[车联网/计算机网络] Autosar 的 `ARXML` 配置数据库文件协议

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序: 缘起 ARXML

//ARXML_AP_V2.9.arxml
<AUTOSAR xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://autosar.org/schema/r4.0" xsi:schemaLocation="http://autosar.org/schema/r4.0 AUTOSAR_00048.xsd">

//ARXML_CP_V2.9.arxml
<AUTOSAR xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://autosar.org/schema/r4.0" xsi:schemaLocation="http://autosar.org/schema/r4.0 AUTOSAR_4-3-0.xsd">

概述 : Autosar 的 ARXML 配置数据库文件协议

ARXML 文件

  • ARXML文件: AUTOSAR系统描述文件,后缀*.arxml
  • 实质是一个XML文件,一般通过Autosar标准的XSD进行约束
  • 可用专用工具Artop,Systemdesk,Matlab,DaVinci developer,Autosar Explorer…生成。
  • XMLDBC文件一样,ARXML是一个通用的配置/数据库文件

所以,这里只需了解ARXML文件的结构(方便在将ARXML导入工具前,能够检查一些基本的错误),无需想着用过多的时间手动生成它(生成的工作,专业工具已经帮你做解决了)。

XML

XML简介

  • XML : 可扩展标记语言(eXtensible Markup Language),是是一种非常灵活的标记语言,没有固定的标签,所有的标签,在符合XML命名规则的基础上,都可以自定义,但是在写标签名的时候一定要有含义。

通常,XML被用于信息的记录和传递。因此,XML经常被用来充当“配置文件”和“数据库”。

  • 一般可通过“Eclipse”和“网页浏览器”等软件工具打开XML文件。

ARXML文件的后缀名修改为XML,可以通过这些工具打开。

XML 文件数据结构

以下是一个简单Demo

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<books>
<!-- 图书信息 -->
    <book id="book_1">
        <author>张三</author>
        <title>XML高级教程</title>
        <description>介绍XML和XML实战</description>
    </book>
</books>
  • XML文档是树状结构;
  • 第1行:XML声明。 必须放在第一行,第一列,声明语句之前,不能有任何的空格和注释。定义了XML版本和编码信息。其中,版本永远都是1.0;编码方式一般都使用UTF-8(该编码支持中文标签),编码信息不区分大小写。
  • 第2行:根元素 : <books>。XML有且仅有一个根元素。元素由开始标签、元素内容、结束标签组成,没有被其它元素包围的元素称为根元素;
  • 第3行:注释的写法<!-- 注释内容 -->,但不能嵌套使用。
  • 第4行:属性 : id="book_1"。属性必有值,值必须使用引号(单引号,双引号)。属性其实是描述标签一些额外的信息,一个标签可以有多个属性。可以将属性看为元素的另一种写法。
  • 第5~7行:表示元素
  • XML中的标签区分大小写,对应的开始标签和结束标签必须大小写一致。
  • 标签命名:普通字符有:字母,数字,-中横线,_下划线,.点号,数字不能作为首字母出现等。大段内容有许多特殊符号内容,使用转义,如下的例子:了看可是ljlkdjlsjd lsksj lsjdlks d]]>
  • XML中的标签是成对的,而且要正确嵌套:标签可以嵌套,但不可以交叉嵌套。
  • 实际的项目当中,第4~8行这部分经常是重复的。
  • 特殊符号使用符号实体:
  • 单引号:用&apos表示
  • 双引号:用&quot表示
  • 空格:用&nbsp表示
  • &符号:用&amp表示
  • >符号:用&gt表示
  • <符号:用&lt表示
  • 如下根元素下,可以存在多个并列的元素:
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<books>
<!-- 图书信息 -->
    <book id="book_1">
        <author>张三</author>
        <title>XML高级教程</title>
        <description>介绍XML和XML实战</description>
    </book>
    <book id="book_2">
        <author>李四</author>
        <title>XML中级教程</title>
        <description>介绍XML和XML实战</description>
    </book>
</books>

有效的XML

  • XML首先必须是格式良好的,一般使用DTDXSDXML Schema)定义语义约束。ARXML文件使用XSD进行约束。

认识DTD

DTD简介

  • DTD全称: Document Type Definition

用于约束XML的文档格式,保证XML是一个有效的XML。定义好接口和格式,方便多个人同时开发。

  • DTD可以分为两种:内部DTD;外部DTD

  • DTDXML之间的关系:

  • 类(人类)和对象(我)
  • 数据库(表)和行(一条记录)
  • DTD的缺点:
  • DTD约束XML的时候,不能对XML中数据类型做详细的限定。
  • DTD约束有自己的语法,书写时必须遵守DTD的语法;
  • 一个XML文件中只能引入一个DTD约束,而无法通过多个DTD文件来约束同一个XML文件。

内部的 DOCTYPE 声明

  • 内部DTD的定义,语法如下:
    a)
    b) 元素声明语法:
<!ELEMENT 元素名 (子元素[,子元素...])>

c) 数量词:

+:表示元素出现至少出现一次

?:表示元素出现0次或1次

*:表示元素出现任意次。举例<!ELEMENT books (book*)>

d) 属性声明语法:

  • 属性类型:CDATA,表示字符数据(character data)
  • 默认值:
#REQUIRED,表示必须出现

#IMPLIED,表示不是必须出现
  • 带内部DTD的完整XML
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!-- 声明内部DTD -->
<!DOCTYPE books [
  <!ELEMENT books (book+)>
  <!ELEMENT book  (author, title, description)>
  <!ATTLIST book id CDATA #REQUIRED >
  <!ELEMENT author (#PCDATA)>
  <!ELEMENT title (#PCDATA)>
  <!ELEMENT description (#PCDATA)>
]>

<books>
<!-- 图书信息 -->
    <book id="book_1">
        <author>张三</author>
        <title>XML高级教程</title>
        <description>介绍XML和XML实战</description>
    </book>
    <book id="book_2">
        <author>李四</author>
        <title>XML中级教程</title>
        <description>介绍XML和XML实战</description>
    </book>
</books>

外部的 DOCTYPE 声明

  • 创建一各独立的外部DTD文件,内容如下:
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!—声明内部DTD-->
  <!ELEMENT books (book+)>
  <!ELEMENT book (author, title, description)>
  <!ATTLIST book id CDATA #REQUIRED >
  <!ELEMENT author (#PCDATA)>
  <!ELEMENT title (#PCDATA)>
  <!ELEMENT description (#PCDATA)>
  • 在XML中引入外部DTD文件,完整的语法如下:
<!DOCTYPE 根元素 SYSTEM "文件名">
  • 带外部DTD的完整XML
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!-- 声明外部DTD -->
<!DOCTYPE books SYSTEM "books.dtd">
<books>
<!-- 图书信息 -->
    <book id="book_1">
        <author>张三</author>
        <title>XML高级教程</title>
        <description>介绍XML和XML实战</description>
    </book>
    <book id="book_2">
        <author>李四</author>
        <title>XML中级教程</title>
        <description>介绍XML和XML实战</description>
    </book>
</books>

认识XSD

XSD简介

  • XSD全称:XML结构定义(XML Schema Definition),是DTD的替代者。

  • 不仅可以定义XML文档的结构,还可以规范XML文档的内容。XSD本身也是XML文档。

  • XSD采用XML文档来定义语义约束,比DTD要复杂一些,但是功能强大的多:

  • 定义可出现在文档中的元素;
  • 定义可出现在文档中的属性;
  • 定义哪个元素是子元素;
  • 定义子元素的次序;
  • 定义子元素的数目;
  • 定义元素是否为空,或者是否可包含文本;
  • 定义元素的数据类型;
  • 定义元素和属性的默认值以及固定值。
  • 允许开发这自定义数据类型
  • 可读性强
  • 可针对未来需求进行扩展
  • 一个XML中可以引入N个Schema进行约束。
  • 书写的时候,它遵守XML的语法规则,它的文件扩展名XSD

XSD举例

  • 这一章节仅做了解,无需过多深入。知道XML和XSD的之间的关系就行。

  • book.xsd文件

<?xml version="1.0" encoding="utf-8">
<!--
	Schema文件中使用W3C对Schema文件的约束信息

	不管是XML还是XSD文件,都需要被约束
	在根标签上使用xmls属性(xmlns="http://www.w3.org/2001/XMLSchema")引用W3C的约束

	在schema中使用
	targetNamespace定义当前schema被xml引用是的名称(名称空间);
	targetNamespace="http://www.example.org/book"定义当前的schema的名称为:http://www.example.org/book值,这个值可以随便写,用来标识约束文件
-->
<schema xmlns="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
        targetNamespace="http://www.example.org/book"
        xmlns:tns="http://www.example.org/book"
        elementFormDefault="qualified">
	<!--
	在Schema文件中使用element标签来定义xml中可以书写的标签名	
	-->
    <element name="books">
		<!--
		在books中的子标签,需要在Schema中定义的books的标签内部嵌入element来定义。
		简单标签:如果一个标签没有子标签,也没有属性,这个标签是一个简单标签。
		复杂标签:如果标签拥有属性或者拥有子标签,那么这个标签就是一个复杂标签。
		
		在element标签中
		complexType来声明当前element定义的那个标签是一个复杂标签
		simpleType来声明当前element定义的那个标签是一个简单标签		
		-->
		<complexType>
		    <!--在complexType使用sequence定义子标签之间的顺序-->
			<sequence>
			    <element name="book">
				    <complexType>
					    <sequence>
						     <element name="name" type="string"></element>
						     <element name="price" type="double"></element>
						     <element name="author" type="string"></element>							 
						</sequence>					
					</complexType>
				</element>			
			</sequence>
		</complexType>		
    </element>
</schema>
  • book.xml文件
<?xml version="1.0" encoding="utf-8">
<!--
	在根标签上使用xmls属性(xmlns="http://www.example.org/book")引用Schema的约束
	当引用多个约束时,需要在xmlns后追加
	xmlns:context="***"
	xmlns:p="***"

	xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
	声明当前的XML文件是schema一个实例(当前这是一个自定义的xml文件,是被某个schema文件约束)

	xsi:schemaLocation="http://www.example.org/book book.xsd"引用schema的位置,其中的“http://www.example.org/book”要与XSD中的targetNamespace里的字符串保持一致
-->
<books
	xmlns="http://www.example.org/book"
	xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
	xsi:schemaLocation="http://www.example.org/book book.xsd"
>
    <book>
	    <name>XML高级教程</name>
	    <price>59</price>
	    <author>张三</author>		
	</book>
</books>

应用场景

CASE: 创建一个Classic CAN(经典CAN2.0)的系统描述ARXML文件

参考文献

0 序言

  • AUTOSAR System Description Network Explorer是一个文件编辑器,支持可视化和编辑系统描述的AUTOSAR系统描述文件(.arxml)ECU摘录的通信内容
  • 它支持架构版本4.0.3、4.1.2、4.2.1、4.2.2和4.3.0。
  • AUTOSAR系统描述ARXML)文件是基于XML的文件格式,描述网络通信的元素基于AUTOSAR系统模板。
  • 其界面如下:

1 创建一个AUTOSAR系统描述

  • 双击“AUTOSAR Explorer 2.0”快捷方式(见图1-1),打开“AUTOSAR System Description Network Explorer”(见图1-2)。

图1-1

图1-2

  • 在菜单栏中,依次选择 File --> New File …(见图1-3),弹出“Create New File”对话框。接着在该对话框中选择项目需要的“Autosar格式版本”和“物理层的通信方式”,单击“OK” (见图1-4)。

图1-3

图1-4

注意:

  • 创建完成后,就无法再修改“Autosar格式版本”。
  • 根据所选类型创建一个具有通信Cluster和物理通道的AUTOSAR系统描述文件(见图1-5)。单击“保存”按钮,选择合适的路径,并命名这个描述文件(见图1-6)。

图1-5

图1-6

2 物理层命名以及创建ECU

  • 完成第1章后,重新打开Test_CAN.arxml(见图2-1),选中通信Cluster,在其右侧的属性视图中,重命名这个Cluster,并设置这个CAN通信的波特率(见图2-2)。

图2-1

图2-2

  • 创建ECU方法,有两种:
  • 菜单栏中,依次选择“Edit”à“Create Ecu…”(见图2-3);
  • 工具栏中,单击“Create ECU”(见图2-4)。

图2-3

图2-4

  • 弹出“New ECU”对话框(见图2-5)。

图2-5

  • 重命名ECU,单击“OK”(见图2-6)。

图2-6

  • 完成后的效果如下(见图2-7):

图2-7

3 新建一个Frame

  • 创建Frame方法,有三种:
  • +先在“导航栏”中选择“Frames”,然后在主视图中鼠标右键,在上下文中选择“Create Frame…”(见图3-1);

图3-1

  • 依次在菜单栏中选择“Edit-->“Create Frame…”(见图3-2);

图3-2

  • 工具栏中,单击“Create Frame”(见图3-3)。

图3-3

  • 弹出“Edit Frame”对话框(见图3-4)。

  • “Edit Frame”对话框修改如下(见图3-5)。

图3-5

  • 注意:
  • 1、“Edit Frame”对话框中的“Name”,可以理解为“DBC中Message名称”;
  • 2、“Edit Frame”对话框中的“Length”表示帧的数据域长度,单位Byte;
  • 3、“Edit Frame”对话框中的“ID”表示CAN_ID,十六进制表示;
  • 4、“Edit Frame”对话框中的“Addressing Mode”有:Standard(标准帧)和Extended(扩展帧)两个选项,表示“帧类型”,可以理解为“DBC中Message里的Type”;
  • 5、“Edit Frame”对话框中的“CAN FD Supported”选项:不勾选,表示是经典CAN2.0帧;勾选,表示是CAN FD帧;
  • 6、“Edit Frame”对话框中的“Sender/Receiver Relations”用来定义该Frame帧的发送和接收ECU。图3-6表示该Frame帧的发送节点是OBC;图3-7表示该Frame帧的接收节点是OBC。

图3-6

图3-7

  • 完成后的效果如下(见图3-8) ,按照此方法可以添加其它的Frame帧:

图3-8

4 新建一个PDU(协议数据单元)

  • PDU的概念在DBC中是没有的。
  • PDU(Protoco> +Data Unit:协议数据单元)代表在帧上传输的数据单元
  • 它包含在协议栈中交换的有效负载和控制信息。
  • 根据PDU的应用和AUTOSAR格式版本,AUTOSAR模型可以区分不同类型的PDU。
  • 实际的使用:将Signal信号映射的PDU当中。
  • 接着图3-5,在PDU-Frame-Mapping中,选择“Signal-I-PDU” (见图4-1),弹出“Edit Signal-I-PDU”对话框,根据需要编辑相关的信息(见图4-2)。

图4-1

  • 注意:常用的有以下PDU。
  • Signal-I-PDU:
  • N-PDU: 网络层PDU。由传输协议模块用于分段I-PDU;
  • NM-PDU:
  • XCP-PDU:
  • General-Purpose-I-PDU(XCP):
  • multiplexed I-PDU: I-PDU在两个COM I-PDU中组装在IpduM模块中, 将Signal-I-PDU映射到静态和动态段。
  • DCM-I-PDU:

图4-2

  • 注意:
  • “Edit Signal-I-PDU”中的信息一般默认不修改。

5 新建一个signal

  • 接着图3-5,在Mapped Signals中,选择“Signal” (见图5-1),弹出“Edit Signal”对话框(见图5-2)。

图5-1

图5-2

  • 根据需要编辑相关的信息(见图5-3,图5-4,图5-5,图5-6)。

图5-3

图5-4

图5-5

图5-6

  • 注意:
  • “Edit Signal”对话框中的“Name”,可以理解为“DBC中Signal名称”;
  • “Edit Signal”对话框中的“Length”,表示信号的长度,单位Bit;
    +“Edit Signal”对话框中的“Data Type Policy”,对于每个ISignal,都有一个DataTypePolicy定义,在大多数情况下将确定信息源。
    +“Edit Signal”对话框中的“Position[Bit]”,表示信号的起始位;
    +“Edit Signal”对话框中的“Update Bit”,表示信号的更新位;
    +“Edit Signal”对话框中的“Byte Order”,表示信号的字节顺序:Intel,Motorola,Opaque;
    +“Edit Signal”对话框中的“Transfer Property”,表示信号的触发方式:Pending,Triggered,TriggeredOnChange,TriggeredWithoutRepetition,TriggeredOnChangeWithoutRepetition。相关的解释参加AUTOSAR COM标准;
    +“Edit Signal”对话框中的“Sender/Receiver Relations”,表示该信号是接收信号,还是发送信号,或者及不接收也发不发送;
    +“Edit Signal”对话框中的“Base Type”,定义了信号的一种编码:数据类型名称,符号类型(是否有符号),长度。当多个信号表示的物理含义相同,且信号长度相同时,可以在下拉框中选择相同的Base Type;
    +“Edit Signal”对话框中的“Computation Method”,描述了将信号传输的原始值转换为物理值的转换规则,信号的范围,信号的单位,无效信号的定义
  • 完成后的效果如下(见图5-7),按照此方法可以添加其它的Signal信号:

图5-7

自此一个AUTOSAR的系统描述ARXML文件就生成好了。

CASE: 在CAN FD/2.0的ARXML文件实现Multiplexor多路复用信号

  • 推荐文献

ARXML 软件工具支持 : 有哪些开源项目支持解析 .ARXML 文件?

  • 解析 ARXMLAUTOSAR XML)文件的开源工具相对较少,因为 AUTOSAR 标准汽车电子领域较为复杂且通常依赖商业工具链(如 Vector CANoe)。

不过,以下开源项目和工具可以支持 ARXML 文件的解析或部分处理:(CANoe除外)

Vector CANoe (商业/闭源/付费)

  • CANoe是Vector公司的商业工具,常用于汽车网络分析和仿真

pyAUTOSAR

  • 简介:一个 Python 库,专注于读写 AUTOSAR 4.x 标准的 ARXML 文件,支持解析和生成 ARXML 文件中的 ECU 配置、通信矩阵、软件组件等。

  • 功能:

  • 解析 ARXML 文件并提取通信矩阵(Signals、PDUs、ECU 配置等)。
  • 支持 AUTOSAR 4.x 的核心模型。
  • 提供简单的 API 用于生成或修改 ARXML 内容。
  • URL
  • 适用场景:适合需要自动化处理 ARXML 文件的开发者,例如生成代码或配置 SOME/IP 服务。

Autosar XML Parser (AUTOSAR Schema Tools)

  • 简介:部分开源项目基于 AUTOSAR 的 XML Schema(XSD)提供基础解析功能,例如使用通用 XML 解析库(如 lxmlxml.etree)结合 AUTOSAR Schema 解析 ARXML。

  • 实现方式

  • 使用 Python 的 lxmlxml.etree.ElementTree 解析 XML。
  • 通过 XPath 或手动遍历节点提取数据。
  • 示例代码
import xml.etree.ElementTree as ET

tree = ET.parse("example.arxml")
root = tree.getroot()
# 提取信号定义(示例)
for signal in root.findall(".//{http://autosar.org/schema/r4.0}SYSTEM-SIGNAL"):
    name = signal.find("{http://autosar.org/schema/r4.0}SHORT-NAME").text
    length = signal.find("{http://autosar.org/schema/r4.0}LENGTH").text
    print(f"Signal: {name}, Length: {length}")
  • 限制:需要开发者熟悉 AUTOSAR 的 XML 结构和命名空间,适合简单需求。

ARXML Converter (开源工具链)

  • 简介:某些开源工具链(如 COVESA Vehicle Signal Specification 相关工具)支持将 ARXML 转换为其他格式(如 JSON、YAML 或 FIBEX),便于后续处理。
  • 工具示例
    • vsomeip 的代码生成工具:通过 ARXML 提取 SOME/IP 服务定义(需自行实现解析逻辑)。
    • Franca IDL 转换工具:将 ARXML 转换为 Franca 接口定义文件(需定制脚本)。

Eclipse 插件(部分开源)

  • 简介:Eclipse 生态中有一些支持 AUTOSAR 开发的插件(如 ARTop),但通常需要结合商业工具链使用,开源功能有限。

通用 XML 工具

如果仅需简单解析,可以使用通用 XML 工具(如 xmllint 或 Python 的 xmltodict)结合 AUTOSAR Schema 进行验证和数据提取:

  • xmllint:验证 ARXML 是否符合 AUTOSAR XSD。
xmllint --schema AUTOSAR_4.3.0.xsd example.arxml --noout
  • xmltodict(Python 库):将 ARXML 转换为 Python 字典,方便处理。
import xmltodict
with open("example.arxml") as f:
  arxml_dict = xmltodict.parse(f.read())

注意事项

  1. AUTOSAR 版本兼容性:不同版本的 AUTOSAR(如 3.x 和 4.x)的 ARXML 结构差异较大,需确认工具支持的版本。
  2. 复杂度:ARXML 文件通常包含数千行 XML 代码,手动解析耗时且易出错,建议优先使用 pyAUTOSAR
  3. 自定义需求:如果开源工具无法满足需求,可能需要基于 XML 解析库自行开发解析逻辑。

推荐方案

  • 快速解析:使用 pyAUTOSAR(支持 AUTOSAR 4.x)。
  • 简单提取:用 Python 的 lxmlxmltodict 结合 XPath 查询。
  • 格式转换:开发自定义脚本将 ARXML 转换为 JSON/YAML,再结合其他工具链处理。

Y 推荐文献

  • Github 相关项目

https://canmatrix.readthedocs.io/en/latest/installation.html
Converting Can (Controller Area Network) Database Formats .arxml .dbc .dbf .kcd ...

A set of python modules for working with AUTOSAR XML files
主要用例是使Python能够生成ARXML文件,以便在其他(商业)AUTOSAR工具链中导入。它还对解析AUTOSAR XML文件提供了一些支持。

基于Vue+Node JS的纯前端/ARXML可视化项目
This tool aims to visualize ARXML files in human readable form with easy search operations.

X 参考文献

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