SOA的軟件組件部署實例分析

SWC軟件部署前言

整個軟件的模塊的部署需要對需求、軟件架構(gòu)、硬件、中間件平臺Autosar，AP/CP都有較為深入的了解。其中流程分為三個主要的階段：

首先，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計階段：

專業(yè)針對最終實現(xiàn)的功能分配模塊，總體討論ECU融合方案、分配原則，形成初版針對控制器的需求。

其次，系統(tǒng)需求及軟件架構(gòu)設(shè)計階段：

通過討論功能需求涉及的產(chǎn)品能力PC、測試用例Usecase，生成對應(yīng)的軟件模塊Module和軟件元素SWC。

隨后，軟件架構(gòu)設(shè)計階段：

進行分配原則、非功能性需求討論、SWC分配方案編寫、專業(yè)討論并更新控制器需求，搭建PreEvision/EA模型。

如上，最終基于軟件架構(gòu)，Module核SWC要分配到各個控制器中，區(qū)域控制器VIU中分配到MCU或MPU，MPU中分配到A核、R核，都需要詳細的定義。

SWC的軟件部署實例分析

本文以高級自動駕駛輔助功能NOA為例，詳細講解實現(xiàn)該功能需要如何定位并細化軟件部署過程。

如前所述，所有的部署從本質(zhì)上就是識別到所能承載軟件組件運行能力的核資源，并進行軟件集中嵌入該硬核資源的過程。主要包括如下幾個關(guān)鍵步驟：

1）識別部署需求

這個階段設(shè)計對部署對象，即需要部署的是哪個功能對應(yīng)的SWC，該部署過程需要消耗多少部署資源，比如多少核計算能力；相關(guān)模塊的快速識別，比如如何快速識別出可用于部署的核資源；同時利用設(shè)備抽象的概念分理處頂層軟件抽象處理模塊FDD、底層設(shè)備抽象處理模塊EDD的顆粒度及部署方案。其中軟件模塊部署需求中，需要重點界定出AP端、CP端各自的特性，比如CP端非快速啟動、快速啟動、低功耗等相關(guān)特性。

2）搭建物理架構(gòu)視角的功能鏈路

功能ID功能名稱子功能非功能性需求

XxxHWP高速跟車、巡航、自動減速、車道保持、自動上下匝道、高速路口減速停車執(zhí)行器響應(yīng)能力

傳感器識別距離

端對端響應(yīng)時間

傳感器時間同步

功能安全等級

XxxTJP擁堵跟車、巡航、跟停、起步、自動減速、車道保持

XxxALC/ALCA撥桿換道、自動換道、推薦換道

XxxSafeStop換道安全停車、本車道安全停車

XxxAES自動轉(zhuǎn)向避讓、自動換道避讓

主要是根據(jù)功能項梳理物理架構(gòu)視角功能連路圖，同時提取非功能性需求。

整個物理架構(gòu)視角開發(fā)的功能邏輯鏈路實際是類似于時序圖中的對應(yīng)部分，是考慮將整個功能在工作過程中的數(shù)據(jù)流進行梳理。

如上圖表示了對NOP功能的開啟與激活中的自動轉(zhuǎn)向避障控制邏輯PC時序圖，各應(yīng)用模塊的產(chǎn)品能力主要涉及對整個NOP系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)向控制的能力和交互過程，在我們進行軟件組件SWC部署中，首先需要繪制類似上圖中的功能交互圖，從圖中提取我們需要實現(xiàn)的子模塊PC，并為每個PC設(shè)計對應(yīng)的SWC即可獲得我們需要的總體SWC。

3）梳理SWC軟件模塊

根據(jù)功能需求劃分出來的SWC包含如下模塊，各SWC分別位于SOA軟件架構(gòu)的不同分層中，對于軟件SWC到硬件核的部署過程來說，需要根據(jù)其不同的功能子項合理的分配到對應(yīng)的控制器中。

4）SWC部署到整車控制器

SWC的整個部署過程應(yīng)盡量遵循如下原則：

（01）高等級的SWC盡可能地部署到對應(yīng)的計算平臺中；

（02）與傳感器、執(zhí)行器緊密耦合的SWC部署到S&A中；

（03）與彼此緊密耦合地SWC部署到一起；

（04）休眠后需要工作的SWC考慮功耗問題部署到CP端；

（05）功能安全相關(guān)的SWC按照ASIL等級拆解后歸類部署；

（06）信息安全相關(guān)的SWC根據(jù)具體安全級別需求歸類部署；

（07）與快速啟動相關(guān)的SWC部署到CP實時核資源中；

（08）與強實時性要求相關(guān)的SWC部署到CP實時核資源中；

（09）功能鏈路交互避免過于復(fù)雜，接口過多；

（10）功能特性相同的SWC盡可能部署到同一個資源上；

（11）功能鏈路時間長度要滿足用戶體驗；

（12）高等級的SWC盡可能部署到AP端；

（13）資源預(yù)留度盡可能多。

從整車功能層分配到控制器的角度可以對如上的SWC軟件模塊進行總體的功能分配。以自動駕駛系統(tǒng)高性能計算平臺為軸心，外圍存在其軟件模塊相關(guān)的各個區(qū)域控制單元。我們以SOA架構(gòu)中各個軟件子模塊為部署的原子模塊，為了實現(xiàn)各個模塊信息間的通信和控制，我們可以實現(xiàn)如下的軟件模塊部署。

轉(zhuǎn)向、制動、驅(qū)動、懸架等底盤控制單元，由于其功能安全較高，實時性要求較強，且往往與執(zhí)行器緊密耦合，這類控制SWC可以考慮部署在高性能整車控制單元VDC中。其余如原BCM功能的車身控制及相關(guān)的傳感執(zhí)行器、模式控制單元SWC可部署在低功能安全等級PDC中。其余，如電源控制SWC由專門的電源控制單元PMIC進行硬件搭載。

5）SWC部署到HPC內(nèi)核資源

進一步的，我們以高性能計算平臺，針對性的對HPC中的云端單元，從SWC角度分配其功能到內(nèi)核層面?？紤]到不同ADAS功能子模塊在SWC中需要遵循的原則，整個部署過程應(yīng)盡量確保從架構(gòu)實現(xiàn)、可靠性、高效率、功能安全、信息安全等方面進行全方位考量。

這里我們需要重點說明下關(guān)于通用ARM芯片常提到的R核與A核在部署過程中的關(guān)系原則。R核是指實時性能高只支持物理地址，并支持內(nèi)存管理，用于實時性領(lǐng)域。比如，我們在軟件部署過程中，通常將與制動、轉(zhuǎn)向等功能安全等級高、實時性也高的軟件SWC模塊布置在R核中。同時，針對部分實時性操作系統(tǒng)RTOS也布置于R核上進行運行。

A核算力高支持虛擬地址和內(nèi)存管理，用于應(yīng)用領(lǐng)域，實時性比R核差些，考慮ADAS功能應(yīng)用層規(guī)控軟件功能安全級別有所區(qū)別，主要涉及系統(tǒng)管理、應(yīng)用接口、環(huán)境、軌跡預(yù)測、規(guī)劃決策、執(zhí)行控制/顯示等相應(yīng)的模塊。因此，可以將與ADAS應(yīng)用層相關(guān)的軟件功能部分布置在A核上。

如下表示了典型的基礎(chǔ)軟件的部署方案涉及對如下幾個重點模塊的布局，這里我們以TDA4中主要的核資源核軟件Module為主要考慮點。

其中Framework負責(zé)為ServiceAPP和Module提供運行環(huán)境，并負責(zé)實體間通信，讓ServiceAPP和Module專注于功能邏輯，以及監(jiān)視運行環(huán)境的狀態(tài)。因此，我們將服務(wù)管理、節(jié)點管理、錯誤管理、模式管理幾個“上層服務(wù)”應(yīng)用布置在該應(yīng)用軟件模塊中。ServiceManager主要用于大通服務(wù)提供端和服務(wù)客戶端的連接通道，同時提供服務(wù)監(jiān)控；NodeManager主要用于進行進程和節(jié)點的生命周期管理、節(jié)點間的Com通道以及節(jié)點監(jiān)控；ErrorManagement主要用于進行ADS系統(tǒng)及子系統(tǒng)的錯誤管理并發(fā)送錯誤報告；ModeManagement主要用于子系統(tǒng)的錯誤處理、降級管理等。

同時，如上這類框架性服務(wù)連同通信管理、執(zhí)行管理、平臺健康管理、狀態(tài)管理幾項都主要布局在TDA4服務(wù)級的A核中。

EAL相關(guān)的軟件模塊主要負責(zé)封裝底層環(huán)境，包括底層硬件和OS、整車環(huán)境及云端等，提供相應(yīng)的傳感器底層I/O服務(wù)、總線通信服務(wù)，實現(xiàn)軟硬件分離。因此，通常講設(shè)備抽象模塊EDD模塊部署在EAL之上。

Core表示一種核心模塊，主要是提供頂層應(yīng)用框架與底層EAL的通用服務(wù)，并為ADS系統(tǒng)提供通用功能，同時為這些通用服務(wù)定義真正的外部環(huán)境和部署結(jié)構(gòu)。

Module表示支持自動駕駛開發(fā)的基礎(chǔ)模塊，包含通常的感知、融合、規(guī)劃、決策等幾個模塊。

這類軟件模塊處理任務(wù)包含：

資源管理：系統(tǒng)、總線、傳感器、存儲、資源配置等管理；

HPC信息處理：DNN處理、CV處理、并行處理、算法嵌入等；

協(xié)調(diào)端系統(tǒng)：傳感器信息、車身信息、駕駛信息等；

ADS功能服務(wù)：數(shù)據(jù)記錄、診斷等

從如上功能單元不難看出絕大部分Core資源所涉及的軟件模塊具備較高的功能安全等級和強實時性要求。同時從運算角度將，可以將其中的軟件部署拆分成兩個部分，其一是針對圖像處理、深度學(xué)習(xí)模塊的感知單元，這部分往往在功能安全上要求從ASILB起步，而后端規(guī)劃控制和決策執(zhí)行，則是更加傾向于更高級別功能安全等級。多數(shù)規(guī)控模塊要求達到ASILD級別功能安全，且由于涉及與執(zhí)行器之間的交互，很多情況下本身系統(tǒng)上層的交互信號安全等級也較高，可達到ASILD級別，同時考慮自動駕駛本身安全性需求，需要執(zhí)行控制過程往往具備強實時性。因此，感知、融合這類前端計算量大，安全等級一般的SWC可部署于A核中間，而后端規(guī)控、執(zhí)行安全等級、實時性都較高，可以考慮布置在R核中。為了減少對于后端MCU的計算壓力，可以將軌跡規(guī)劃和決策放在前端SOC的R核中，而執(zhí)行控制、反饋調(diào)節(jié)等MPC過程可以考慮放在外圍MCU中。

如下圖表示了功能軟件主要部署的幾個大模塊，以TDA4作為SOC表示的對系統(tǒng)功能需求相應(yīng)的A核和R核部署方法。

審核編輯 ：李倩