[车联网/计算机网络] Autosar 的 `ARXML` 配置数据库文件协议
序: 缘起 ARXML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。
[*]和XML、DBC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。
将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DTD和XSD（XML 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
[*]DTD和XML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
[*]创建一个Classic CAN（经典CAN2.0）的系统描述ARXML文件 - Zhihu 【推荐】
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)和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”，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。
ARXML 开源项目
Y 推荐文献
[*]Github 相关项目
[*]https://github.com/ebroecker/canmatrix
https://canmatrix.readthedocs.io/en/latest/installation.html
Converting Can (Controller Area Network) Database Formats .arxml .dbc .dbf .kcd ...
[*]https://github.com/cogu/autosar
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。
[*]https://github.com/mahmut-aksakalli/arxml-viewer
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
[*]【ARXML专题】-1-什么是ARXML - Zhihu
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