如何在現(xiàn)有整車架構(gòu)和軟件資產(chǎn)下進行SOA的設(shè)計開發(fā)

隨著行業(yè)的 SOA 理念大火，帶著一系列的解讀和思考觀點橫行于世，筆者大多仔細研讀過，雖然增加了很多碎片化知識和曾經(jīng)的盲點，但也同樣帶來了更多的疑惑，本文撰寫初衷是基于車廠的角度思考，如何在現(xiàn)有整車架構(gòu)和軟件資產(chǎn)下，進行 SOA 的設(shè)計開發(fā)，并從工具鏈和操作方法上給出案例。

1. 分布式 ECU-基于信號的架構(gòu)設(shè)計

現(xiàn)在我們來看，在域控制器開發(fā)階段，針對傳統(tǒng)車廠，在分布式 ECU，或區(qū)域控制器集成，已經(jīng)有了深厚的架構(gòu)開發(fā)和經(jīng)驗積累的前提條件下，如何轉(zhuǎn)型并進行中央域控的服務(wù)設(shè)計。

本章節(jié)描述現(xiàn)階段，面對分布式 ECU，如何進行基于信號的整車電子電器架構(gòu)開發(fā)。如下為介紹 MBSE 理論的較為經(jīng)典文章。 服務(wù)設(shè)計相對軟件架構(gòu)設(shè)計影響較大，接下來著重分析 SOA 服務(wù)設(shè)計。

2. 中央域控架構(gòu)-基于 SOA 服務(wù)設(shè)計



為了后續(xù)方便理解，我們大致把國內(nèi)的整車電子電器架構(gòu)分為三個階段:

1.0 架構(gòu): 以逆向分析為主，整合現(xiàn)階段市面上供應(yīng)商的零部件，實現(xiàn)整車功能(典型代表 比亞迪 F3)

2.0 架構(gòu): 以正向開發(fā)為主，融合國內(nèi)外先進經(jīng)驗技術(shù)，進行整車多車型的架構(gòu)開發(fā)(典型代表 吉利 CMA 架構(gòu))

3.0 架構(gòu)：硬件上從分布式 ECU 變?yōu)檎囉蚩丶軜?gòu)，軟件上由基于 signal 變?yōu)?SOA ，能夠大幅降低車輛上 ECU 數(shù)量，軟件迭代速度也由質(zhì)的飛躍(典型代表 特斯拉)

2.1. 服務(wù)設(shè)計依據(jù)

總體采用自上而下與自下而上想結(jié)合的形式進行服務(wù)定義。

針對網(wǎng)絡(luò)上全拓補硬件，進行自下而上設(shè)計，將其分為傳感器，執(zhí)行器，與單功能 ECU 三類，分別針對硬件進行設(shè)備抽象 api 設(shè)定，與原子服務(wù)抽象。

針對整車功能定義 FR 與 FDR ，進行自上而下設(shè)計，首先使用面向?qū)ο蟮乃季S進行整車的類抽象，然后設(shè)計類的方法與屬性，其中屬性盡量與 原子服務(wù)進行映射，方法需要使用一個或多個原子服務(wù)進行實現(xiàn)

最終進行原子服務(wù)，與整車類的屬性與方法進行映射，找出無法實現(xiàn)的類，以及沒有使用到的原子服務(wù)，此部分進行服務(wù)代理設(shè)計，及使用傳統(tǒng) SWC 軟件模塊實現(xiàn)部分功能，然后代理成組合服務(wù)形式，參與整車架構(gòu)設(shè)計。

?

2.2. SOA 設(shè)計區(qū)別

3.0 架構(gòu)全面采用 SOA(service-oriented Architecture)設(shè)計思想進行構(gòu)建，上一代 2.0 架構(gòu)采用的是 POP（procedure oriented programming）面向過程的設(shè)計思想，需要注意的是，在 SOA 設(shè)計中，自上而下的設(shè)計方法中引入了 OOP（object oriented programming）面向?qū)ο蟮某橄笈c封裝概念，這是為了在 2.0 現(xiàn)有架構(gòu)基礎(chǔ)上，能夠繼承原有 FR,FDR,LC，然后進行迭代開發(fā)。

也就是說通過 Class 的抽象，在原有 LC 一層新添加了類圖的設(shè)計，通過抽象的類進行用例設(shè)計進行功能鏈路實現(xiàn)。后續(xù)進行服務(wù)化設(shè)計，只要滿足類中的屬性和方法能夠?qū)崿F(xiàn)即可，而不必去關(guān)心設(shè)計的服務(wù)如何支撐整個子系統(tǒng)及功能鏈路的實現(xiàn)。

POP 面向過程設(shè)計

在 2.0 架構(gòu)中，首先要進行 Composition 功能組合的劃分，然后在進行 Component 功能組件的劃分，每個組件都有相應(yīng)的輸入和輸出信號，依據(jù)這些來實現(xiàn)高內(nèi)聚，低耦合的功能點實現(xiàn)，設(shè)計好組件/組合之后，然后進行模塊間接口信號的設(shè)計，每個模塊平均有 20 個左后的輸入和輸出信號

SOA 面向服務(wù)設(shè)計

在 3.0 架構(gòu)中，首先要進行服務(wù)的劃分和設(shè)計，每個服務(wù)是松耦合的，也就是分治的設(shè)計理念，及服務(wù)里包含的方法、event、field 具備高扇入，合理的扇出，而服務(wù)所抽象的數(shù)據(jù)要與處理的業(yè)務(wù)邏輯、流程、功能實現(xiàn)三方解耦，所設(shè)計的基礎(chǔ)服務(wù)也要與操作系統(tǒng)解耦。

對比 2.0 中的設(shè)計，可以類似的理解為 2.0 先設(shè)計軟件模塊，然后設(shè)計信號接口，而 3.0 soa 后先設(shè)計服務(wù)接口(此接口不僅包含類似信號的 event，還包含類似函數(shù)的 method 方法)，有了服務(wù)之后，在設(shè)計哪些模塊提供這些服務(wù)，哪些模塊訂閱服務(wù)。

需要注意，SOA 后里的軟件模塊需要嚴格的區(qū)分 server 與 client，也就是一個模塊要不就是提供某個或多個服務(wù)，要不就是訂閱了一個或多個服務(wù)，不存在既訂閱了一些服務(wù)又提供了一些服務(wù)的情況，這與 2.0 架構(gòu)中的 swc 軟件模塊既有輸入又有輸出完全不一樣。

OOP 面向?qū)ο笤O(shè)計

在 3.0 架構(gòu)中，需要借助面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法來輔助支撐，也就是依托現(xiàn)有 2.0 架構(gòu)，不進行大范圍重構(gòu)的前提條件下，使用類抽象出所有 LC 模塊，并且通過設(shè)計不同類的用例圖來實現(xiàn)原 LC 處理的功能。
?

2.0 架構(gòu)上 MBSE 設(shè)計圖上 LC 映射實現(xiàn)

?

3.0 架構(gòu)上 MBSE 設(shè)計圖上 LC 映射實現(xiàn)

2.3. 接口命名規(guī)范

在進行 SOA 服務(wù)設(shè)計時，需要遵循如下命名規(guī)范

2.3.1. 基礎(chǔ)規(guī)范

盡量采用單詞全稱，名稱過長后才使用縮寫

名稱不包含特殊字符?,./~

名稱如果過長，需要參考常用單詞縮寫表中內(nèi)容進行縮寫

考慮服務(wù)和參數(shù)的復(fù)用性，各類命名中不應(yīng)帶有拓補節(jié)點信息

不同層級的各類名稱不能重復(fù)

命名中不能使用如下系統(tǒng)關(guān)鍵字:

skeleton

proxy

internal

resources

method

event

field

input/output

amsr

ara

com

someip

base

vac

std

serialization

2.3.2. Service Instance 服務(wù)實例

服務(wù)實例及指代定義的服務(wù)實現(xiàn)，后文若單獨寫服務(wù)，則意為服務(wù)實例

服務(wù)名采用首字母大寫，全英文名稱

服務(wù)名不能有下劃線

服務(wù)名后綴需要以?Srv?結(jié)尾

eg. LedControlSrv

2.3.3. Service Interface 服務(wù)接口

SOA 平臺上服務(wù)之間通信接口有 Event、Method 和 Field 三種形式, ServiceInterface 用于定義 Event/Method/Field 消息類型和具體的命名空間，與具體的通信協(xié)議無關(guān)。

服務(wù)接口名采用首字母大寫，全英文名稱

服務(wù)接口名不能有下劃線

服務(wù)接口名需要以?SrvIf?結(jié)尾

eg. LedControlSrvIf

2.3.4. Event

Event 接口表示實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為操作對象，只要能夠清晰的表達數(shù)據(jù)的含義即可，命名規(guī)范遵循基礎(chǔ)規(guī)范，后綴要以?Evt?結(jié)尾。 eg. CurrentVleEvt : 電流值 Event 消息傳遞方式如下圖所示，為服務(wù)端主動向客戶端發(fā)送，并且會觸發(fā)客戶端的 callback 函數(shù)進行數(shù)據(jù)處理。 ?

2.3.5. Method

Mehtod 接口表示某種控制，通訊方式采用 RPC 遠程調(diào)用，通常有動詞行為，比如控制，狀態(tài)查詢，傳輸，注冊，設(shè)置等。其中 Method 又分為 F&F,與 R&R 兩類，F(xiàn)F 為單次調(diào)用，不需要反饋，RR 為 request resoponse，需要反饋。

請求-響應(yīng)（request/response）: R&R

請求-響應(yīng)流（request/stream）

發(fā)后不管（fire-and-forget） : F&F

通道模式（channel）

整體設(shè)計依據(jù)遵循?CURD/REST?這類成熟的互聯(lián)網(wǎng)通用接口概念 CURD

REST



接口名稱需要表達清楚該方法的含義，推薦使用動名詞進行命名，采用駝峰命名規(guī)范，基于如上 CURD/REST 參考，命名要以后綴?Mtd?作為結(jié)束，設(shè)計如下基礎(chǔ)命名范式:

get 獲取狀態(tài)

set 設(shè)置狀態(tài)

report 傳遞信息

judge 判斷事件，返回 boolean

create 創(chuàng)建線程/進程/動態(tài)服務(wù)/文件/事件 等

delete 刪除線程/進程/文件 等

eg. setSoundOnMtd : 鳴響喇叭
judgeVehMovingMtd : 判斷車輛是否移動
getCarCfgMtd : 獲取 car config 值
reportComponentStsMtd : 上報 component 狀態(tài)信息
createXTaskUsrLightShowSrvMtd : 創(chuàng)建用戶自定義的燈光 show 服務(wù)
deleteDebugClass0MsgMtd : 刪除 debug 等級為 0 的所有 msg 調(diào)試文件 Method 消息傳遞方式如下圖所示，為客戶端主動向服務(wù)端請求，可以設(shè)定是否有服務(wù)端的返回值。

2.3.6. Field

Field 表示一種屬性，通常指狀態(tài)值或某種信息，名稱應(yīng)該清楚的表達該屬性的含義。 Field 包含如下三類信息：

getter : 只讀接口，原型為 method，獲取服務(wù)端信息

notifier : 只讀接口，原型為 event，接收服務(wù)端的數(shù)據(jù)

setter : 寫入接口，原型為 method，設(shè)置/修改服務(wù)端相關(guān)信息

eg. VehMoveFld : 車輛移動控制 Field 消息傳遞方式如下圖所示

3. 服務(wù)設(shè)計方法

針對大部分 OEM，需要在現(xiàn)有整車架構(gòu)上進行服務(wù)設(shè)計升級，也就是已有 base 的 LC 需求，和工程級的軟件 swc，需要依據(jù)這兩類已有資產(chǎn)，使用 OOP 面向?qū)ο蟮某橄笈c封裝手段，進行 SOA 服務(wù)化重構(gòu)。 本章節(jié)以車身控制器中?危險報警?軟件模塊為例，說明如何在已有 LC 需求和軟件模塊前提下，使用 gitee，進行 SOA 設(shè)計。

需要注意的是，在設(shè)計服務(wù)接口時，要清楚的知道不同接口的實際特性和性能消耗。Event 為 服務(wù)端主動向客戶端 發(fā)送請求，而 Method 恰好相反，為 客戶端主動向服務(wù)端 進行請求調(diào)用。根據(jù)如上接口描述，整體服務(wù)設(shè)計遵循如下方案要點。

原 2.0 平臺中信號盡量保留，作為 Event 接口類型進行預(yù)留

服務(wù)設(shè)計包括 類抽象-服務(wù)接口設(shè)計-服務(wù)實例設(shè)計-設(shè)計具體的進程/線程 運行此服務(wù)實例

每個抽象好的類，對應(yīng)一個服務(wù)接口 : XX_Class -> XX_SrvIf

類中的屬性對應(yīng) Event 接口類型 XX_Class::value -> XX_SrvIf-valueEvt

類中的方法對應(yīng) Method 接口類型 XX_Class::fuction -> XX_SrvIf-valueMtd

盡量不要設(shè)計 Field 接口

每個服務(wù)接口由一個具體的服務(wù)進行實例化 : XX_SrvIf -> XX_Srv

每個實例化的服務(wù)，都要設(shè)計哪個進程/線程/軟件模塊/ECU 來提供，哪些 App 會訂閱

App 使用/設(shè)定服務(wù)里的數(shù)據(jù)/功能，需要通過 CM 通訊管理進行服務(wù)的訂閱

實例化的服務(wù)之間，數(shù)據(jù)/功能 傳遞，則直接調(diào)用相互暴露的 api，可以不用 CM 參與（即組合服務(wù)和原子服務(wù)的關(guān)系）

App 之間不能直接進行數(shù)據(jù)傳輸，需要調(diào)用專有的服務(wù)進行數(shù)據(jù)傳遞（即服務(wù)代理模塊）

3.1. 需求分析

示例軟件模塊主要實現(xiàn)危險警報功能，在整車條件允許的情況下，如果按下手機 app 上的警報按鈕，則會觸發(fā)車輛進行聲光報警。



需要注意?針對 VFC/PNC 相關(guān)軟件邏輯，雖然在 3.0 架構(gòu)上已經(jīng)不復(fù)存在，但是需要保留功能分區(qū)劃域的思想，也就是針對不同場景需要觸發(fā)不同的軟件組件來執(zhí)行完成，針對不同的 PNC，在 3.0 架構(gòu)上可以作為 VLAN 劃分的設(shè)計參考。 使用 gitee 進行需求編寫，與原 LC 中需求進行追溯

3.2. 類的抽象和封裝

使用 OOP 手段，根據(jù)需求和已有的軟件模塊，進行類的抽象，并將有可能被多次調(diào)用的軟件邏輯進行類方法的封裝，后續(xù)多次執(zhí)行的代碼邏輯，僅在實例化的類中執(zhí)行一次即可。

類抽象，將整車從多個角度抽象成不同的類，每個類都可以映射成一個 service 的實體，不同的軟件模塊調(diào)用相同邏輯時，可以直接訂閱此 service，使用 service 中的 method、event、field。

類方法封裝，將接口進行泛化，封裝成通用類的方法，達到松耦合的效果

類圖：

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時序圖：

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3.3. 服務(wù)設(shè)計

上一章推導出，所設(shè)計的類就是一個需要實現(xiàn)服務(wù)，根據(jù)此原則，在 gitee 中進行服務(wù)設(shè)計。 服務(wù)設(shè)計包含如下步驟和要素：

服務(wù)接口設(shè)計(method/event/field)

接口變量設(shè)計(method 的入?yún)⒊鰠⒓皵?shù)據(jù)類型，event 變量名及數(shù)據(jù)類型)

服務(wù)實例設(shè)計(發(fā)布者，服務(wù) ID 等信息)

3.3.1. 數(shù)據(jù)類型設(shè)計

在?Gitee-數(shù)據(jù)類型?中進行數(shù)據(jù)類型設(shè)計 ?

3.3.2. 服務(wù)接口設(shè)計

在?Gitee-Service 接口?中進行 service 接口設(shè)計 ?

3.3.3. 服務(wù)實例設(shè)計

在?Gitee-Service 實例?中進行服務(wù)實例設(shè)計 ?

3.3.4. 配置文件導出以及代碼框架生成

通過 gitee 能夠?qū)С鏊蟹?wù) list 的 csv 文件，基于此開發(fā)工具進行 arxml 文件和代碼框架的轉(zhuǎn)換生成，最終進行基于 SOA 服務(wù)化的軟件開發(fā)。 代碼框架可以參考筆者之前的回答。

4. 小結(jié)

針對已有歷史軟件資產(chǎn)的廠商，進行 SOA 架構(gòu)升級的方法大致如上，此處借用了 gitee 企業(yè)版輔助進行架構(gòu)設(shè)計，也希望大家意識到，軟件定義汽車，不僅僅是軟件產(chǎn)品，甚至整車研發(fā)的工具鏈和開發(fā)流程也都會慢慢靠向軟件開發(fā)的生態(tài)工具鏈，抱殘守缺，是注定要被時代淘汰的，此處諾基亞和柯達會深有感觸。?




審核編輯：劉清