如何開發(fā)出適用于下一代電子電氣架構(gòu)的軟件服務(wù)

隨著集中式電子電氣架構(gòu)的穩(wěn)步發(fā)展，汽車行業(yè)越來(lái)越多開始關(guān)注基于服務(wù)實(shí)現(xiàn)的軟件架構(gòu)（Service Oriented Architecture）。勿容置疑，未來(lái)的軟件開發(fā)一定會(huì)以“服務(wù)”為主戰(zhàn)場(chǎng)。如何開發(fā)出適用于下一代電子電氣架構(gòu)的軟件服務(wù)，緊跟主流車型和客戶需求的變化，開發(fā)出兼具靈活性與競(jìng)爭(zhēng)力的軟件，是我們時(shí)刻關(guān)注的話題之一。

正如上次“域測(cè)未來(lái)”文章所提到，我們目前已經(jīng)在開發(fā)基于新架構(gòu)下車載電腦+區(qū)域控制器（VCP+ZONE）的產(chǎn)品；而在軟件層面，也已經(jīng)開始著手于研究整車功能的分配以及基于服務(wù)實(shí)現(xiàn)的軟件架構(gòu)。

原子服務(wù)

說(shuō)到服務(wù)架構(gòu)，關(guān)于原子服務(wù)的話題非?；穑敲?，什么是原子服務(wù)？原子服務(wù)有哪些特征？在系統(tǒng)層面如何拆分業(yè)務(wù)服務(wù)并且定義原子服務(wù)？原子服務(wù)對(duì)我們的軟件又有什么影響呢？他和服務(wù)的關(guān)系又是什么呢？

我們先從服務(wù)的最小單元——原子服務(wù)講起。原子服務(wù)的定義是：業(yè)務(wù)上最小粒度的一系列操作。原子服務(wù)的特點(diǎn)是松耦合，相對(duì)獨(dú)立，且在可預(yù)見的范圍內(nèi)不會(huì)對(duì)其他原子服務(wù)造成影響。任何一項(xiàng)都劃定了自己的業(yè)務(wù)范圍；他們不用關(guān)心非自己業(yè)務(wù)范圍是如何實(shí)現(xiàn)，對(duì)于調(diào)用其他原子服務(wù)，只需要考慮調(diào)用場(chǎng)景及返回結(jié)果如何處理即可。

舉一個(gè)例子，先看看下面三句話：

現(xiàn)金存款是金融賬戶發(fā)生現(xiàn)金交易的收費(fèi)服務(wù)行為。

信用卡還款是金融賬戶發(fā)生的，可能有銀聯(lián)參與的、信用卡的現(xiàn)金交易。

現(xiàn)金轉(zhuǎn)賬是金融賬戶與交易對(duì)手金融賬戶發(fā)生現(xiàn)金交易的收費(fèi)服務(wù)行為。

這三句話中的，現(xiàn)金存款、信用卡還款和現(xiàn)金轉(zhuǎn)賬就是服務(wù)，現(xiàn)金交易就是原子服務(wù)，而金融賬戶、銀聯(lián)卡和信用卡則是服務(wù)的業(yè)務(wù)參與方，也是大家熟知的服務(wù)消費(fèi)者和提供方。

通過(guò)這個(gè)例子，大家應(yīng)該對(duì)原子服務(wù)已經(jīng)有了一個(gè)基本的概念。那么，服務(wù)是由原子服務(wù)構(gòu)成的，SOA是不是只是簡(jiǎn)單地由服務(wù)構(gòu)成的呢？

1. SOA 架構(gòu)的特性

答案很顯然，要實(shí)現(xiàn)真正完整的 SOA 架構(gòu)，只靠原子服務(wù)和服務(wù)是不夠的。首先，我們看一下SOA的基礎(chǔ)定義：

SOA基于服務(wù)的架構(gòu)，繼承了來(lái)自對(duì)象（指的是“面向?qū)ο蟮募軜?gòu)”）和構(gòu)件設(shè)計(jì)的各種原則，例如，封裝和自我包含等。那些保證服務(wù)的靈活性、松散耦合和復(fù)用能力的設(shè)計(jì)原則，對(duì) SOA 架構(gòu)來(lái)說(shuō)同樣是非常重要的。

關(guān)于服務(wù)的基本特性如下：

標(biāo)準(zhǔn)接口

服務(wù)提供方以統(tǒng)一的方式即標(biāo)準(zhǔn)的接口向消費(fèi)者提供服務(wù)信息，比如車載服務(wù)軟件一般會(huì)使用SOME/IP協(xié)議作為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

自主和模塊化

服務(wù)封裝了那些在業(yè)務(wù)上穩(wěn)定、重復(fù)出現(xiàn)的活動(dòng)和構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的功能實(shí)體是完全獨(dú)立自主的，獨(dú)立進(jìn)行部署、版本控制、自我管理和恢復(fù)。

松耦合

服務(wù)請(qǐng)求者可見的是服務(wù)的接口，其位置、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、當(dāng)前狀態(tài)和私有數(shù)據(jù)等，對(duì)服務(wù)消費(fèi)者而言是不可見的。

互操作性、兼容和策略聲明

為了確保服務(wù)規(guī)約的全面和明確，策略成為一個(gè)越來(lái)越重要的方面。例如，一個(gè)服務(wù)對(duì)安全性方面的要求；也可以是與業(yè)務(wù)有關(guān)的語(yǔ)義方面的內(nèi)容，例如，需要滿足的費(fèi)用或者服務(wù)級(jí)別方面的要求，這些策略對(duì)于服務(wù)在交互時(shí)是非常重要的。

而服務(wù)的最小顆粒度則是上文提到的不可拆分的原子服務(wù)。那原子服務(wù)的顆粒度是不是越小越好呢？答案肯定不是的，如何定義合理的原子服務(wù)，如何把握顆粒度的大小，在服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。舉個(gè)更形象的例子，原子服務(wù)就類似于電路設(shè)計(jì)中的電容和電阻，他們有著統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，看似一樣卻又有著不同的封裝，在不同的ECU控制器中組合成不同的應(yīng)用電路，適當(dāng)調(diào)整又能實(shí)現(xiàn)非常多的新的功能。

2. SOA架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

有了理論基礎(chǔ)，下一步就是看實(shí)現(xiàn)服務(wù)架構(gòu)的必要條件。很多同學(xué)其實(shí)會(huì)問(wèn)，為什么服務(wù)總是和以太網(wǎng)，DDS或SOME/IP綁定的呢？CAN網(wǎng)絡(luò)上是否可以實(shí)現(xiàn)完整的SOA架構(gòu)？

首先，以SOME/IP舉例，因?yàn)镾OME/IP的完整名稱其實(shí)能回答上面的大多數(shù)問(wèn)題，SOME/IP = Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP。即“運(yùn)行于IP之上的可伸縮的面向服務(wù)的中間件”?？梢?，并不是SOA必須和SOME/IP綁定，而是SOME/IP天生就是為了SOA架構(gòu)而生。SOME/IP的精華在于“Middleware中間件”，這是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件可借助Middleware在不同的技術(shù)之間共享資源。分布式應(yīng)用軟件，在這里指的就是“服務(wù)”；不同的技術(shù)之間，在這里指的就是不同的平臺(tái)或操作系統(tǒng)，比如Linux系統(tǒng)或AUTOSAR OS OSEK等。而Scalable Middleware，顧名思義，則是“可伸縮中間件”，指的是該中間件能夠適配于不同的平臺(tái)及操作系統(tǒng)，其支撐的平臺(tái)可大可小。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，SOA是軟件架構(gòu)的一種設(shè)計(jì)理念；SOME/IP是一種將軟件接口進(jìn)行打包的打包方式，是一種中間件。而汽車行業(yè)通常所指的“以太網(wǎng)”是泛化之后的概念，涵蓋了基于以太網(wǎng)技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的各種相關(guān)技術(shù)手段，包括TCP/IP協(xié)議、DoIP協(xié)議、SOME/IP協(xié)議等。當(dāng)然若通過(guò)其他非以太網(wǎng)的通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)SOA也是可行的，但通常大家不那么用。比如基于CAN總線的架構(gòu)，由于其基礎(chǔ)的架構(gòu)和通信協(xié)議棧里不存在Middleware中間層的概念，所以要實(shí)現(xiàn)SOA的代價(jià)是非常巨大的。

3. SOA 應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

正如大家所知，早期的車內(nèi)嵌入式軟件沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件強(qiáng)耦合，不具可移植性；AUTOSAR Classic 的應(yīng)用，對(duì)嵌入式基礎(chǔ)軟件的接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，讓應(yīng)用開發(fā)者基于統(tǒng)一的基礎(chǔ)軟件接口進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。目前采用SOA軟件服務(wù)架構(gòu)的應(yīng)用打通了車內(nèi)的電子電氣架構(gòu)的壁壘，進(jìn)一步對(duì)嵌入式應(yīng)用軟件的接口（即服務(wù)接口）進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，讓APP開發(fā)者基于統(tǒng)一基礎(chǔ)服務(wù)接口進(jìn)行應(yīng)用的迭代開發(fā)，隱藏了不同車型配置下應(yīng)用軟件的差異，真正做到了整車級(jí)軟件接口的“標(biāo)準(zhǔn)”和“開放”。

平臺(tái)架構(gòu)升級(jí)更便于實(shí)現(xiàn)，通過(guò)服務(wù)設(shè)計(jì)的方式，能夠有效降低架構(gòu)升級(jí)帶來(lái)的復(fù)雜度；同時(shí)，由于操作系統(tǒng)跨平臺(tái)的難度大幅度降低，能夠大幅提升用戶體驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)更為便捷的聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)間的各種APP共享等功能；

通過(guò)“服務(wù)Hub”區(qū)域控制器的引入，各種新功能能夠靈活地與其他域功能，乃至互聯(lián)網(wǎng)接口集成，而無(wú)需各個(gè)控制器各自進(jìn)行信號(hào)到服務(wù)的轉(zhuǎn)換；

一些相對(duì)獨(dú)立的域開發(fā)能夠打破界限，找到新的上限，例如自動(dòng)駕駛功能不再是電子電氣架構(gòu)“孤島”，通過(guò)區(qū)域控制器進(jìn)行服務(wù)互通，可以輕松實(shí)現(xiàn)高清地圖的創(chuàng)建、更新及路線預(yù)測(cè)等功能，便于實(shí)現(xiàn)車輛信息的上傳及云端指令的下達(dá)；

4. SOA 的應(yīng)用實(shí)例

正如上文提到的，一旦自動(dòng)駕駛域不再成為電子電氣孤島，那么他的傳感器、雷達(dá)、攝像頭都能成為整車功能體驗(yàn)提升的利器。同時(shí)，由于區(qū)域控制器ZONE具有服務(wù)轉(zhuǎn)換能力，ADAS計(jì)算中心也不需要拖著大量的傳感器，雷達(dá)或攝像頭一一連接，只需要簡(jiǎn)單從服務(wù)中間層直接發(fā)起調(diào)度請(qǐng)求即可。下面是一個(gè)潛在的開發(fā)實(shí)例：

第一階段

也就是目前90%的E/E架構(gòu)中所使用的平行式分布，由于ZONE在初期無(wú)法實(shí)現(xiàn)LVDS和攝像頭視頻的處理能力，所以暫時(shí)不會(huì)動(dòng)AD的“孤島”。但是其他的比如車身等相關(guān)的會(huì)通過(guò)區(qū)域控制器的服務(wù)轉(zhuǎn)換能力，將信號(hào)打包成業(yè)務(wù)服務(wù)。

當(dāng)然，ZONE區(qū)域控制器并不是簡(jiǎn)單的hub，在拆分和打包服務(wù)的同時(shí)，也會(huì)同步進(jìn)行原子服務(wù)的開發(fā)和豐富，后續(xù)隨著整車的FOTA更新，我們的原子服務(wù)越來(lái)越完善，同步也會(huì)有更多豐富的業(yè)務(wù)服務(wù)在互聯(lián)互通的大環(huán)境下呈現(xiàn)給用戶。

第二階段

在這個(gè)階段，隨著區(qū)域下一代產(chǎn)品的發(fā)展，會(huì)在硬件上具備一些特殊接口的集成能力，例如上圖中原來(lái)AD的專屬武器如雷達(dá)或分布式攝像頭等可以直接連接到區(qū)域控制器，這一步看上去僅僅是硬件兼容的一小步，但卻是E/E架構(gòu)升級(jí)的一大步。因?yàn)檫@意味著，環(huán)境感知服務(wù)的使用權(quán)被平等地交付到了每個(gè)域手中。

如果說(shuō)過(guò)去的車身域是電子域，一旦環(huán)境感知信號(hào)的引入，會(huì)讓車身域真正地進(jìn)化出“眼睛”，燈光、雨刮、天窗、門鎖、防盜不再是冷冰冰的電子功能，他們會(huì)成為整車人工智能的新入口，從電子域進(jìn)化為智能域。一些過(guò)去只存在想象中的功能，例如視覺識(shí)別天氣自動(dòng)調(diào)整雨刮、根據(jù)周圍行人和車輛自動(dòng)調(diào)整燈光方向、單人使用車輛的時(shí)候僅解鎖離車主最近的一扇門，這些功能都不再是幻想。

第三階段

也是BOSCH體系定義的電子電氣架構(gòu)最終階段，區(qū)域控制器會(huì)“返璞歸真”，將所有特殊接口的能力打包成真正統(tǒng)一的虛擬服務(wù)接口，而這其中的關(guān)鍵條件則在于區(qū)域控制器是否具備了完整的原子服務(wù)，例如，一旦區(qū)域能夠提供“視頻解析”的原子服務(wù)，那么我們無(wú)需在區(qū)域上接入LVDS信號(hào)，直接通過(guò)千兆以太網(wǎng)將視頻服務(wù)“原封不動(dòng)”地傳遞到區(qū)域上，然后在區(qū)域控制器里會(huì)有對(duì)應(yīng)的“解碼器”，將這些信號(hào)解析、解碼、重構(gòu)、并打包成服務(wù)，以極低的延時(shí)和極高的保真率提供給不同的處理單元和控制模塊。

而這個(gè)階段一旦實(shí)現(xiàn)，接口的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化會(huì)上升到新的高度，整車電子電氣架構(gòu)的成本也可以大幅度下降，主干網(wǎng)通過(guò)以太網(wǎng)傳遞服務(wù)，支路通過(guò)CAN/LIN等傳統(tǒng)總線收集原子服務(wù)需要的信號(hào)流，所有的系統(tǒng)、軟件、硬件有條不紊地在自己的服務(wù)領(lǐng)域中開發(fā)。未來(lái)，一輛既便宜、又智能的“溫馨智能移動(dòng)起居室”指日可待。

責(zé)任編輯：haq