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autosar功能安全文档解析

article 2025/3/19 13:18:36

该文档是AUTOSAR汽车搜索引擎发布的关于AUTOSAR经典平台功能安全措施的概述，涵盖功能安全机制、措施、硬件诊断等内容，为汽车安全相关系统开发提供指导。

1. **引言** - *

*范围**：涵盖功能安全机制、措施及硬件诊断等多方面内容，帮助理解AUTOSAR在功能安全方面的作用。

- **目的**：总结AUTOSAR功能安全要点，指导相关系统开发人员利用其机制和措施，取代旧文档。

- **目标受众**：主要面向参与安全相关（ECU）系统开发的人员，包括安全分析人员。

2. **功能安全机制** -

**内存分区**：通过限制内存和内存映射硬件访问，防止软件组件干扰。涉及故障模型、应用及软件组件内存分区等，依赖微控制器硬件支持，存在适用范围和性能限制 。

- **时序监控**：监测任务执行时间等属性，保障安全相关函数的时序约束。包含看门狗管理器的多种监控机制及操作系统的时序保护机制，存在检查点粒度等限制。 -

**逻辑监督**：检查软件执行控制流错误，通过看门狗管理器和检查点实现，存在不支持重叠图和并发实体监督的限制。 -

**端到端保护**：保护通信数据完整性，抵御多种通信故障。包括标准化配置文件、状态机等，使用时需考虑网络情况，存在一些局限性。

3. **功能安全措施** -

**AUTOSAR的功能安全措施**：映射ISO26262要求，如强类型强制、设计原则应用等，支持安全相关软件的开发。 -

**可追溯性**：提供从项目目标到软件规范的追溯，是安全系统实施的前提。 -

**发展措施与标准的演变**：标准遵循生命周期，使用定义版本可减少系统故障，支持基于模型的开发和多方审查。 -

**未交付的功能安全措施**：如SEooC定义、风险分析等，实施者需自行确保安全开发生命周期的完整性。 -

**安全相关扩展**：利用元模型增强AUTOSAR模型，实现安全概念描述、追溯和声明。 -

**安全用例**：以“前灯管理”为例，遵循ISO 26262标准，用于讨论和验证安全概念，指导安全分析。 -

**AUTOSAR功能的使用**：包括时序相关和e - 气体监测相关功能，支持安全应用实现，各功能有相应的覆盖标准和实现方式。

4. **硬件诊断** -

**核心测试**：检测处理单元故障，由核心测试驱动程序执行，报告部分故障，但存在瞬态故障难检测等局限性。 -

**RAM测试**：检测易失性存储器永久性故障，有多种测试算法，报告故障时存在瞬态故障检测及数据一致性等问题。

5. **附录**：包含文档中使用的缩写和相关文档，方便查阅。

4. 信息传输的功能安全机制（End-2-End Protection）

在分布式系统中，数据交换的安全性依赖于通信链路的完整性。AUTOSAR 通过 ** 端到端保护（End-2-End Protection）** 机制抵御通信故障，确保安全相关数据的可靠传输。

4.1 故障模型

ISO 26262 定义的通信故障包括：

  • 数据重复 / 丢失 / 延迟
  • 数据插入 / 伪装 / 错误寻址
  • 数据顺序错误 / 损坏
  • 不对称传输 / 接收子集
  • 通信通道阻塞

这些故障可能由随机硬件错误（如 CAN 收发器寄存器损坏）、EMC 干扰、软件系统错误（如 RTE/COM 错误）等引起。

4.2 端到端保护机制

AUTOSAR 通过标准化的End-2-End Profiles实现数据保护，支持不同 ASIL 等级需求。以下是关键细节：

4.2.1 End-2-End Profiles

  • Profile 1：

    • 机制：CRC 校验（8 位）、4 位计数器、数据 ID（隐式参与 CRC 计算）。
    • 保护范围：防止数据重复、丢失、插入、顺序错误和损坏。
    • 限制：数据 ID 与 CRC 可能冲突，导致伪装攻击风险。

  • Profile 2：

    • 机制：8 位序列计数器、动态数据 ID 列表（基于计数器值）、CRC 校验。
    • 改进：通过预定义 ID 列表减少伪装风险，但独立 ID 和计数器组合受限（256 种）。

  • Profile 4：

    • 机制：16 位计数器、32 位 CRC、显式数据 ID 和长度字段。
    • 优势：支持长数据传输（4KB），更高汉明距离，适用于 ASIL-D。
    • 应用场景：FlexRay、CAN FD 等高速网络。
4.2.2 端到端状态机

  • 状态管理：
    • DEINIT：初始化前状态。
    • INITCOM：通信初始化，不使用数据。
    • VALID：通信正常，数据可用。
    • INVALID：通信超出限制，数据不可用。
  • 配置参数：可配置丢失 / 重复数据包阈值、恢复策略，支持应用层整体状态判断。
4.2.3 保护库集成方式

  • End-2-End Protection Wrapper：

    • 原理：封装 RTE 的读写函数，为每个安全相关 SW-C 添加保护层。
    • 适用场景：单实例 SW-C，支持跨 ECU 或同 ECU 通信。
    • 限制：不支持多实例 SW-C，需依赖 RTE 完整性。

  • Transmission Manager：

    • 原理：集中收集 SW-C 数据，统一保护后通过 RTE 发送。
    • 适用场景：COM/RTE 不可信时，需额外保护 SW-C 与传输管理器的通信。

  • COM End-2-End Callout：

    • 原理：通过 COM 模块调用端到端库，保护 I-PDU。
    • 适用场景：需确保 COM/RTE 完整性的系统。

  • RTE Data Transformer：

    • 原理：序列化复杂数据，通过端到端库保护后传输。
    • 优势：支持动态数据长度，独立于 PDU 大小，适用于大型数据（如以太网）。
4.3 检测与反应

  • 错误检测：接收方验证数据完整性，触发状态机转换。
  • 反应机制：
    • 局部错误处理：通过 RTE 模式通知 SW-C，记录诊断事件（DEM）。
    • 硬件看门狗复位：超时后触发 ECU/MCU 复位。
    • 立即 MCU 复位：严重故障时直接复位。
4.4 限制与挑战

  1. 数据时效性：端到端保护不包含时间戳，需额外机制（如同步时基）保证实时性。
  2. 伪装攻击：Profile 1/2 的 ID 冲突可能导致错误数据被接受。
  3. 性能开销：保护机制增加通信延迟，需平衡安全性与实时性。
  4. 跨层故障：RTE/COM 内部错误（如数据转换错误）需额外验证。
4.5 实际应用建议

  • Profile 选择：根据数据长度、ASIL 等级选择 Profile（如 Profile 4 用于长数据 ASIL-D）。
  • 冗余设计：结合硬件通信机制（如 FlexRay 双通道）提升可靠性。
  • 测试与验证：通过故障注入测试验证保护机制的有效性，覆盖不同通信场景。

总结

端到端保护是 AUTOSAR 实现信息传输安全的核心机制，通过标准化 Profile 和灵活的集成方式，为不同安全等级的通信提供保障。开发者需结合系统需求选择合适的 Profile，并注意机制的局限性，确保整体系统的功能安全目标。

根据文档内容，信息传输的功能安全措施主要通过 ** 端到端保护（End-2-End Protection）** 机制实现，具体包括以下关键措施：

1. End-2-End Profiles（端到端配置文件）

通过标准化配置文件实现数据完整性保护，抵御通信故障：

  • Profile 1：
    • 机制：8 位 CRC 校验、4 位计数器、隐式数据 ID（参与 CRC 计算）。
    • 保护范围：数据重复、丢失、插入、顺序错误、损坏。
    • 限制：数据 ID 与 CRC 可能冲突，存在伪装风险。
  • Profile 2：
    • 机制：8 位序列计数器、动态数据 ID 列表（基于计数器值）、CRC 校验。
    • 改进：通过预定义 ID 列表减少伪装风险，但独立 ID 组合受限（256 种）。
  • Profile 4：
    • 机制：16 位计数器、32 位 CRC、显式数据 ID 和长度字段。
    • 优势：支持长数据（4KB），高汉明距离，适用于 ASIL-D。

2. 端到端状态机（End-2-End State Machine）

管理通信状态，确保数据可用性：

  • 状态：
    • DEINIT：初始化前状态。
    • INITCOM：通信初始化，不使用数据。
    • VALID：通信正常，数据可用。
    • INVALID：通信异常，数据不可用。
  • 配置参数：可配置丢失 / 重复数据包阈值、恢复策略，支持应用层整体状态判断。

3. 保护库集成方式

通过不同方式集成端到端保护库：

  • End-2-End Protection Wrapper：
    • 原理：封装 RTE 读写函数，为每个安全相关 SW-C 添加保护层。
    • 适用场景：单实例 SW-C，支持跨 ECU 或同 ECU 通信。
  • Transmission Manager：
    • 原理：集中收集 SW-C 数据，统一保护后通过 RTE 发送。
    • 适用场景：COM/RTE 不可信时，需额外保护 SW-C 与传输管理器的通信。
  • COM End-2-End Callout：
    • 原理：通过 COM 模块调用端到端库，保护 I-PDU。
    • 适用场景：需确保 COM/RTE 完整性的系统。
  • RTE Data Transformer：
    • 原理：序列化复杂数据，通过端到端库保护后传输。
    • 优势：支持动态数据长度，独立于 PDU 大小，适用于大型数据（如以太网）。

4. 检测与反应机制

  • 错误检测：接收方验证数据完整性，触发状态机转换。
  • 反应机制：
    • 局部错误处理：通过 RTE 模式通知 SW-C，记录诊断事件（DEM）。
    • 硬件看门狗复位：超时后触发 ECU/MCU 复位。
    • 立即 MCU 复位：严重故障时直接复位。

5. 硬件支持与限制

  • 硬件依赖：依赖微控制器内存保护单元（MPU）或内存管理单元（MMU）实现访问控制。
  • 限制：
    • 数据时效性需额外机制（如同步时基）。
    • Profile 1/2 存在伪装攻击风险。
    • 保护机制可能增加通信延迟。

总结

这些措施通过标准化配置文件、状态管理、灵活集成方式及硬件支持，确保安全相关数据在传输过程中抵御多种故障，满足不同 ASIL 等级需求。开发者需根据系统需求选择合适的 Profile 和集成方式，并注意机制的局限性

根据文档内容，AUTOSAR 并未定义或提供 SECOC（Safety Element out of Context）相关的安全功能。以下是具体细节：

SECOC 在文档中的提及

在文档的3.4 Functional Safety Measures not delivered by AUTOSAR部分，明确指出：

"The AUTOSAR specification does not define Safety Elements out of Context (SEooC) as described in ISO26262 Part 10, Chapter 9."

  • SECOC是 ISO 26262 标准中的概念，指独立于具体车辆应用的安全要素（如通用硬件或软件模块）。
  • AUTOSAR 未提供 SECOC 的支持，开发者需自行处理与 SECOC 相关的安全需求，例如：
    • 独立于具体应用的安全要素开发。
    • 安全要素的可重用性和认证。
    • 与整车系统的安全集成。

文档中其他相关内容

文档强调了 AUTOSAR 在功能安全方面的现有机制（如内存分区、端到端保护等），但明确说明以下未涵盖的领域：

  1. SECOC 定义：未提供 SECOC 的具体实现或管理方法。
  2. 系统级安全分析：未包含 Hazard Analysis（HARA）、Hazard & Operability Analysis（HAZOP）等系统性分析方法。
  3. 安全案例：未提供完整的 AUTOSAR 安全案例框架。
  4. 认证支持：未涉及 SECOC 的独立认证流程。

总结

文档明确指出，SECOC 的相关功能不属于 AUTOSAR 的标准范围。开发者若需实现 SECOC，需在 AUTOSAR 框架外补充其他措施，例如：

  • 遵循 ISO 26262 Part 10 的 SECOC 开发流程。
  • 结合第三方工具或自定义方法管理独立安全要素。
  • 在系统集成阶段验证 SECOC 与 AUTOSAR 组件的兼容性。

示例代码


// CRC-8 
#define CRC_POLY 0x07
#define CRC_INIT 0x00

// 计算 CRC-8 函数
uint8_t calculate_crc (const uint8_t *data, uint16_t length) {
uint8_t crc = CRC_INIT;
for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {
crc ^= data [i];
for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
crc = (crc & 0x80) ? (crc << 1) ^ CRC_POLY : (crc << 1);
}
}
return crc;
}

// 发送端：将数据与 CRC 打包
void send_data (const char *data, uint8_t *buffer, uint16_t *length) {
uint16_t data_len = strlen (data);
// 复制数据到缓冲区
memcpy (buffer, data, data_len);
// 计算 CRC 并附加到缓冲区
uint8_t crc = calculate_crc ((uint8_t *) data, data_len);
buffer [data_len] = crc;
*length = data_len + 1;
}

// 接收端：验证数据完整性
int receive_data (const uint8_t *buffer, uint16_t length) {
if (length < 1) return -1; // 数据长度至少为 1 字节（数据 + CRC）

uint16_t data_len = length - 1;
uint8_t received_crc = buffer[data_len];
uint8_t calculated_crc = calculate_crc(buffer, data_len);

if (calculated_crc == received_crc) {
printf("Data verified: %.*s\n", data_len, (char *)buffer);
return 0;
} else {
printf("CRC mismatch! Data may be corrupted.\n");
return -1;
}
}

// 测试代码
int main () {
const char *original_data = "Hello, E2E!";
uint8_t buffer [1024];
uint16_t buffer_len;

// 模拟发送端
send_data (original_data, buffer, &buffer_len);

// 模拟接收端
receive_data (buffer, buffer_len);

// 测试数据篡改
buffer [0] ^= 0xFF; // 篡改第一个字节
receive_data (buffer, buffer_len);

return 0;
}


http://www.kler.cn/a/591198.html

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