基于SOME/ IP可擴(kuò)展面向服務(wù)的中間件

在以CAN總線為主的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中，通信過(guò)程是面向信號(hào)的（除了診斷通信之外），這是一種根據(jù)發(fā)送者需求實(shí)現(xiàn)的通信過(guò)程，當(dāng)發(fā)送者發(fā)現(xiàn)信號(hào)的值變化了，或者發(fā)送周期到了，就會(huì)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(shí)候才發(fā)送，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于總線上不會(huì)出現(xiàn)過(guò)多不必要的數(shù)據(jù)，從而降低負(fù)載?；诮?jīng)典信號(hào)（例如 CAN）的通信 - 不足以進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)通信和控制。高度計(jì)算密集型 ECU可以在需要時(shí)向其他 ECU 提供所需的情報(bào)。

以太網(wǎng)作為車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)是基于經(jīng)典信號(hào)+動(dòng)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(fù)雜服務(wù)接口，使用 TCP/UDP、IP 的面向服務(wù)的中間件協(xié)議為車(chē)輛增加新的功能和特性，集成新功能，對(duì)現(xiàn)有功能實(shí)現(xiàn)的改動(dòng)最小，減少了復(fù)雜現(xiàn)代架構(gòu)中靜態(tài)定義接口和數(shù)據(jù)交換的問(wèn)題，使車(chē)輛成為高度連接和數(shù)字世界的一部分。

對(duì)于SOA來(lái)講，由于采用了先進(jìn)的以太網(wǎng)格式，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)可以由Server和Client兩個(gè)部分共同完成，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，需要準(zhǔn)備一系列的工作來(lái)確認(rèn)Server和Client之間是否已建立網(wǎng)絡(luò)連接。其次，Client還要詢問(wèn)Server能否提供所需的服務(wù)，滿足數(shù)據(jù)傳輸需求，并對(duì)服務(wù)的Event進(jìn)行訂閱。這些工作都是通過(guò)SOME/IP服務(wù)發(fā)現(xiàn)（Service Discovery）實(shí)現(xiàn)的。服務(wù)是SOME/IP的最核心的一個(gè)概念，屬于會(huì)話層的協(xié)議。

總體說(shuō)來(lái)，使用SOME/IP具有如下特點(diǎn)：

采用交換式以太網(wǎng)：通過(guò)幾個(gè)交換機(jī)可連接幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)，啟動(dòng)時(shí)各節(jié)點(diǎn)不同步，傳輸幀延遲小于幾毫秒；

一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以托管多個(gè)不同服務(wù)的客戶端并提供多種服務(wù)，服務(wù)總數(shù)從幾十到幾百不等；

一個(gè)節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求提供服務(wù)的一小部分（最多幾十個(gè)），節(jié)點(diǎn)可能需要訂閱服務(wù)才能提供自己的服務(wù)；

服務(wù)可能不會(huì)一直被使用和提供：比如模式變化、部分聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景；

01 基于SOME/ IP可擴(kuò)展面向服務(wù)的中間件

事件驅(qū)動(dòng)的 SOA：事件與服務(wù)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(wù)發(fā)現(xiàn)。

SOME/IP SD報(bào)文也是一種SOME/IP的數(shù)據(jù)報(bào)文，是在SOME/IP數(shù)據(jù)報(bào)文的前提上進(jìn)行了擴(kuò)展需求，增加了Entry、Option等字段；Entries用于同步服務(wù)實(shí)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(bào)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(gè)固定值。

02 SOME/IP協(xié)議格式

從啟用禁用到整個(gè)套接字的 PDU 路由，SOME/IP消息由報(bào)頭header和有效負(fù)載Payload組成。

消息ID：服務(wù)ID和事件/方法ID的組合

長(zhǎng)度Length：包含從請(qǐng)求ID到SOME/IP消息結(jié)束的長(zhǎng)度（以字節(jié)為單位）

請(qǐng)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(gè)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(wù)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(qǐng)求是否已成功處理。

AP平臺(tái)的方法論作為CP平臺(tái)的擴(kuò)展，其引入了新的概念，AP平臺(tái)軟件的實(shí)例是在進(jìn)程的上下文中執(zhí)行。AP平臺(tái)引入了“機(jī)器”(Machine)的概念，“機(jī)器”是虛擬化的ECU一個(gè)可以部署軟件的實(shí)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(qǐng)求和服務(wù)請(qǐng)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(wù)請(qǐng)求。通過(guò)配置SoAd中的SocketConnection表，可以接收其他ECU的Sd模塊發(fā)來(lái)的單播和多播報(bào)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(guò) TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行基于 PDU 的通信。AUTOSAR I-PDU 映射到由 SoAd 配置和維護(hù)的套接字連接。要為多個(gè) I-PDU 使用套接字連接，可以在每個(gè) I-PDU 前面添加 SoAd PDU 標(biāo)頭。

03 SOME/IP的三個(gè)原始接口服務(wù)

AP平臺(tái)是一個(gè)面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)，基于AP平臺(tái)的軟件開(kāi)發(fā)首先需要進(jìn)行服務(wù)接口的設(shè)計(jì)。服務(wù)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(chǔ)。

1、方法(Methods)

調(diào)用或引用一個(gè)進(jìn)程/函數(shù)/子程序，通常由Client發(fā)起，并由Server答復(fù)。Request是最常見(jiàn)的一種Method，由Client向Server請(qǐng)求數(shù)據(jù)；Response是Request的結(jié)果，由Server答復(fù)Client的Request。而Method Fire & Forget方式，只Client向Server發(fā)起，但Server對(duì)該請(qǐng)求不回復(fù)。

2、事件(Events)

一個(gè)單向的數(shù)據(jù)傳輸，只能是on change類型，用于Server主動(dòng)向訂閱（Subscribe）了相關(guān)服務(wù)的Client發(fā)布（Publish）信息。

3、字段(Fields)

由以下三項(xiàng)內(nèi)容構(gòu)成：

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

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

Setter：設(shè)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(lái)進(jìn)行服務(wù)訂閱，然后才能發(fā)布通知。

client可以通過(guò)SOME/IP-SD來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，從而得以遠(yuǎn)程調(diào)用server提供的服務(wù)，或者訂閱server發(fā)布的內(nèi)容。區(qū)別在于，Event是某一時(shí)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(duì)信息進(jìn)行讀寫(xiě)的操作。

04 高級(jí)自動(dòng)駕駛架構(gòu)下的SOME/IP的通信機(jī)制

如下圖顯示了一種面向服務(wù)中典型的基于SOME/IP進(jìn)行有效通信的連接架構(gòu)，就智能駕駛來(lái)講，各ECU端均通過(guò)交換機(jī)Switch向相關(guān)聯(lián)的端口發(fā)送相應(yīng)的請(qǐng)求端口號(hào)及服務(wù)內(nèi)容。

這里我們舉一個(gè)例子，假如需要實(shí)現(xiàn)自車(chē)安全停車(chē)（Safe Stop）邏輯，同時(shí)通過(guò)抬頭顯示單元進(jìn)行顯示。這里假如車(chē)輛控制單元VDC進(jìn)行車(chē)輛前端感知、融合及后端規(guī)控，那么整個(gè)控制過(guò)程則需要首先由自動(dòng)駕駛域控制器作為客戶端，則需要首先由請(qǐng)求端Vehicle Contol通過(guò)SOME/IP封裝的相應(yīng)的服務(wù)端口及地址。

中央控制器單元通過(guò)采用定義三種不服務(wù)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(shè)置等相關(guān)內(nèi)容信息）向?qū)?yīng)的端口Port(如攝像頭端口Port=30501，雷達(dá)端口Port=30501，通常傳感器使用相同的端口，通過(guò)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(qǐng)求傳感器檢測(cè)的目標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)Provided ServiceInterface。

傳感器作為服務(wù)端接收到該請(qǐng)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(gè)例子，比如訂閱機(jī)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(chē)道線相關(guān)信息（Subscribe EventGroup），高精地圖Server同意其訂閱請(qǐng)求（Subscribe EventGroup Ack），而后Server開(kāi)始發(fā)布高精地圖的車(chē)道線數(shù)據(jù)給ADAS控制單元。

再如，請(qǐng)求與響應(yīng)機(jī)制，HU想要獲取DVR內(nèi)存信息，此時(shí)DVR是Server，HU是Client，由HU向DVR發(fā)出request，DVR收到請(qǐng)求后，根據(jù)自身當(dāng)前狀態(tài)，回復(fù)Response。

審核編輯：劉清