }

Result<int> res = some_function();

if (res.HasValue()) {

int theValue = res.Value();

} else {

ErrorCode const& ec = res.Error();

}

这段代码在没有异常的环境中也可以完全工作，包括编译器完全不支持异常操作。

当处理异常工作流是，查询代码看起来更像普通的异常代码：

Result<int> some_function() { … }

int theValue = some_function().ValueOrThrow();

由some_function()返回的Result对象通过调用它的ValueOrThrow()成员函数快速归到它的ValueType（int）。事实上，如果Result确实包含一个ErrorCode,会立刻抛出一个对应到嵌入的ErrorCode对象的异常类型。自然，try...catch快应该添加到代码中一个合适的位置。

2.1.2.3 高级话题

提取嵌入的value或error两个借本的方法是Result::Value()和Result::Error()。但是，在调用任何这些函数时，必须确定Result对象确实包含调用这些函数之一所隐含的内容。在前面的部分，首先调用Result::HasValue(), Value()或Error()的调用依赖这个调用的输出。

另外一个访问嵌入value更方便的方式，之前的部分已经提过，通过调用Result::ValueOrThrow, 不需要if语句，整个调用只需要单行语句（不包含try...catch块，这个块可能在其他地方存在）。

其他方便的方法，比如Result::ValueOr提取value, 如果不存在就取默认值。比如：

int res = some_function().ValueOr(42);

Result :: ValueOr的一般化称为Result :: Resolve，它不使用默认值作为参数，而是一个Callable，它可按需创建默认值：

int res = some_function().Resolve([](ErrorCode const& ec){ return 42; });

对这种特殊的例子，使用Result::Resolve而不是Result::ValueOr没有意义。但是当常见默认值代价很昂贵的时候，可能是有意的。通过使用Result::Resolve，只有当确实需要的时候才会创建默认值。

另外一个方便的方法是Result::Bind，允许将包含的value转成另外一个value，甚至是另外一个类型，比如：

Result<String> res = some_function().Bind([](int v){ return v + 1; }).Bind([](int v){ return std::to_string(v); }).Bind([](String const& s) { return "'" + s + "'"); });

第一次调用Result::Bind()获取包含在Result对象中的value，加1之后，放入一个新的Result对象中并返回。

第二次调用Result::Bind()获取包含在Result对象中的value，将它转换成String，返回新的带有此字符串的Result<String>。

最后一次调用Result::Bind()获取包含在新的Result对象中的String对象，加上引号，放入其中并返回新的Result对象。

如果Result没有包含value， 那么这些可调用项都没有，Result对象仅进行类型转换，但保留原始的ErrorCode。

传递给Result :: Bind的Callables必须采用合适的类型作为参数，并且可以直接返回ValueType（如之前所说，或者和前面ValueType相同，或者一个新的，不同的ValueType)，或Result<ValueType>。

3 执行管理

3.1 执行状态

执行状态描述了任何进程的内部生命周期。每个进程都需要给执行管理报告执行状态的变化，使用ExecutionClient::ReportExecutionState()接口。

一旦进程启动，当报告了KRunning状态，执行管理就认为进程初始化完成（见[SWS_EM_01053]）。请注意Service Discovery会引入不确定性的延迟，因此建议在报告kRunning状态后进行；因此进程有可能在报告KRunning状态时初始化还没有完成。

执行管理通过向进程发送SIGTERM信号来启动进程终止。一旦收到SIGTERM，进程通过向执行管理报告kTerminating状态确认状态变化请求（见SWS_EM_01070）。

如果是自终止进程，进程会通过想执行管理报告kTerminating状态来启动自终止（见[SWS_EM_01071）。

报告kTerminating之后，进程会保存持久数据并释放所有内部使用的资源。进程通过简单的推出表明Terminating状态的完成（伴随合适的退出码）。执行管理不需要进程本身明确的进程终止的通知。

3.2 确定性执行

执行管理支持完全确定的进程多线程执行，因此处理给定的输入数据会在限定的时间内产生一直的输出，比如行为是可重现的。

在AUTOSAR Adaptive平台中，要求这种确定性的用例包括在高安全目标系统的软件Lockstep框架中的冗余执行和重用已验证的软件。更多的细节可以见Specification of Execution Management, AUTOSAR_SWS_StateManagement.pdf，“Deterministic Execution”部分。

可以完全确定地执行的进程必须以某种方式设计，实施和集成，使其独立于其他功能和计算，零星无关事件，竞争条件，偏差随机数等导致的处理器负载。

不确定行为可能有不同的原因造成，比如，计算资源不足或数据的不协调访问，很可能是由多个处理器内核上运行的多个线程造成的。线程访问数据的顺序也会影响结果，是结果不确定。

完全确定的执行包括：

*时间确定。计算的输出一直在给定的最后期限前产生。进程的资源需求需要以标准的方式描述，所以集成者能给进程分配足够的资源。（见Specification of Execution Management, AUTOSAR_SWS_StateManagement.pdf，“Real-Time Resources”部分）。

*数据确定。给定相同的输入和内部状态，计算也一直会产生相同的输出。这个部分剩下的部分将会描述如何达到数据确定。

执行管理提供DeterministicClient库功能来支持确定执行。

* 通过等待点API控制流程内部周期WaitForNextActivation()（[SWS_EM_01301]）。当API返回时，进程应执行一个循环，然后再次调用API以等待下一次激活。这个API的返回值控制进程的内部生命周期（比如：初始化，运行，终止），必须对其进行相应的准备。([SWS_EM_01302], [SWS_EM_01303] and [SWS_EM_01304]).

* 阻塞确定性工作程序池API RunWorkerPool（）（[SWS_EM_01305]），用于执行一组容器元素（[SWS_EM_01306]），这些容器元素由同一工作程序运行对象（即应用程序功能）并行或顺序处理。

* APIs GetActivationTime() ([SWS_EM_01310]) 和 GetNextActivationTime() ([SWS_EM_01311]) 提供激活时间戳。这个时间戳不会改变指导进程达到下一个等待点。

* API GetRandom()提供随机数([SWS_EM_01308])。如果从工作程序池中使用，则将随机数分配给特定的容器元素，以允许确定性的冗余执行。

为了保证确定行为，确定性用户进程只可使用只有所有可用API的“确定性”子集，包括工作程序运行对象：

* 进程不允许通过自己使用普通POSIX进程创建线程或直接访问任何其他POSIX APIs，以规避包含不确定行为的风险。

* 进程只允许使用所有可用的ara::com机制的“确定性子集”。稍后将提供此类API和机制的详细列表。

* 只有下面的ara::exec接口被使用：DeterministicClient和ExecutionClient。

* 用户进程不允许访问其他ARA接口。

如果使用工作程序池API RunWorkerPool()，处理容器元素的工作程序运行对象，比如计算工作，需要满足某些实现规则来确保数据确定性：

* 运行对象在它运行的时候不允许交换任何信息。比如，它不会访问可运行对象的其他实例可以更改的数据，以避免出现竞争情况。

原理：运行对象可以物理的并行运行或以任何顺序有序运行。不能保证单个工作程序的时间。操作系统单个调度线程。相同数据的同时影响会导致不确定的结果。

* 除了通过从RunWorkerPool（）返回对于所有工作程序来说通用的联接，没有锁和同步点（例如，没有信号/互斥量，没有锁/阻塞）。

原理：锁定/阻止使Process运行时不确定。提供了工作程序以增加运行时的利用率。 如果需要同步，则必须从RunWorkerPool（）返回。

工作程序池不能用来并行处理多个不同的任务。使用多个可能不同的显式函数（工作程序可运行的对象）可能会增加不必要的复杂性，并可能导致运行时间利用率极不相同，因为每个工作程序有不同的计算时间。这会使资源部署的计划复杂化，这对于黑盒集成来说是必需的。

工作程序池用户的实现例子。比如：工作程序运行对象的例子：

class MyWorker1

: public DeterministicClient::WorkerrunnableBase<myContainer::

value_type, MyWorker1>

{

public:

void worker_runnable(myContainer::value_type& container_element,

DeterministicClient::WorkerThread& t)

{

// Get a unique and deterministic pseudo-random number}

uint64_t random_number = t.GetRandom();

}

};

工作程序线程对象：

class DeterministicClient::WorkerThread

{

// returns a deterministic pseudo-random number}

// which is unique for each container element}

uint64_t GetRandom();

...

};

4 状态管理

4.1 AUTOSAR Adaptive（平台）应用程序的交互

4.1.1 基本的状态管理功能

状态管理通过ara :: com提供了一组“Trigger”和“Notifier”字段。状态管理本质上侦听“Trigger”，并在内部执行特定实现的状态机处理，并在“Notifier”字段（如果有）中提供效果。状态管理还通过它们提供的标准接口与其他FC进行交互。

使用这个机制还可以达到下面的效果：

* 可以要求将功能组设置为专用状态。

* （部分）可以请求取消/激活网络

* 可以请求机器关闭或重启。

* 其他Adaptive（平台）应用程序的行为可能会受到影响

* 可以执行项目特定的动作

其中一些功能至关重要。因此，集成者必须通过IAM管理适当地保护对“Trigger”字段的访问，以免意外更改状态管理的内部状态（并因此而改变相关影响）。

状态管理的内部状态通过其提供的“Notifier”字段通知到系统。对这些字段的读取访问权限不太重要，因此，每当状态管理的内部状态发生更改时，每个Adaptive（平台）应用程序都可以注册其事件以收到通知。

因此，当状态管理的状态发生变化时，每个Adaptive（平台）应用程序都可以执行操作（需要时）。

4.1.2 高级状态管理功能

AUTOSAR Adaptive中的一些用例需要在状态管理所管理的状态中支持同步行为。。比如低功耗模式：一个示例可能是低功耗模式：只有当所有参与此低功耗模式场景的Adaptive（平台）应用程序都最终准备好用于低功耗时，状态管理才能最终切换到低功耗状态（例如，持续存在 其信息）。

因此每个要求支持这种同步工作模式的Adaptive（平台）应用程序必须通过ara::com提供这个字段。状态管理器可以通过FindService找到这个字段，状态管理器可以在以后注册，以便在Adaptive（平台）应用程序执行其操作时收到通知。

Adaptive（平台）应用程序必须完成的三件事，才能支持同步方案：

* Adaptive（平台）应用程序应注册状态管理器的相应“触发”现场事件（在满足状态管理中的条件时通知）

* Adaptive（平台）应用程序应为最终状态做任何准备工作

* Adaptive（平台）应用程序应将先前操作的结果写入其提供的字段

为了使状态管理认识到一个Adaptive（平台）应用程序想要成为同步场景的一部分，Adaptive（平台）应用程序不得不尽可能的提供它的字段服务使非常有必要的。并且当Adaptive（平台）应用程序不想再成为其中的一部分时，它不得不停止提供服务（例如 申请将完成）。

Adaptive（平台）应用程序的接口应该遵循状态管理的“TriggerOut”接口的模式。

5. 参考文档

[1]Explanations of Adaptive Platform Design, AUTOSAR_EXP_PlatformDesign.pdf.

[2]Specification of Execution Management, AUTOSAR_SWS_StateManagement.pdf.