接上文：AUTOSAR功能安全機(jī)制（一）內(nèi)存分區(qū)與實(shí)現(xiàn)
2.2時(shí)序監(jiān)控
時(shí)序是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要屬性。安全行為要求在正確的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行系統(tǒng)操作和響應(yīng)。
正確的時(shí)間可以用一組必須滿足的時(shí)序約束來描述。然而，AUTOSAR SWC本身無法確保正確的時(shí)機(jī)。這取決于AUTOSAR運(yùn)行時(shí)環(huán)境和基礎(chǔ)軟件的適當(dāng)支持。在集成過程中，需要確保AUTOSAR SWC的時(shí)序約束。
2.2.1故障模式
根據(jù)ISO26262，以下與時(shí)序和執(zhí)行相關(guān)的故障可被視為 SWC之間干擾的原因：
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阻塞執(zhí)行
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死鎖
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活鎖
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執(zhí)行時(shí)間分配不正確
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軟件要素之間的同步不正確
時(shí)序保護(hù)和監(jiān)控可以描述為對(duì)以下屬性的監(jiān)控：監(jiān)控任務(wù)在指時(shí)序間調(diào)度，滿足執(zhí)行時(shí)間預(yù)算，并且不獨(dú)占OS資源。
為了保證與安全相關(guān)的功能將遵守其時(shí)序約束，應(yīng)檢測并處理壟斷CPU的任務(wù)（例如CPU負(fù)載過重，太多中斷請(qǐng)求）。
2.2.2描述
AUTOSAR提供以下時(shí)序監(jiān)控機(jī)制：
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使用 OS的時(shí)序保護(hù)機(jī)制。
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使用Watchdog Manager進(jìn)行時(shí)序程序流監(jiān)控。
本章將解釋W(xué)atchdog Manager在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件時(shí)序監(jiān)控方面的應(yīng)用。
Watchdog Manager還引入了一種稱為邏輯監(jiān)控的機(jī)制，該機(jī)制可以與死線監(jiān)控結(jié)合使用，以提供高診斷覆蓋率。
此外，本章還將概述AUTOSAR OS的時(shí)序保護(hù)機(jī)制。
2.2.2.1受監(jiān)控實(shí)體
Watchdog Manager監(jiān)控AUTOSAR ECU中應(yīng)用程序軟件的執(zhí)行。監(jiān)控的邏輯單元稱為監(jiān)控實(shí)體。在AUTOSAR中，受監(jiān)控實(shí)體和架構(gòu)構(gòu)建基塊之間沒有固定的關(guān)系。通常，受監(jiān)控實(shí)體可以表示一個(gè)SWC或SWC的一個(gè)Runnable、一個(gè)BSW模塊或CDD，具體取決于開發(fā)者的選擇。
受監(jiān)控實(shí)體中的重要節(jié)點(diǎn)被定義為檢查點(diǎn)。受監(jiān)控實(shí)體的代碼與Watchdog Manager的函數(shù)調(diào)用交互。這些調(diào)用用于向Watchdog Manager報(bào)告已到達(dá)檢查點(diǎn)。
2.2.2.2Watchdog Manager
Watchdog Manager是AUTOSAR架構(gòu)的基礎(chǔ)軟件模塊。Watchdog Manager將看門狗硬件的觸發(fā)與軟件執(zhí)行的監(jiān)控聯(lián)系起來。當(dāng)檢測到對(duì)程序執(zhí)行的時(shí)態(tài)和/或邏輯約束的違反時(shí)，將采取許多可配置的操作來從此故障中恢復(fù)。
Watchdog Manager為時(shí)序程序流監(jiān)控提供以下機(jī)制：
活體監(jiān)控：定期監(jiān)控實(shí)體對(duì)執(zhí)行頻率有限制。通過活體監(jiān)控，Watchdog Manager會(huì)定期檢查受監(jiān)控實(shí)體的檢查點(diǎn)是否已達(dá)到給定限制。這意味著Watchdog Manager會(huì)檢查受監(jiān)控實(shí)體的運(yùn)行頻率是否太高或太低。
活體監(jiān)控是使用單個(gè)檢查點(diǎn)執(zhí)行的，沒有切換。受監(jiān)控實(shí)體必須周期性地調(diào)用檢查點(diǎn)，以發(fā)出其及時(shí)操作的信號(hào)。OS定期執(zhí)行Watchdog Manager以驗(yàn)證檢查點(diǎn)參數(shù)。
受監(jiān)控的實(shí)體也可以通過多個(gè)活體監(jiān)控實(shí)例進(jìn)行監(jiān)控，因此每個(gè)活體監(jiān)控都包含一個(gè)獨(dú)立的檢查點(diǎn)。請(qǐng)參見圖9。
圖9：具有獨(dú)立檢查點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控
死線監(jiān)控：非周期性或周期性監(jiān)控實(shí)體對(duì)兩個(gè)檢查點(diǎn)之間的時(shí)間安排有單獨(dú)的限制。通過死線監(jiān)控，Watchdog Manager檢查受監(jiān)控實(shí)體的兩個(gè)檢查點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。這意味著Watchdog Manager會(huì)檢查受監(jiān)控實(shí)體中的某些步驟所花費(fèi)的時(shí)間是否在配置的最小值和最大值之內(nèi)。請(qǐng)參見圖10。
如果從未到達(dá)第二個(gè)檢查點(diǎn)，則死線監(jiān)控將無法檢測到此問題。出現(xiàn)此問題的原因是，在調(diào)用第二個(gè)檢查點(diǎn)后，Watchdog Manager將執(zhí)行時(shí)序檢查。
圖10：死線監(jiān)控
2.2.2.3 OS的時(shí)序保護(hù)
根據(jù)AUTOSAR OS規(guī)范，當(dāng)任務(wù)或中斷在運(yùn)行時(shí)錯(cuò)過其死線時(shí)，就會(huì)發(fā)生實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的時(shí)序故障。
AUTOSAR OS不提供時(shí)序保護(hù)的死線監(jiān)控。死線監(jiān)控不足以正確識(shí)別導(dǎo)致AUTOSAR系統(tǒng)中時(shí)序故障的任務(wù)或中斷。違反死線可能是由不相關(guān)的任務(wù)或干擾執(zhí)行的中斷引起的。請(qǐng)咨詢AUTOSAR OS規(guī)范23了解更多詳情。
在固定優(yōu)先級(jí)搶占式 OS（如AUTOSAR OS）中，任務(wù)或中斷是否滿足其死線取決于以下因素：
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任務(wù)/中斷在系統(tǒng)中的執(zhí)行時(shí)間。
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任務(wù)/中斷遭受較低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)/中斷阻塞共享資源或禁用中斷的阻塞時(shí)間。
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系統(tǒng)中任務(wù)/中斷的到達(dá)間隔速率。
為了安全準(zhǔn)確地提供時(shí)序保護(hù)， OS必須在運(yùn)行時(shí)控制這些因素，以確保任務(wù)/中斷可以滿足各自的死線。AUTOSAR OS提供以下時(shí)序保護(hù)機(jī)制：
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執(zhí)行時(shí)間保護(hù)。任務(wù)或2類中斷的執(zhí)行時(shí)間上限，即所謂的執(zhí)行預(yù)算，通過 OS進(jìn)行監(jiān)控，以防止時(shí)序錯(cuò)誤。
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鎖定時(shí)間保護(hù)。OS監(jiān)控資源阻塞、鎖定和暫停中斷的上限，即所謂的鎖定預(yù)算。
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到達(dá)時(shí)間保護(hù)。正在激活的任務(wù)或2類中斷到達(dá)之間的下限，即所謂的時(shí)間片，通過 OS進(jìn)行監(jiān)控，以防止時(shí)序錯(cuò)誤。
注意：執(zhí)行時(shí)間實(shí)施需要硬件支持，例如時(shí)序?qū)嵤┲袛唷Ｈ绻褂弥袛鄟韺?shí)現(xiàn)時(shí)間執(zhí)行，則該中斷的優(yōu)先級(jí)應(yīng)高到足以“中斷”受監(jiān)控的任務(wù)或中斷。
2.2.3檢測與響應(yīng)
Watchdog Manager為時(shí)序和邏輯程序流監(jiān)控提供了三種機(jī)制：死線監(jiān)控、活體監(jiān)控和邏輯監(jiān)控。
監(jiān)控機(jī)制是靜態(tài)配置的。對(duì)于受監(jiān)控實(shí)體的監(jiān)控，可以采用多種監(jiān)控機(jī)制。
根據(jù)每個(gè)已啟用機(jī)制的結(jié)果，計(jì)算受監(jiān)控實(shí)體的狀態(tài)（稱為局部狀態(tài)）。當(dāng)確定每個(gè)受監(jiān)控實(shí)體的狀態(tài)時(shí)，然后根據(jù)每個(gè)局部監(jiān)控狀態(tài)，確定整個(gè)MCU的狀態(tài)（稱為全局監(jiān)控狀態(tài)）。
根據(jù)每個(gè)受監(jiān)控實(shí)體的局部監(jiān)控狀態(tài)和全局監(jiān)控狀態(tài)，Watchdog Manager會(huì)啟動(dòng)許多機(jī)制來從監(jiān)控失敗中恢復(fù)。這些范圍從受監(jiān)控實(shí)體內(nèi)的局部錯(cuò)誤恢復(fù)到ECU的全局重置。
Watchdog Manager可以采用以下錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制：
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受監(jiān)控實(shí)體中的錯(cuò)誤處理
如果受監(jiān)控實(shí)體是SWC或CDD，則Watchdog Manager可以通過RTE模式機(jī)制通知受監(jiān)控實(shí)體有關(guān)監(jiān)控情況。然后，受監(jiān)控實(shí)體可以采取措施從該故障中恢復(fù)。
Watchdog Manager可能會(huì)在檢測到監(jiān)控故障時(shí)向診斷事件管理器（DEM）注冊(cè)一個(gè)條目。受監(jiān)控實(shí)體可能會(huì)根據(jù)該錯(cuò)誤條目執(zhí)行恢復(fù)操作。 -
分區(qū)關(guān)閉
如果Watchdog Manager模塊在位于不受信的分區(qū)中的受監(jiān)控實(shí)體中檢測到監(jiān)控故障，則Watchdog Manager模塊可以通過調(diào)用BswM請(qǐng)求分區(qū)關(guān)閉。
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通過硬件看門狗重置
Watchdog Manager向看門狗接口指示看門狗接口何時(shí)不再觸發(fā)硬件看門狗。在硬件看門狗超時(shí)后，硬件看門狗將重置ECU或MCU。這導(dǎo)致ECU和/或MCU硬件的重新初始化以及軟件的完全重新初始化。
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立即復(fù)位MCU
如果需要對(duì)監(jiān)控故障立即做出全局響應(yīng)，Watchdog Manager可能會(huì)直接導(dǎo)致MCU復(fù)位。這將導(dǎo)致MCU硬件和完整軟件的重新初始化。通常，MCU復(fù)位不會(huì)重新初始化ECU硬件的其余分區(qū)。
注：AUTOSAR文檔“應(yīng)用程序級(jí)別的錯(cuò)誤說明”提供了有關(guān)錯(cuò)誤處理的其他信息。在文檔中，解釋了如何執(zhí)行錯(cuò)誤處理以及可以從何處獲取所需數(shù)據(jù)（例如替代值）。此外，本文檔還詳細(xì)介紹了如何在AUTOSAR中執(zhí)行 OS-Applications/分區(qū)終止和重新啟動(dòng)。
2.2.4限制
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檢查點(diǎn)的粒度不是由Watchdog Manager固定的。很少有粗制的檢查點(diǎn)會(huì)限制Watchdog Manager的檢測能力。例如，如果應(yīng)用程序SWC只有一個(gè)檢查點(diǎn)，指示循環(huán)可運(yùn)行已啟動(dòng)，則Watchdog Manager只能檢測此可運(yùn)行已重新啟動(dòng)并消除時(shí)序約束。相反，如果該SWC在可運(yùn)行的每個(gè)塊和分支上都有檢查點(diǎn)，則Watchdog Manager也可能檢測到該SWC的控制流中的故障。檢查點(diǎn)的高粒度會(huì)導(dǎo)致Watchdog Manager的復(fù)雜和大量配置。
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死線監(jiān)控有一個(gè)弱點(diǎn)：它只檢測延遲（當(dāng)報(bào)告結(jié)束檢查點(diǎn)時(shí)），但它不檢測超時(shí)（當(dāng)根本沒有報(bào)告結(jié)束檢查點(diǎn)時(shí)）。
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不支持死線監(jiān)控（即開始1、開始2、結(jié)束2、結(jié)束1）的嵌套。
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每個(gè)受監(jiān)控實(shí)體具有多個(gè)檢查點(diǎn)的“活體監(jiān)控”功能在“Watchdog Manager規(guī)范”中未一致地指定。目前，建議每個(gè)監(jiān)控實(shí)體僅支持一個(gè)活體監(jiān)控檢查點(diǎn)。
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為了關(guān)閉或重新啟動(dòng)（作為錯(cuò)誤響應(yīng)）包含受監(jiān)控實(shí)體的分區(qū)，集成代碼（ OS-Applications的重新啟動(dòng)任務(wù)）通過調(diào)用Watchdog Manager的可用函數(shù)來停用（或停用+激活）受影響分區(qū)的所有受監(jiān)控實(shí)體。這有點(diǎn)復(fù)雜，在Watchdog Manager規(guī)范文檔的未來版本中被認(rèn)為是Watchdog Manager的新加功能。
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庫無法調(diào)用BSW，因此庫不能由Watchdog Manager監(jiān)控。但是，可以通過在模塊的代碼中放置庫調(diào)用之前和之后的檢查點(diǎn)來使用死線監(jiān)控，以監(jiān)控庫實(shí)例運(yùn)行。
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如何使用受監(jiān)控實(shí)體ID標(biāo)識(shí)BSW模塊尚未標(biāo)準(zhǔn)化。
引用來源：AUTOSAR document 2021
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