基于SOME/ IP可擴展面向服務的中間件

在以CAN總線為主的車載網(wǎng)絡中，通信過程是面向信號的（除了診斷通信之外），這是一種根據(jù)發(fā)送者需求實現(xiàn)的通信過程，當發(fā)送者發(fā)現(xiàn)信號的值變化了，或者發(fā)送周期到了，就會發(fā)送信息，而不考慮接收者是否有需求。

SOME/IP則不同，它是在接收方有需求的時候才發(fā)送，這種方法的優(yōu)點在于總線上不會出現(xiàn)過多不必要的數(shù)據(jù)，從而降低負載?；诮?jīng)典信號（例如 CAN）的通信 - 不足以進行更復雜的數(shù)據(jù)通信和控制。高度計算密集型 ECU可以在需要時向其他 ECU 提供所需的情報。

以太網(wǎng)作為車載網(wǎng)絡的出現(xiàn)是基于經(jīng)典信號+動態(tài)合約+帶寬的通信形式?？梢允褂靡蕴W(wǎng)處理具有方法Methods和事件Events的復雜服務接口，使用 TCP/UDP、IP 的面向服務的中間件協(xié)議為車輛增加新的功能和特性，集成新功能，對現(xiàn)有功能實現(xiàn)的改動最小，減少了復雜現(xiàn)代架構(gòu)中靜態(tài)定義接口和數(shù)據(jù)交換的問題，使車輛成為高度連接和數(shù)字世界的一部分。

對于SOA來講，由于采用了先進的以太網(wǎng)格式，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸服務可以由Server和Client兩個部分共同完成，因此在進行數(shù)據(jù)傳輸之前，需要準備一系列的工作來確認Server和Client之間是否已建立網(wǎng)絡連接。其次，Client還要詢問Server能否提供所需的服務，滿足數(shù)據(jù)傳輸需求，并對服務的Event進行訂閱。這些工作都是通過SOME/IP服務發(fā)現(xiàn)（Service Discovery）實現(xiàn)的。服務是SOME/IP的最核心的一個概念，屬于會話層的協(xié)議。

總體說來，使用SOME/IP具有如下特點：

采用交換式以太網(wǎng)：通過幾個交換機可連接幾十個節(jié)點，啟動時各節(jié)點不同步，傳輸幀延遲小于幾毫秒；

一個節(jié)點可以托管多個不同服務的客戶端并提供多種服務，服務總數(shù)從幾十到幾百不等；

一個節(jié)點請求提供服務的一小部分（最多幾十個），節(jié)點可能需要訂閱服務才能提供自己的服務；

服務可能不會一直被使用和提供：比如模式變化、部分聯(lián)網(wǎng)等場景；

01 基于SOME/ IP可擴展面向服務的中間件

事件驅(qū)動的 SOA：事件與服務相遇

PDU 路由組管理需要管理啟用到禁用的套接字PDU 路由，SOME/IP - 套接字適配器 [SoAD] - AUTOSAR 模型構(gòu)建塊，可用于通用上層支持SOME/IP中的服務發(fā)現(xiàn)。

SOME/IP SD報文也是一種SOME/IP的數(shù)據(jù)報文，是在SOME/IP數(shù)據(jù)報文的前提上進行了擴展需求，增加了Entry、Option等字段；Entries用于同步服務實例的狀態(tài)和發(fā)布/訂閱的管理，Options用于傳輸Entries的附加信息。

Type = 0x00 encodes “FindService”

Type = 0x01 encodes “OfferService” And“StopOfferService”

Type = 0x06 encodes “SubscribeEventGroup”And “StopSubscribeEventGroup”

Type = 0x07 encodes“SubscribeEventGroupAck” And “StopSubscribeEventGroupNack”

Type = 0x02, 0x03, 0x04, 0x05 not defined

SOME/IP SD數(shù)據(jù)報文的ServiceID（0xFFFF）、MethodID（0x8100）、Request ID（0x0000）、ProtocolVersion（0x01）、Interface Version（0x01）、MessageType（0x02）、ReturnCode（0x00）等等屬性都是一個固定值。

02 SOME/IP協(xié)議格式

從啟用禁用到整個套接字的 PDU 路由，SOME/IP消息由報頭header和有效負載Payload組成。

消息ID：服務ID和事件/方法ID的組合

長度Length：包含從請求ID到SOME/IP消息結(jié)束的長度（以字節(jié)為單位）

請求ID：允許提供者和訂閱者區(qū)分同一方法、事件、getter或setter的多個并行使用

協(xié)議版本：包含SOME/IP協(xié)議版本的8位字段

接口版本：包含服務接口主要版本的8位字段

消息類型：用于區(qū)分消息類型

返回碼：用于指示請求是否已成功處理。

AP平臺的方法論作為CP平臺的擴展，其引入了新的概念，AP平臺軟件的實例是在進程的上下文中執(zhí)行。AP平臺引入了“機器”(Machine)的概念，“機器”是虛擬化的ECU一個可以部署軟件的實體。

在AUTOSAR架構(gòu)中，SOME/IP-SD模塊位于AUTOSAR BSW Mode Managermodule（BswM）和AUTOSAR SocketAdaptor module (SoAd)之間。BswM模塊提供了通用模式請求和服務請求之間的連接。SoAd模塊則處理以太網(wǎng)堆棧和Sd模塊之間的服務請求。通過配置SoAd中的SocketConnection表，可以接收其他ECU的Sd模塊發(fā)來的單播和多播報文。用于 SOME/IP 的套接字適配器、COM 和 RTE，而SD則擁有自己的模塊。

SoAd 層支持通過 TCP/IP 網(wǎng)絡進行基于 PDU 的通信。AUTOSAR I-PDU 映射到由 SoAd 配置和維護的套接字連接。要為多個 I-PDU 使用套接字連接，可以在每個 I-PDU 前面添加 SoAd PDU 標頭。

03 SOME/IP的三個原始接口服務

AP平臺是一個面向服務的軟件架構(gòu)(SOA)，基于AP平臺的軟件開發(fā)首先需要進行服務接口的設計。服務接口可以由事件(Events)、方法(Methods)和字段(Fields)組成是生成軟件組件頭文件的基礎。

1、方法(Methods)

調(diào)用或引用一個進程/函數(shù)/子程序，通常由Client發(fā)起，并由Server答復。Request是最常見的一種Method，由Client向Server請求數(shù)據(jù)；Response是Request的結(jié)果，由Server答復Client的Request。而Method Fire & Forget方式，只Client向Server發(fā)起，但Server對該請求不回復。

2、事件(Events)

一個單向的數(shù)據(jù)傳輸，只能是on change類型，用于Server主動向訂閱（Subscribe）了相關服務的Client發(fā)布（Publish）信息。

3、字段(Fields)

由以下三項內(nèi)容構(gòu)成：

Notifier：通知，Server的Client訂閱了服務后第一時間主動向其發(fā)送數(shù)據(jù)。

Getter：獲取，由Client向Server請求數(shù)據(jù)。

Setter：設置，由Client修改Server的數(shù)據(jù)。

這里需要注意，NOTIFICATION分為Event和Field 兩類，這兩類通知都需要首先使用SOME/IP-SD(Service Discovery)來進行服務訂閱，然后才能發(fā)布通知。

client可以通過SOME/IP-SD來實現(xiàn)服務發(fā)現(xiàn)過程，從而得以遠程調(diào)用server提供的服務，或者訂閱server發(fā)布的內(nèi)容。區(qū)別在于，Event是某一時刻的快照，只是事件通知，而Field除了事件通知之外，還具有Getter和Setter的功能，即對信息進行讀寫的操作。

04 高級自動駕駛架構(gòu)下的SOME/IP的通信機制

如下圖顯示了一種面向服務中典型的基于SOME/IP進行有效通信的連接架構(gòu)，就智能駕駛來講，各ECU端均通過交換機Switch向相關聯(lián)的端口發(fā)送相應的請求端口號及服務內(nèi)容。

這里我們舉一個例子，假如需要實現(xiàn)自車安全停車（Safe Stop）邏輯，同時通過抬頭顯示單元進行顯示。這里假如車輛控制單元VDC進行車輛前端感知、融合及后端規(guī)控，那么整個控制過程則需要首先由自動駕駛域控制器作為客戶端，則需要首先由請求端Vehicle Contol通過SOME/IP封裝的相應的服務端口及地址。

中央控制器單元通過采用定義三種不服務接口（其中Event Group包含垂直方向數(shù)據(jù)，F(xiàn)ields包含障礙物類型數(shù)據(jù)，Methods包含通知/獲取/設置等相關內(nèi)容信息）向?qū)亩丝赑ort(如攝像頭端口Port=30501，雷達端口Port=30501，通常傳感器使用相同的端口，通過不同的IP地址加以區(qū)分)和IP地址（IP=192.168.10.100，IP=192.168.10.101）發(fā)起請求傳感器檢測的目標數(shù)據(jù)服務Provided ServiceInterface。

傳感器作為服務端接收到該請求后，將帶有Event Group屬性的信息（比如Distance_Data、Object_Event_Grp_1）和Fields屬性的信息（比如Front_Distance（Notifier_1）、Rear_Distance（Notifier_2）、Object_New_Position、Object_New_Blurred）回傳給域控制器。

另一個例子，比如訂閱機制中，高精地圖Server向外提供高精地圖數(shù)據(jù)（Offer Service），ADAS控制單元想要訂閱其車道線相關信息（Subscribe EventGroup），高精地圖Server同意其訂閱請求（Subscribe EventGroup Ack），而后Server開始發(fā)布高精地圖的車道線數(shù)據(jù)給ADAS控制單元。

再如，請求與響應機制，HU想要獲取DVR內(nèi)存信息，此時DVR是Server，HU是Client，由HU向DVR發(fā)出request，DVR收到請求后，根據(jù)自身當前狀態(tài)，回復Response。

審核編輯：劉清