当前位置：首页 > news >正文

AUTOSAR进阶图解==＞AUTOSAR_SRS_FreeRunningTimer

news 2025/8/1 14:19:48

AUTOSAR 自由运行定时器（SWFRT）详解

自由运行定时器的要求、架构与实现

1. 概述
- 1.1 文档范围
- 1.2 约束条件
2. 自由运行定时器架构
- 2.1 架构图解析
- 2.2 组件职责说明
3. 自由运行定时器状态管理
- 3.1 状态图解析
- 3.2 状态转换说明
4. 自由运行定时器交互流程
- 4.1 序列图解析
- 4.2 流程详解
5. 总结与应用

1. 概述

1.1 文档范围

本文档定义了**软件自由运行定时器(SWFRT)**的功能需求。操作系统(OS)软件规范应满足这些需求。

自由运行定时器提供了一种机制，使应用软件能够获得精确的时间测量功能。它是AUTOSAR标准中的一个重要组件，为各种应用场景提供时间基准和测量能力。

1.2 约束条件

特定微控制器的硬件可能无法支持自由运行定时器功能，特别是在以下情况下：

硬件定时器不可用（或用于具有不兼容需求的其他功能）
硬件定时器可用，但使用会导致过高的中断负载
硬件定时器可用，但不是独立的。依赖关系不合适
硬件定时器不满足范围/分辨率/间隔要求
预分频器不可用或不足够

在此模块中，配置性及其与其他模块的依赖关系是最关键的部分，因为很多时候，用于自由运行定时器的定时器应在模块之间共享。实现SW-FRT的模块应该引入有关定时器/时钟的任何其他工具的设置，而不是定义设置。

2. 自由运行定时器架构

2.1 架构图解析

在这里插入图片描述

2.2 组件职责说明

架构图展示了AUTOSAR自由运行定时器(SWFRT)在AUTOSAR软件栈中的位置和交互关系。以下是对图中各个组件的详细解释：

1. 应用层组件：

应用软件组件 (SWC)：

功能：使用自由运行定时器服务进行时间测量
职责：
- 通过SWFRT API请求时间测量服务
- 处理测量结果用于应用逻辑

2. AUTOSAR服务层组件：

自由运行定时器 (SWFRT)：

功能：提供高精度的时间测量服务
职责：
- 提供精确的时间测量功能
- 拓展硬件定时器功能
- 跨多个应用程序共享定时器资源
- 管理定时器溢出处理
- 提供统一的API接口给应用程序

操作系统 (OS)：

功能：提供基础系统服务，包括定时器服务
职责：
- 为SWFRT提供基础定时器服务API
- 管理系统时间和中断

3. 基础软件层组件：

通用定时器 (GPT)：

功能：提供对硬件定时器的访问
职责：
- 提供硬件定时器的底层访问
- 配置定时器硬件
- 处理定时器中断

MCU驱动：

功能：提供对微控制器硬件的直接访问
职责：
- 管理微控制器时钟和电源
- 为GPT提供硬件访问接口

4. 组件间关系：

应用软件组件(SWC)使用SWFRT API获取时间测量服务
SWFRT使用操作系统(OS)的定时器服务API实现其功能
SWFRT可能直接使用GPT API访问硬件定时器
GPT使用MCU API访问微控制器硬件

代码示例：

SWFRT配置结构示例：

/* SWFRT模块配置结构 */
typedef struct {uint16 TimeBase;                 /* 时间基准（滴答数/秒） */uint32 MaxCountValue;            /* 最大计数值 */uint8 TimerID;                   /* 使用的硬件定时器ID */boolean AutoReload;              /* 是否自动重载 */boolean NotificationEnabled;     /* 是否启用通知 */void (*OverflowNotification)(void); /* 溢出通知回调函数 */
} SwFrt_ConfigType;/* SWFRT API示例 */
Std_ReturnType SwFrt_Init(const SwFrt_ConfigType* ConfigPtr);
Std_ReturnType SwFrt_GetTimeStamp(uint32* TimeStampPtr);
Std_ReturnType SwFrt_GetElapsedTime(uint32 PreviousTimeStamp, uint32* ElapsedTimePtr);
Std_ReturnType SwFrt_StartTimer(void);
Std_ReturnType SwFrt_StopTimer(void);
Std_ReturnType SwFrt_PauseTimer(void);
Std_ReturnType SwFrt_ResumeTimer(void);

3. 自由运行定时器状态管理

3.1 状态图解析

在这里插入图片描述

3.2 状态转换说明

状态图展示了AUTOSAR自由运行定时器(SWFRT)的各种状态和状态转换。以下是对图中各个状态和转换的详细解释：

1. 状态说明：

未初始化状态：

描述：模块加载后的初始状态
特点：
- 模块已加载但未初始化
- API功能不可用
- 无法进行时间测量

停止状态：

描述：定时器已初始化但未启动
特点：
- 模块已初始化
- 定时器处于停止状态
- 可以启动定时器
- 计数器值保持在初始值

运行中状态：

描述：定时器激活并计数
特点：
- 定时器激活并计数
- 可以读取当前计数值
- 可以获取时间间隔测量
- 定时器可能会发生溢出

暂停状态：

描述：定时器暂时停止计数
特点：
- 定时器停止计数
- 保持当前计数值
- 可以读取但不再增加
- 可以恢复或停止

错误状态：

描述：定时器发生错误
特点：
- 硬件定时器故障
- 配置错误
- 计数器溢出错误
- 需要错误处理

2. 状态转换说明：

未初始化→停止：通过初始化函数将定时器初始化
未初始化→错误：初始化过程中发生错误
停止→运行中：启动定时器开始计数
运行中→停止：停止定时器终止计数
运行中→暂停：暂停定时器，保留当前计数值
运行中→错误：运行过程中发生硬件定时器错误
暂停→运行中：恢复暂停的定时器，继续计数
暂停→停止：从暂停状态直接停止定时器
错误→停止：错误处理后重置定时器

代码示例：

状态管理代码示例：

/* SWFRT状态类型定义 */
typedef enum {SWFRT_STATE_UNINIT = 0,    /* 未初始化状态 */SWFRT_STATE_STOPPED,       /* 停止状态 */SWFRT_STATE_RUNNING,       /* 运行中状态 */SWFRT_STATE_PAUSED,        /* 暂停状态 */SWFRT_STATE_ERROR          /* 错误状态 */
} SwFrt_StateType;/* 模块内部状态变量 */
static SwFrt_StateType SwFrt_State = SWFRT_STATE_UNINIT;/* 状态转换示例函数 */
Std_ReturnType SwFrt_Init(const SwFrt_ConfigType* ConfigPtr)
{Std_ReturnType result = E_OK;if (ConfigPtr == NULL) {SwFrt_State = SWFRT_STATE_ERROR;return E_NOT_OK;}/* 初始化硬件定时器 */if (Gpt_Init(ConfigPtr->TimerID) != E_OK) {SwFrt_State = SWFRT_STATE_ERROR;return E_NOT_OK;}/* 配置定时器 *//* ... 其他初始化代码 ... */SwFrt_State = SWFRT_STATE_STOPPED;return result;
}Std_ReturnType SwFrt_StartTimer(void)
{if (SwFrt_State != SWFRT_STATE_STOPPED && SwFrt_State != SWFRT_STATE_PAUSED) {return E_NOT_OK;}/* 启动定时器硬件 */if (Gpt_StartTimer() != E_OK) {SwFrt_State = SWFRT_STATE_ERROR;return E_NOT_OK;}SwFrt_State = SWFRT_STATE_RUNNING;return E_OK;
}

4. 自由运行定时器交互流程

4.1 序列图解析

在这里插入图片描述

4.2 流程详解

序列图展示了AUTOSAR自由运行定时器(SWFRT)的主要交互流程。以下是对图中各个交互阶段和参与者的详细解释：

1. 参与者说明：

应用软件：

功能：使用SWFRT服务的应用程序
职责：发起定时器操作和时间测量请求

SWFRT：

功能：自由运行定时器模块
职责：
- 提供高精度时间测量
- 管理溢出处理
- 提供统一的API接口

OS：

功能：操作系统模块
职责：提供基础定时器服务

GPT：

功能：通用定时器模块
职责：控制和访问硬件定时器

硬件定时器：

功能：物理定时器硬件
职责：产生时间计数

2. 交互阶段说明：

初始化阶段：

应用软件向SWFRT发送初始化请求
SWFRT向OS请求定时器服务
SWFRT向GPT请求初始化硬件定时器
GPT配置硬件定时器
各层依次返回成功响应

时间测量阶段：

应用软件请求获取当前时间
SWFRT向GPT请求读取定时器值
GPT从硬件定时器获取计数值
各层依次返回计数值
SWFRT将计数值转换为时间戳返回给应用

间隔测量阶段：

应用软件请求开始时间测量
SWFRT存储开始时间点
应用软件请求结束时间测量
SWFRT计算时间差值
SWFRT返回间隔时间给应用

代码示例：

时间测量相关代码示例：

/* 获取当前时间戳函数 */
Std_ReturnType SwFrt_GetTimeStamp(uint32* TimeStampPtr)
{Std_ReturnType result;uint32 rawCounter;if (TimeStampPtr == NULL) {return E_NOT_OK;}if (SwFrt_State != SWFRT_STATE_RUNNING && SwFrt_State != SWFRT_STATE_PAUSED) {return E_NOT_OK;}/* 读取定时器值 */result = Gpt_GetTimerValue(&rawCounter);if (result != E_OK) {return result;}/* 将原始计数器值转换为时间戳 */*TimeStampPtr = rawCounter;return E_OK;
}/* 计算经过时间函数 */
Std_ReturnType SwFrt_GetElapsedTime(uint32 PreviousTimeStamp, uint32* ElapsedTimePtr)
{uint32 currentTimeStamp;Std_ReturnType result;if (ElapsedTimePtr == NULL) {return E_NOT_OK;}if (SwFrt_State != SWFRT_STATE_RUNNING && SwFrt_State != SWFRT_STATE_PAUSED) {return E_NOT_OK;}/* 获取当前时间戳 */result = SwFrt_GetTimeStamp(&currentTimeStamp);if (result != E_OK) {return result;}/* 计算经过的时间 */if (currentTimeStamp >= PreviousTimeStamp) {/* 没有溢出的情况 */*ElapsedTimePtr = currentTimeStamp - PreviousTimeStamp;} else {/* 溢出情况处理 */*ElapsedTimePtr = (SwFrt_Config.MaxCountValue - PreviousTimeStamp) + currentTimeStamp + 1;}return E_OK;
}