Autosar E2E – 了解消息端到端保护的全过程

一、什么是Autosar E2E

Autosar E2E全称是Automotive Open System Architecture End-to-End Protection，是汽车电子领域用于保护数据完整性的标准协议。E2E协议是一个端到端保护的协议，它的设计初衷是为了解决CAN网络数据传输時的数据安全问题。E2E协议通过在CAN收发数据时对数据进行处理，来保证数据在传输过程中不被篡改。E2E协议的设计思想是在数据发出端添加一个校验码，然后在接收端进行校验，如果校验失败则说明数据被篡改。

二、Autosar E2E的优势和应用

Autosar E2E协议的优势主要有以下几点：

1. 数据完整性保证。由于E2E协议的固有设计思路，数据在传输过程中无法被篡改，因此数据的完整性得以保证。

2. 配置灵活。根据不同的应用场景，E2E协议可以进行灵活的配置，从而满足不同的安全需求。

3. 相对较低的成本。E2E协议的设计简单并且易于实现，因此相对于其他保护数据完整性的协议来说，它的成本较低。

E2E协议主要应用在汽车电子系统中，在汽车领域中，由于各种原因引发的数据丢失或者数据的篡改都有可能引发严重的问题。如ABS系统误刹，车辆着火，座椅高度调整失灵等，这些都是因为数据传输终端篡改所导致的。

三、Autosar E2E的设计思路

Autosar E2E协议的设计思想是基于可靠性的消息传输。E2E协议是消息级别的保护协议，主要包含一下三个部分：

1. 发送端部分：发送端将数据打包并添加一个校验码。

2. 存储及传输部分：该部分旨在确保数据在传输过程中不被篡改。

3. 接收端部分：接收端对接收到的数据进行解包并验证该校验码，以确保数据的正确性。

/**
 * @brief 将数据打包并添加校验码
 * @param data 需要传输的数据
 * @param len 数据长度
 * @return 打包后的数据
 */
uint8_t* E2E_Encode(uint8_t* data, uint32_t len)
{
    uint16_t checksum = calculateChecksum(data, len);
    uint8_t* package = malloc(len + sizeof(checksum));
    memcpy(package, data, len);
    memcpy(package + len, &checksum, sizeof(checksum));
    return package;
}

/**
 * @brief 对接收到的数据进行解包并验证校验码
 * @param package 接受到的数据包
 * @param len 数据包长度
 * @return 是否验证通过
 */
bool E2E_Decode(uint8_t* package, uint32_t len)
{
    uint16_t receivedChecksum;
    memcpy(&receivedChecksum, package + len - sizeof(receivedChecksum), sizeof(receivedChecksum));
    uint16_t checksum = calculateChecksum(package, len - sizeof(receivedChecksum));
    return checksum == receivedChecksum;
}

四、Autosar E2E的应用示例

以智能座舱为例，座舱中一共有多个控制器，如仪表盘、中控屏幕、气囊、座椅调节等。这些控制器都需要相互通讯，而在通讯过程中，数据的完整性问题是关键的。智能座舱中的消息按以下三种方式进行传输：

1. 直接消息传输：控制器之间直接传输消息，不涉及到中间件的消息转发和处理。该方式通常用于一些时间敏感的控制消息。

2. 中间件消息传输：控制器通过中间件进行通讯，中间件将消息转发到指定的控制器，该方式通常用于需要广播的消息。

3. 网络消息传输：控制器通过网络进行通讯，通常在汽车领域中，该方式只用于诊断，如控制器的在线升级、故障码的读取、通讯诊断等。

/**
 * @brief 气囊控制消息示例，添加Autosar E2E保护
 */
struct AirbagControl
{
    uint8_t airbagId;        // 气囊Id
    uint8_t airbagStatus;    // 气囊状态
    uint8_t eventCode;       // 事件码
};

/**
 * @brief 构造气囊控制消息并添加Autosar E2E保护
 * @param airbagId 气囊Id
 * @param airbagStatus 气囊状态
 * @param eventCode 事件码
 * @return 构造好的消息
 */
uint8_t* createAirbagControlMessage(uint8_t airbagId, uint8_t airbagStatus, uint8_t eventCode)
{
    struct AirbagControl control = {airbagId, airbagStatus, eventCode};
    uint8_t* data = (uint8_t*)&control;
    uint8_t* package = E2E_Encode(data, sizeof(control));
    return package;
}

/**
 * @brief 接收气囊控制消息并验证Autosar E2E保护
 * @param package 接收到的消息
 * @param len 消息长度
 * @return 是否验证通过
 */
bool receiveAirbagControlMessage(uint8_t* package, uint32_t len)
{
    struct AirbagControl control;
    memcpy(&control, package, sizeof(control));
    return E2E_Decode(package, len);
}

五、Autosar E2E的发展前景

随着汽车电子系统的不断发展，汽车领域中对数据传输的要求越来越高，数据的完整性愈发重要。E2E协议不仅可以应用于传统的CAN网络，也可以应用于其他现代汽车通信网络，如FlexRay、LIN、Ethernet等。

同时，随着自动驾驶和智能汽车的发展，对汽车电子系统的安全性和数据保护性的要求也越来越高。因此，在未来的发展中，E2E协议将成为实现汽车数据安全的重要保障。

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