淺談SOA架構(gòu)下的OTA解決方案

在軟件定義汽車的今天，汽車軟件需要更快速地迭代更新（OTA）——這是智能汽車的核心能力。SOA將給汽車軟件生態(tài)帶來巨大的變革。

為什么可采用SOA

汽車SOA是對整車智能化的底層能力進(jìn)行組織，將車端的硬件能力和各種功能服務(wù)化。這些服務(wù)根據(jù)SOA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行服務(wù)化接口設(shè)計拆分成顆粒度更小的接口，基于SOA標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行通信。這樣，各服務(wù)組件之間就可以相互訪問，從而擴(kuò)展了服務(wù)的組合形式。

SOA軟件架構(gòu)的特性是高內(nèi)聚、松耦合、服務(wù)平臺無關(guān)化、服務(wù)動態(tài)部署/動態(tài)發(fā)現(xiàn)。因而為汽車出廠后的持續(xù)軟件迭代降低難度、拓展出更多的可能性。當(dāng)今的智能汽車，由于技術(shù)革新，EE架構(gòu)（電子電氣架構(gòu)）的升級和車載以太網(wǎng)應(yīng)用，讓SOA的應(yīng)用變得順理成章。

EE架構(gòu)的升級奠定硬件基礎(chǔ)

以往的傳統(tǒng)汽車采用分布式的EE架構(gòu)，需要上百個ECU（電子控制單元）。傳統(tǒng)架構(gòu)下，各個ECU不但直接驅(qū)動執(zhí)行器和傳感器，還承擔(dān)了業(yè)務(wù)功能的很多控制邏輯。因此，一個功能的實現(xiàn)往往需要耦合多個ECU，功能的迭代和單個ECU的升級變更往往需要多個ECU共同配合修改。而各個ECU采購于不同的供應(yīng)商，最終導(dǎo)致商務(wù)復(fù)雜性增加，技術(shù)復(fù)雜性加大，變更成本推高以及軟件交付周期加長。隨著整車EE架構(gòu)朝著功能域集中式的發(fā)展，極氪智能科技上一代EE架構(gòu)已實現(xiàn)功能域集中架構(gòu)，由4大功能域主控承擔(dān)整車級別的各域功能邏輯軟件部署中心的角色，將執(zhí)行器和傳感器與功能邏輯分離，普通ECU變成純粹的執(zhí)行和傳感單元，域內(nèi)的邏輯接口交互在域控內(nèi)部就可完成，跨域邏輯接口交互通過FlexRay主干網(wǎng)實現(xiàn)。ECU實現(xiàn)功能業(yè)務(wù)邏輯和執(zhí)行器控制邏輯的解耦，功能接口模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。這樣通過4個功能域主控，就能實現(xiàn)對執(zhí)行傳感層硬件的控制，在架構(gòu)設(shè)計上為SOA提供了良好的基礎(chǔ)。

極氪智能汽車新一代EE架構(gòu)是以1個中央計算機(jī)搭配2個區(qū)控制器為核心，在中央計算機(jī)上完成對傳感和執(zhí)行層硬件的能力抽象并基于此開發(fā)和部署全部功能邏輯，構(gòu)建硬件抽象層到功能邏輯層到整車管理層到云端的垂直SOA框架體系。與此同時接管大運(yùn)算量和復(fù)雜任務(wù)處理（e.g. Audio/Video處理、Lidar/Radar環(huán)境感知處理，Machine learning等）。區(qū)控制器作為物理中心承擔(dān)該區(qū)內(nèi)的配電、網(wǎng)關(guān)和I/O驅(qū)動，以及部署一些特殊的時間敏感功能邏輯。這種新架構(gòu)形態(tài)體現(xiàn)了類生物特征的設(shè)計理念（中央大腦/區(qū)域眼耳手腳）的模式。極氪智能汽車最新EE架構(gòu)致力于打破功能域邊界，運(yùn)用物理分區(qū)，邏輯分層的方法論，把整車平臺服務(wù)、功能邏輯運(yùn)算、大數(shù)據(jù)處理等核心能力集中放入中央計算機(jī)，各區(qū)控制器僅作為執(zhí)行單元控制。

如下圖：

ZEEKR EE 3.0架構(gòu)

以太網(wǎng)的應(yīng)用奠定通信基礎(chǔ)

傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由CAN總線組成，按照功能劃分出不同的功能域，比如動力總成、車身控制等總線域。各個ECU都有自己獨立的通信渠道，使得整車線束成本高昂，總裝復(fù)雜程度也較大。而且同一個CAN總線上的所有節(jié)點共享帶寬，普通CAN總線的通信帶寬僅1Mb/s。目前極氪整車主干網(wǎng)選擇用以太網(wǎng)取代傳統(tǒng)的CAN總線，作為新的車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。以太網(wǎng)是交換機(jī)式(Switched Network)通信方式，所有的終端節(jié)點通過交換機(jī)連接到一起，通過交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)傳遞信息，擁有更高的帶寬（大于100 Mb/s）和更低的延時。有了更好的硬件基礎(chǔ)架構(gòu)，加上帶寬更寬、延時更低的網(wǎng)絡(luò)，才為SOA的應(yīng)用和實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

打造全生態(tài)OTA解決方案

OTA的發(fā)展經(jīng)歷了如下幾個階段：

OTA發(fā)展歷程

極氪汽車的OTA已進(jìn)入第四階段，在新一代EE架構(gòu)下打造產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)OTA解決方案。新一代EE架構(gòu)，支持基于中央計算平臺+區(qū)控制器的OTA方案，可實現(xiàn)車載網(wǎng)絡(luò)各系統(tǒng)的OTA升級，為車主提供千人千面的個性化服務(wù)，滿足不同客戶的需求，提升用戶對車輛的滿意度和車輛粘性，達(dá)到為整車提供全棧和全生命周期的快速OTA更新迭代。

1、整車全棧升級：基于傳統(tǒng)電子電器架構(gòu)的局限性，大部分OTA升級主要針對信息娛樂系統(tǒng)，極氪先進(jìn)的新一代EE架構(gòu)，實現(xiàn)了軟硬件解耦，可做到對整車軟件的升級，包含中央計算單元，左右岸以及其他控制單元的升級刷寫。

2、全生命周期覆蓋：該模式下的OTA解決方案支持打通整車研發(fā)、生產(chǎn)制造、售后體系。研發(fā)端釋放整車軟件基線實時同步給OTA系統(tǒng)，制造端生產(chǎn)下線的車輛實時同步至OTA，售后端的售后信息與OTA端協(xié)同配合，使得車輛通過OTA軟件升級及維修，形成研發(fā)、制造、售后OTA的全生命周期閉環(huán)。

其中整車功能基線、服務(wù)訂閱對所有控制器縱向軟件版本進(jìn)行統(tǒng)一管理，不同通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換，整車系統(tǒng)狀態(tài)控制、集中式升級服務(wù)管理等技術(shù)手段，是實現(xiàn)OTA功能的前置條件。

極氪自研OTA方案概要

極氪OTA解決方案由云端平臺，車云管道，車端組件構(gòu)成，同時支持第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接適配以及借助PKI體系實現(xiàn)升級的安全管控。

OTA云平臺實現(xiàn)了OTA升級范圍內(nèi)的車輛以及零部件，可升級軟件的管理、服務(wù)訂閱，服務(wù)訂單以及軟件版本迭代升級過程管理，支持與其他管理系統(tǒng)對接（如TSP，MES，PKI/KMS等）,實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步以及安全管理閉環(huán)。

車端為實現(xiàn)不同總線架構(gòu)的靈活適配，根據(jù)功能解耦設(shè)計，拆分子功能如：車云通訊管理、下載管理、整車升級狀態(tài)管理，具體ECU的升級控制管理，差分升級管理，HMI用戶交互管理等功能。且支持智能型ECU（Android/Linux/QNX操作系統(tǒng)）及非智能型ECU的升級。

車云間的管道借助4G/5G、HTTPS、MQTT、CDN等成熟通信技術(shù)，不僅確保通訊符合信息安全規(guī)范，同時借助高帶寬、網(wǎng)絡(luò)分發(fā)技術(shù)，提高軟件包觸達(dá)每輛車的概率，確保每輛車都能得到OTA服務(wù)。整個OTA升級流程主要分為3個大階段：生成升級包，下載和傳輸升級包，安裝升級包。整個階段通過網(wǎng)絡(luò)通信連接，最終實現(xiàn)車輛終端代碼和數(shù)據(jù)的更新，進(jìn)而增強(qiáng)車輛終端的功能和服務(wù)。

OTA整體方案架構(gòu)

極氪自研OTA軟件功能模塊詳解

極氪自研OTA是基于SOA框架實現(xiàn)，主要包括如下服務(wù)：：

1、OTA Client：負(fù)責(zé)與OTA Server交互，獲取升級信息和升級包；負(fù)責(zé)與OTA Master進(jìn)行交互，提供車云通信服務(wù)；

2、OTA Master：車端升級控制主程序，負(fù)責(zé)解析安裝策略，執(zhí)行安裝流程。

3、APP Install: 負(fù)責(zé)升級中央計算平臺CSC，左區(qū)控制器ZC-L，右區(qū)控制器ZC-R的應(yīng)用程序。

4、Diagnostic Manager：是診斷管理服務(wù)，為OTA Master提供診斷刷寫服務(wù)。DM 主要分成DCM，DEM 兩個模塊。其中DCM （Diagnostic Communication Management）主要負(fù)責(zé)診斷通信管理，也就是 UDS 相關(guān)命令的處理。DEM（Diagnostic Event Management）即診斷事件管理，主要負(fù)責(zé)軟件平臺內(nèi)部事件的處理。

5、Update Agent：為OTA Master提供”還原差分文件”的服務(wù)。

OTA 軟件架構(gòu)

OTA云管端信息安全防護(hù)

為確保OTA升級包的機(jī)密性、完整性和真實性，在升級包制作過程需采用簽名，數(shù)據(jù)加密，驗簽技術(shù)，實現(xiàn)OTA升級包的合法性驗證。通過云管端一體網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系，結(jié)合支持國密算法的獨立安全芯片，對通信鏈路、升級數(shù)據(jù)存儲、分發(fā)等方面，進(jìn)行了全方位的信息安全防護(hù)。

車云安全防護(hù)方案

為極氪帶來的價值

數(shù)據(jù)驅(qū)動，提升生態(tài)運(yùn)營能力

基于SOA架構(gòu)下的OTA方案，拓寬了“服務(wù)”和“運(yùn)營”的范疇，增加了車輛的附加價值。隨著極氪智能汽車OTA頻次的增加，通過用數(shù)據(jù)替代人力，數(shù)據(jù)驅(qū)動算法的高速進(jìn)化來形成車輛更新迭代閉環(huán)。搭配極氪智能科技的開發(fā)者平臺，應(yīng)用商店，數(shù)字貨柜等多層聯(lián)動，打造基于軟件、應(yīng)用、資源、內(nèi)容等服務(wù)，構(gòu)建推送、分發(fā)等策略，支持多樣化的運(yùn)營場景。

軟硬件解耦，打造良好的汽車軟件生態(tài)

整車SOA架構(gòu)的實現(xiàn)，讓應(yīng)用開發(fā)與整車硬件平臺解耦，一次開發(fā)可以適配不同的車型平臺，同時為應(yīng)用開發(fā)提供一個標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)平臺。從平臺化到產(chǎn)業(yè)化，助力極氪汽車向科技服務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，持續(xù)迭代XOTA（FOTA/SOTA/DOTA）聯(lián)動的技術(shù)方案，在軟件+服務(wù)的核心競爭要素上持續(xù)賦能，持續(xù)進(jìn)化整車能力，拉長用戶生命周期，構(gòu)建完整的生態(tài)閉環(huán)。

審核編輯 ：李倩