基于商用車的域控架構(gòu)下SOA的實(shí)現(xiàn)方案

隨著商用車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的發(fā)展，電子電氣架構(gòu)的設(shè)計(jì)變得愈發(fā)重要，傳統(tǒng)的E/E 架構(gòu)從軟件迭代能力、架構(gòu)復(fù)雜度、算力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬉褵o法滿足商用車的發(fā)展。本文基于域控架構(gòu)和SOA架構(gòu)，結(jié)合商用車自動(dòng)駕駛的應(yīng)用場(chǎng)景，提出商用車域控架構(gòu)下SOA的實(shí)現(xiàn)方案，從而精簡車輛控制器的布局，減輕車輛的電器零部件總質(zhì)量，擴(kuò)充整車數(shù)據(jù)交互容量，降低各個(gè)模塊間的耦合度，并且使得功能的擴(kuò)展更容易。

1 前言

隨著乘用車自動(dòng)駕駛技術(shù)研究以及應(yīng)用的深入，商用車領(lǐng)域也掀起了自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用浪潮。得益于商用車在港口、礦山、機(jī)場(chǎng)等封閉場(chǎng)景廣泛應(yīng)用，自動(dòng)駕駛技術(shù)也快速地在商用車上使用。由于自動(dòng)駕駛所需要的算力及數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，傳統(tǒng)的E/E架構(gòu)已經(jīng)很難滿足需求，而域控架構(gòu)方案可以很好地滿足控制器算力及數(shù)據(jù)量的巨大需求。同時(shí)，隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，面向服務(wù)的體系架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，簡稱SOA） 為商用車E/E架構(gòu)開發(fā)指明了新的方向?；诖思夹g(shù)，車輛通過搭載基于SOA設(shè)計(jì)的通用域控制器，使得車輛具有更好的可擴(kuò)展性、良好的平臺(tái)化功能、靈活的功能配置和更高的智能化水平。本文基于域控架構(gòu)和SOA架構(gòu)，結(jié)合商用車的應(yīng)用場(chǎng)景，提出商用車的域控架構(gòu)下SOA的實(shí)現(xiàn)方案。

2 SOA架構(gòu)及域控架構(gòu)

2.1 SOA架構(gòu)

SOA的核心概念是服務(wù)，每個(gè)服務(wù)組件具備獨(dú)立的功能。服務(wù)組件之間的接口遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可互相訪問，可組合擴(kuò)展，其最大的優(yōu)點(diǎn)是松耦合和跨平臺(tái)。SOA架構(gòu)下，軟件系統(tǒng)通過定義了利用服務(wù)接口復(fù)用的軟件組件的方法，通過通用通信標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到新的應(yīng)用程序中。

2.1.1 參與者

SOA架構(gòu)中包含3種參與者，分別是：服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)者、服務(wù)注冊(cè)中心，如圖1所示。

圖1 SOA架構(gòu)圖

1） 服務(wù)消費(fèi)者：使用服務(wù)消費(fèi)者提供的一組或者多組服務(wù)的組件。

2） 服務(wù)提供者：是一個(gè)可提供通過網(wǎng)絡(luò)尋址的實(shí)體，接受和執(zhí)行來自使用者的請(qǐng)求。

3） 服務(wù)注冊(cè)中心：儲(chǔ)備服務(wù)描述，服務(wù)提供者注冊(cè)其服務(wù)，服務(wù)消費(fèi)者訪問其中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所提供的服務(wù)。

2.1.2 基本操作

SOA架構(gòu)中的消費(fèi)者和服務(wù)提供者要交互，需通過3種基本操作來完成。

1） 發(fā)布：為了使服務(wù)可訪問，需要服務(wù)提供者發(fā)布服務(wù)描述以使服務(wù)消費(fèi)者可以發(fā)現(xiàn)它。

2） 查找：服務(wù)消費(fèi)者定位服務(wù)，方法是查詢服務(wù)注冊(cè)中心里所注冊(cè)的服務(wù)，找到滿足其要求的服務(wù)。

3） 綁定：在服務(wù)消費(fèi)者查找到服務(wù)描述之后，服務(wù)使用者根據(jù)服務(wù)描述中的信息來調(diào)用服務(wù)。

2.2 域控架構(gòu)

域控架構(gòu)是將整車電器系統(tǒng)根據(jù)功能劃分為若干個(gè)大的功能塊，如圖2所示，每個(gè)功能塊的屬性統(tǒng)一，且與其他功能塊功能耦合度低。功能塊采用一個(gè)算力強(qiáng)大的多核中央計(jì)算機(jī)代替以往的多個(gè)分布式ECU，主要處理邏輯運(yùn)算及指令下發(fā)。域系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器、執(zhí)行器、節(jié)點(diǎn)等采用硬線、CAN、LIN總線連接。而不同域之間的通信，由更高傳輸性能和更大容量的以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)信息交換任務(wù)。目前較為經(jīng)典的功能域可以劃分為5個(gè)主要域：動(dòng)力、底盤、車身、座艙和駕駛輔助。

圖2 域控架構(gòu)示意圖

3 商用車域控架構(gòu)下SOA的分析

3.1 傳統(tǒng)EEA與基于SOA的域控EEA對(duì)比

商用車傳統(tǒng)的E/E架構(gòu)中大量的功能需要ECU、信號(hào)間的協(xié)調(diào)來實(shí)現(xiàn)，所以整車中ECU間基于信號(hào)的通信會(huì)變得龐大而復(fù)雜，且不具低耦合性，微小的功能變動(dòng)都會(huì)引起整車通信矩陣的變化。傳統(tǒng)E/E架構(gòu)中消息發(fā)送者不關(guān)心接收節(jié)點(diǎn)，只負(fù)責(zé)將信號(hào)發(fā)送出去，這種技術(shù)適用于有限大小控制數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景。

SOA代碼靈活性強(qiáng)，支持請(qǐng)求/響應(yīng)模式，支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型，可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠滿足自動(dòng)駕駛等應(yīng)用場(chǎng)景下，大量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交互，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行部分更新。

如圖3所示，當(dāng)多媒體控制需要增加一項(xiàng)控制空調(diào)的功能時(shí)，需要同時(shí)變更控制對(duì)象（多媒體屏）、網(wǎng)關(guān)、被控對(duì)象（空調(diào)）?整個(gè)邏輯鏈路上的所有節(jié)點(diǎn)。

圖3 基于CAN信號(hào)通信的功能變更

SOA引入到商用車軟件設(shè)計(jì)中后，整車功能被設(shè)計(jì)為各種不同的服務(wù)組件，每個(gè)服務(wù)都有自身唯一的標(biāo)識(shí)，可以完成自身發(fā)布以及訂閱其他服務(wù)并進(jìn)行通信。由此可以很好地解決上面整個(gè)邏輯鏈上的接點(diǎn)都要變更的問題。

如圖4所示，當(dāng)多媒體控制需要增加一項(xiàng)控制空調(diào)的功能時(shí)，只需要變更服務(wù)消費(fèi)端的節(jié)點(diǎn)，邏輯鏈上的其他節(jié)點(diǎn)不需用變更。

圖4 基于SOA通信的功能變更

3.2 整車功能服務(wù)設(shè)計(jì)流程

根據(jù)商用車域控架構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合軟件SOA思想，將域控制器的軟件按照重用性和自主性面向服務(wù)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)整車功能軟件開發(fā)設(shè)計(jì)。良好的服務(wù)設(shè)計(jì)，使得整車功能增加，或原有功能發(fā)生變更時(shí)，保證了較少的軟件變更，從而實(shí)現(xiàn)更快速高效的功能迭代和清晰明確的版本管理。

EEA工程師根據(jù)整車需求清單先提取出整車功能清單和整車配置，然后設(shè)計(jì)出整車子系統(tǒng)需求規(guī)范和整車子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)零部件和功能分配完成整車域控架構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)域控架構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)域控制器、總線節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器、傳感器等對(duì)功能進(jìn)行服務(wù)化設(shè)計(jì)。服務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)，必須基于整車規(guī)劃和發(fā)展考慮，將整車基本功能、選配功能、未來可能搭載的功能、容易更新的功能等整車需求納入服務(wù)設(shè)計(jì)中，按照車載以太網(wǎng)協(xié)議要求對(duì)各個(gè)服務(wù)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義。最后軟件工程師按照功能邏輯、服務(wù)結(jié)構(gòu)、通信參數(shù)等對(duì)域控器、總線節(jié)點(diǎn)、傳感器等電器件進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，完成整車功能的實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。

圖5 整車功能實(shí)現(xiàn)流程

3.3 商用車域控架構(gòu)下SOA的設(shè)計(jì)

得益于域控架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，許多功能的邏輯實(shí)現(xiàn)都可以由單一域控制器實(shí)現(xiàn)，使得不同域之間的功能耦合度降低，這使得SOA思想可以更好地與其貼合。其次，SOA是面向服務(wù)的架構(gòu)，通過標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，使得單個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)可以通過一個(gè)固定的服務(wù)接口暴露給其余需用的組件。最后，結(jié)合以算力強(qiáng)大的“域控制器”為中心的集中化物理架構(gòu)，使得需要通過通信交互的控制器得到有效的控制。簡化了整車物理結(jié)構(gòu)的同時(shí)也簡化了整車通信結(jié)構(gòu)，使得車輛功能的擴(kuò)展性更強(qiáng)、靈活性更高。例如，某個(gè)功能已經(jīng)設(shè)計(jì)為服務(wù)后，該功能的實(shí)現(xiàn)只在自身所在的域控制器里實(shí)現(xiàn)。當(dāng)該服務(wù)需要更新時(shí)，只需服務(wù)接口不變，其余調(diào)用該服務(wù)的域控制器均不會(huì)受到影響。如圖6所示。

圖6 基于域控架構(gòu)下SOA的設(shè)計(jì)

3.4 商用車域控架構(gòu)下SOA的實(shí)現(xiàn)

運(yùn)用SOA思想后，將整車功能基于信號(hào)交互的方式優(yōu)化為基于服務(wù)交互。從整車功能和域控制器功能出發(fā)，將其分解或者合并為單個(gè)服務(wù)，單個(gè)服務(wù)只注重實(shí)現(xiàn)單一功能，并保證各個(gè)服務(wù)之間相互獨(dú)立，耦合度最低。域控制器平臺(tái)可搭載AP中間件，可以直接使用AUTOSAR組織提供的公共標(biāo)準(zhǔn)的接口，軟件不再需要為不同操作系統(tǒng)的不同接口做適配和變更。不同域控制器之間的通信以車載以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)每個(gè)服務(wù)的類型、功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等信息按照車載以太網(wǎng)的協(xié)議要求設(shè)計(jì)，高帶寬的通信能力，讓SOA軟件的跨域合作成為可能。功能的服務(wù)化使得各個(gè)域之間的信息交互及功能調(diào)用更加簡單和直接。

服務(wù)設(shè)計(jì)和部署完成后，通過對(duì)不同服務(wù)的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)整車設(shè)計(jì)的功能。如圖7所示。例如，按照整車功能開發(fā)流程，提取出車身域控制器所要開發(fā)的服務(wù)。如圖8所示，車身域控制器分別提供了空調(diào)服務(wù)、門鎖服務(wù)。其中空調(diào)服務(wù)由自動(dòng)空調(diào)開啟關(guān)閉控制、空調(diào)狀態(tài)反饋等基礎(chǔ)服務(wù)組成；門鎖服務(wù)由車門解閉鎖控制等服務(wù)組成。同時(shí)這些服務(wù)的消費(fèi)者分別分布在中央網(wǎng)關(guān)、座艙域控制器、云端等主體。服務(wù)中間件解耦了服務(wù)接收方和發(fā)送方，并與服務(wù)接收、發(fā)送方一起，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的注冊(cè)、訂閱、提供和查找功能。AP提供了基于ARXML的標(biāo)準(zhǔn)接口描述規(guī)范，服務(wù)提供者與服務(wù)消費(fèi)者共同標(biāo)準(zhǔn)約定的描述文檔進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容的交互。

圖7 整車域控架構(gòu)

圖8 車身域控制器服務(wù)布置架構(gòu)

車身域控制器提供的所有服務(wù)應(yīng)按照SOME/IP協(xié)議將服務(wù)消息進(jìn)行設(shè)定。完成后會(huì)進(jìn)行服務(wù)接口的開發(fā)，服務(wù)接口的開發(fā)和部署是SOA軟件的第一步并且是關(guān)鍵的一步，主要包括：服務(wù)的類型定義、端口設(shè)置、進(jìn)程綁定。接口開發(fā)完成就是邏輯開發(fā)、邏輯和服務(wù)集成、代碼編譯。

車輛上電后，各個(gè)域控制器會(huì)分別向注冊(cè)中心提供自身所提供的所有服務(wù)，其他域控制器會(huì)將自己所需要的服務(wù)進(jìn)行標(biāo)記。服務(wù)消費(fèi)者通過對(duì)注冊(cè)中心的查詢，提取出該服務(wù)的所有通信信息，并根據(jù)服務(wù)特性及自身需求，調(diào)用服務(wù)或者周期性建立交互。

從這個(gè)簡單的例子可以窺探出商用車域控架構(gòu)下SOA的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程，體現(xiàn)出軟件SOA架構(gòu)與域控架構(gòu)結(jié)合后的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語

在本文中，提出了一個(gè)靈活、動(dòng)態(tài)、面向服務(wù)的商用車域控架構(gòu)方案。該方法的目的是提供一個(gè)具有良好可擴(kuò)展和動(dòng)態(tài)的框架，為商用車電器架構(gòu)開發(fā)、軟件開發(fā)、功能開發(fā)等提供一定借鑒意義。

編輯：黃飛

?