Figure 9.88: Common interfaces of Safe Hardware Acceleration (2)

1. Diagrammtyp & Architektur-Kontext

• Diagrammtyp: UML-Komponenten- und Schnittstellendiagramm (statisches Strukturmodell).
• Architektur-Kontext: AUTOSAR Adaptive Platform (Release R25-11), Spezifikation AUTOSAR_AP_EXP_SWArchitecture.
• Funktionaler Zweck: Spezifikation der standardisierten nativen C++-Basisschnittstellen (Id, PropertyList), die der funktionale Cluster Safe Hardware Acceleration (SHA) für Adaptive Applications bereitstellt. Der Cluster kapselt und steuert den deterministischen, funktional sicheren Zugriff auf spezialisierte Hardware-Beschleuniger (z. B. GPUs, NPUs, DSPs, FPGAs) für rechenintensive Workloads (z. B. ADAS/AD).

2. Komponenten, Entitäten & Schnittstellen

Entitäten & Stereotypen

• Adaptive Application:
  • Stereotyp/Art: UML-Komponente (Software-Prozess im User-Space).
  • Rolle: Client-Anwendung, die Hardware-Beschleunigungsdienste konsumiert.
• «aapFunctionalCluster» Safe Hardware Acceleration:
  • Stereotyp: «aapFunctionalCluster» (AUTOSAR Adaptive Platform Functional Cluster).
  • Rolle: Plattform-Dienstleister / Laufzeitumgebungskomponente der Adaptive Platform Foundation/Services, welche die Hardwareabstraktion und das Safety-Handling realisiert.
• «aapAPI,aapNativeInterface» Id:
  • Stereotyp: «aapAPI,aapNativeInterface» (in-process C++-Bibliotheksschnittstelle im ARA-Namespace, kein IPC/ara::com).
  • Semantik: Abstraktion eines eindeutigen Identifikators/Handles (z. B. für Beschleuniger-Ressourcen, Kontexte, Queues oder Jobs).
  • Operationen:
    • + Create(): Statische Factory-Methode (im Diagramm unterstrichen deklariert) zur Erzeugung bzw. Initialisierung einer Identifier-Instanz.
    • + Get(): Abfrage des Identifikator-Werts oder zugehöriger Statusmerkmale.
    • + Set(): Zuweisung bzw. Modifikation des Identifikator-Werts oder Zustands.
• «aapAPI,aapNativeInterface» PropertyList:
  • Stereotyp: «aapAPI,aapNativeInterface» (im Diagramm als «aapAPI,aapNativeInterf...» typografisch trunkiert).
  • Semantik: Generische Container-Struktur zur Übergabe und Kapselung von Konfigurationsparametern, Hardware-Constraints, Prioritäten oder Feature-Flags an den Beschleuniger.

Beziehungen & Abhängigkeiten

• Realisierung («aapFunctionalCluster» → Schnittstellen):
  • Die Komponente Safe Hardware Acceleration realisiert (gestrichelte Linie mit geschlossener, nicht ausgefüllter Dreiecksspitze) die Schnittstellen Id und PropertyList.
• Nutzung (Adaptive Application → Schnittstellen):
  • Die Adaptive Application nutzt (gerichtete gestrichelte Abhängigkeit mit Stereotyp «use») die nativen Schnittstellen Id und PropertyList.

3. Dynamisches Verhalten & Sequenzablauf

Da es sich um ein statisches Strukturdiagramm handelt, wird kein Zeitablauf modelliert. Aus den Schnittstellensignaturen leitet sich folgendes Interaktionsmuster ab:

1. Ressourcenidentifikation / Kontextinitialisierung:
   • Die Applikation ruft synchron Id::Create() auf, um eine gültige Handle-Instanz für eine Beschleunigerressource zu allokieren.
2. Parametrierung:
   • Erstellung und Befüllung eines PropertyList-Objekts durch die Applikation, um Ausführungsmetadaten (z. B. Memory-Alignment, Compute-Budget, Scheduling-Klasse) zu definieren.
3. Zustandsabfrage & -anpassung:
   • Synchrone Aufrufe von Id::Get() bzw. Id::Set(), um Kontextattribute vor oder während der Job-Übergabe an den Beschleuniger zu prüfen oder zu aktualisieren.
4. Fehlerbehandlung:
   • Aufrufe erfolgen blockierend/synchron im Aufruferthread; Fehlerrückgaben erfolgen gemäß AUTOSAR-Adaptive-Konvention über Wertetypen (ara::core::Result<T>) ohne C++-Exceptions.

4. Normative Relevanz & Entwickler-Hinweise

• Native Schnittstellenbindung («aapNativeInterface»):
  • Die Schnittstellen binden direkt als Shared Library (.so) im Prozessraum der Adaptive Application. Es findet keine Zwischenschaltung von ara::com-Serialisierung, Sockets oder IPC statt; Aufrufe sind latenzminimiert ausgelegt.
• Fehlerbehandlung & Safety-Konformität:
  • Da Teil des Clusters Safe Hardware Acceleration (ASIL-relevant), müssen Implementierungen von Create() und Set() strikte Validierungen bezüglich Parametergrenzen, Prozessisolation und Memory-Management durchführen.
  • Abwesenheit von Exceptions: Rückgabetypen entsprechen normativ ara::core::Result bzw. ara::core::ErrorCode.
• Portabilität & Abstraktion:
  • Applikationsentwickler dürfen keine herstellerspezifischen Hardware-Treiber-APIs (z. B. direktes OpenCL, CUDA, proprietäre NPU-User-Space-Treiber) aufrufen, sondern müssen Hardware-Kontexte zwingend über die typisierten Konstrukte Id und PropertyList kapseln.
• Ressourcenlebenszyklus:
  • Id-Instanzen fungieren typischerweise als RAII-Wrapper oder deterministische Lifecycle-Tokens. Ungültige oder freigegebene IDs müssen auf Plattformseite deterministisch abgefangen werden, um Use-After-Free-Zustände im Beschleuniger-Treiberstack zu unterbinden.