自動駕駛領(lǐng)域的SOA軟件架構(gòu)設(shè)計應(yīng)用分析

隨著汽車電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，高級別的智能駕駛技術(shù)對軟件架構(gòu)的靈活性和可復(fù)用性有了更高的要求。面向服務(wù)的體系架構(gòu)（Service-Oriented Architecture， SOA）因具有基于標(biāo)準(zhǔn)、松耦合性、互操作性等優(yōu)勢，更加貼近智能網(wǎng)聯(lián)化時代車載系統(tǒng)對軟件架構(gòu)的要求，從而被汽車行業(yè)廣泛采用。

一、面向服務(wù)的設(shè)計原則與戰(zhàn)略目標(biāo)

01

面向服務(wù)的設(shè)計原則與約束

標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)契約原則

服務(wù)松耦合原則

服務(wù)抽象原則

服務(wù)可重用性原則

服務(wù)自治性原則

服務(wù)無狀態(tài)原則

服務(wù)可發(fā)現(xiàn)原則

服務(wù)可組合性原則

02

面向服務(wù)的戰(zhàn)略目標(biāo)

提升本征互操作性

增強(qiáng)聯(lián)合

增加供應(yīng)商多元化選擇

同步提升業(yè)務(wù)和技術(shù)對齊

提高投資回報率

提高組織的業(yè)務(wù)敏捷性

降低研發(fā)成本

圖 １通過應(yīng)用面向服務(wù)的原則實現(xiàn)面向服務(wù)技術(shù)的戰(zhàn)略目標(biāo)

二、SOA軟件架構(gòu)在自動駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用

因汽車智能網(wǎng)聯(lián)化的需求，尤其是自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用的需要，SOA受到汽車行業(yè)的廣泛關(guān)注，車載SOA軟件架構(gòu)開始在汽車行業(yè)興起。2010年，以寶馬、大眾為首的歐、美、日汽車產(chǎn)業(yè)巨頭便開始車載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)的研究工作，形成一定的理論基礎(chǔ)和實踐成果，并對傳統(tǒng)汽車電子系統(tǒng)進(jìn)行革命性創(chuàng)新。 車載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)落地的支持工具和技術(shù)基礎(chǔ)是中間件平臺，Adaptive AutoSAR平臺則是采用SOA方法論，進(jìn)行自適應(yīng)軟件產(chǎn)品的開發(fā)，是一套包括服務(wù)設(shè)計、開發(fā)、部署在內(nèi)的復(fù)雜工作流程。 換言之，Adaptive AutoSAR平臺即為一個面向服務(wù)的車載軟件架構(gòu)。接下來，本節(jié)將對基于Adaptive AutoSAR平臺的功能軟件開發(fā)流程的核心步驟——“服務(wù)設(shè)計”進(jìn)行介紹。

01

服務(wù)接口設(shè)計

面向服務(wù)架構(gòu)的核心是服務(wù)，服務(wù)是通過定義的接口提供有用的功能，因此首先需要進(jìn)行服務(wù)接口的設(shè)計。服務(wù)接口的設(shè)計包含以下幾個方面：

服務(wù)ID——服務(wù)ID需全局唯一。

消息數(shù)據(jù)類型 —— 定義服務(wù)間交互的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

服務(wù)通信方式 ——Adaptive AutoSAR支持服務(wù)間使用 Event、Method、Field三種通信方式。

服務(wù)通信協(xié)議 —— 車載領(lǐng)域一般采用的通信協(xié)議有SOME/IP、DDS兩種。

02

軟件組件（SWC）設(shè)計

Adaptive AutoSAR應(yīng)用軟件開發(fā)主要從軟件組件設(shè)計開始，軟件組件是定義一個應(yīng)用模型，然后為模型賦予可執(zhí)行性，最后為進(jìn)程關(guān)聯(lián)可執(zhí)行文件，部署在指定的設(shè)備上。軟件組件是通過應(yīng)用收發(fā)端口（Required Port/Provided Port）來定義，每個應(yīng)用端口實現(xiàn)一個服務(wù)接口。軟件組件的設(shè)計包括以下兩個方面：

Application SW

定義收發(fā)端口（Port），對應(yīng)引用服務(wù)接口所定義的服務(wù)。

Executable

定義可執(zhí)行文件的基本屬性，引用Application SW配置。

03

“機(jī)器”（Machine）設(shè)計

Adaptive AutoSAR平臺引入了“機(jī)器”的概念，“機(jī)器”是一個可部署軟件的實體。它可以是真實存在的處理器，也可以是一個虛擬機(jī)，Adaptive AutoSAR平臺軟件則運行在某一特定的“機(jī)器”上。Machine的設(shè)計包括以下幾個方面：

通信結(jié)構(gòu)——定義Machine上所有的網(wǎng)絡(luò)端點、服務(wù)發(fā)現(xiàn)地址與端口號。

物理資源用量——CPU利用率、內(nèi)存利用率等。

04

服務(wù)實例設(shè)計

已設(shè)計好服務(wù)接口，則可設(shè)計服務(wù)接口的實例，服務(wù)實例的設(shè)計包括以下幾個方面：

服務(wù)提供者—— 具有提供服務(wù)功能的特定角色的服務(wù)實例，依據(jù)定義的服務(wù)接口提供服務(wù)，以不同的InstanceID區(qū)分實例。

服務(wù)消費者——具有使用服務(wù)功能的特定角色的服務(wù)實例，需確保從服務(wù)提供者獲取定義的服務(wù)接口，以不同的InstanceID區(qū)分實例。?

服務(wù)實例的映射——設(shè)計服務(wù)實例到Machine的映射以及服務(wù)實例到端口（Port）的映射。

05

進(jìn)程（Process）設(shè)計

進(jìn)程（Process）表示可執(zhí)行程序在機(jī)器上加載運行的實例，Process的設(shè)計包括以下幾個方面：

進(jìn)程基本參數(shù)——定義對應(yīng)的可執(zhí)行程序，并指定運行的Machine。

啟動管理——定義進(jìn)程啟動方式、啟動優(yōu)先級以及啟動依賴。

目前，已有軟件供應(yīng)商提供了Adaptive AutoSAR中間件的開發(fā)工具（如Vector-MICROSAR，華為-MDC），可對服務(wù)設(shè)計項進(jìn)行配置，并可輸出arxml格式文件導(dǎo)入工具鏈生成代碼。Arxml文件格式如下圖（以服務(wù)接口為例）：

圖 2?服務(wù)接口配置文件示例

三、SOA軟件架構(gòu)的不足

雖然目前SOA發(fā)展得如火如荼，但其應(yīng)用于汽車領(lǐng)域還存在許多待改進(jìn)的地方，主要體現(xiàn)在性能、安全性以及服務(wù)的顆粒度標(biāo)準(zhǔn)三個方面。

01

性能低

性能是SOA架構(gòu)最遭人們詬病的地方，SOA架構(gòu)的性能低主要是由于SOA的分布性質(zhì)以及服務(wù)協(xié)議的開銷。因為受到網(wǎng)絡(luò)的制約，分布式系統(tǒng)的性能都會稍低于獨立式系統(tǒng)。

02

安全性不強(qiáng)

安全問題在任何行業(yè)一直都受到足夠的重視，由于SOA架構(gòu)的松耦合性，當(dāng)服務(wù)端對客戶端提供服務(wù)時，其很難保證數(shù)據(jù)不被竊取和篡改，因而SOA架構(gòu)的安全性也難免讓人們擔(dān)憂。

03

?服務(wù)的顆粒度標(biāo)準(zhǔn)難定

所謂的服務(wù)顆粒度問題其實就是服務(wù)的“大小”問題。目前，服務(wù)的“大小”都是根據(jù)我們的經(jīng)驗來決定，因此要真正實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化組件，還有很長的路要走。

四、SOA在汽車領(lǐng)域的前景與展望

軟件架構(gòu)技術(shù)為行業(yè)共性技術(shù)，屬于研發(fā)共性技術(shù)，一直以來國內(nèi)缺乏行業(yè)協(xié)同機(jī)制和共性平臺的研究，從而使軟件架構(gòu)技術(shù)發(fā)展緩慢。如今，國內(nèi)的汽車行業(yè)企業(yè)，如一汽、東風(fēng)、上汽、華為、東軟等主要OEM或供應(yīng)商，也意識到SOA軟件架構(gòu)的重要性，也開始對車載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究，努力尋找自主解決方案。 未來，國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心將聯(lián)合更廣泛的創(chuàng)新力量，針對共性基礎(chǔ)技術(shù)攻關(guān)，著力構(gòu)建汽車開發(fā)者生態(tài)，保障車載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)規(guī)范的開發(fā)。

編輯：黃飛