自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的SOA軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

隨著汽車(chē)電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，高級(jí)別的智能駕駛技術(shù)對(duì)軟件架構(gòu)的靈活性和可復(fù)用性有了更高的要求。面向服務(wù)的體系架構(gòu)（Service-Oriented Architecture， SOA）因具有基于標(biāo)準(zhǔn)、松耦合性、互操作性等優(yōu)勢(shì)，更加貼近智能網(wǎng)聯(lián)化時(shí)代車(chē)載系統(tǒng)對(duì)軟件架構(gòu)的要求，從而被汽車(chē)行業(yè)廣泛采用。

一、面向服務(wù)的設(shè)計(jì)原則與戰(zhàn)略目標(biāo)

01

面向服務(wù)的設(shè)計(jì)原則與約束

標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)契約原則

服務(wù)松耦合原則

服務(wù)抽象原則

服務(wù)可重用性原則

服務(wù)自治性原則

服務(wù)無(wú)狀態(tài)原則

服務(wù)可發(fā)現(xiàn)原則

服務(wù)可組合性原則

02

面向服務(wù)的戰(zhàn)略目標(biāo)

提升本征互操作性

增強(qiáng)聯(lián)合

增加供應(yīng)商多元化選擇

同步提升業(yè)務(wù)和技術(shù)對(duì)齊

提高投資回報(bào)率

提高組織的業(yè)務(wù)敏捷性

降低研發(fā)成本

圖 １通過(guò)應(yīng)用面向服務(wù)的原則實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)技術(shù)的戰(zhàn)略目標(biāo)

二、SOA軟件架構(gòu)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用

因汽車(chē)智能網(wǎng)聯(lián)化的需求，尤其是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用的需要，SOA受到汽車(chē)行業(yè)的廣泛關(guān)注，車(chē)載SOA軟件架構(gòu)開(kāi)始在汽車(chē)行業(yè)興起。2010年，以寶馬、大眾為首的歐、美、日汽車(chē)產(chǎn)業(yè)巨頭便開(kāi)始車(chē)載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)的研究工作，形成一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐成果，并對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)電子系統(tǒng)進(jìn)行革命性創(chuàng)新。 車(chē)載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)落地的支持工具和技術(shù)基礎(chǔ)是中間件平臺(tái)，Adaptive AutoSAR平臺(tái)則是采用SOA方法論，進(jìn)行自適應(yīng)軟件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，是一套包括服務(wù)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、部署在內(nèi)的復(fù)雜工作流程。 換言之，Adaptive AutoSAR平臺(tái)即為一個(gè)面向服務(wù)的車(chē)載軟件架構(gòu)。接下來(lái)，本節(jié)將對(duì)基于Adaptive AutoSAR平臺(tái)的功能軟件開(kāi)發(fā)流程的核心步驟——“服務(wù)設(shè)計(jì)”進(jìn)行介紹。

01

服務(wù)接口設(shè)計(jì)

面向服務(wù)架構(gòu)的核心是服務(wù)，服務(wù)是通過(guò)定義的接口提供有用的功能，因此首先需要進(jìn)行服務(wù)接口的設(shè)計(jì)。服務(wù)接口的設(shè)計(jì)包含以下幾個(gè)方面：

服務(wù)ID——服務(wù)ID需全局唯一。

消息數(shù)據(jù)類(lèi)型 —— 定義服務(wù)間交互的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

服務(wù)通信方式 ——Adaptive AutoSAR支持服務(wù)間使用 Event、Method、Field三種通信方式。

服務(wù)通信協(xié)議 —— 車(chē)載領(lǐng)域一般采用的通信協(xié)議有SOME/IP、DDS兩種。

02

軟件組件（SWC）設(shè)計(jì)

Adaptive AutoSAR應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)主要從軟件組件設(shè)計(jì)開(kāi)始，軟件組件是定義一個(gè)應(yīng)用模型，然后為模型賦予可執(zhí)行性，最后為進(jìn)程關(guān)聯(lián)可執(zhí)行文件，部署在指定的設(shè)備上。軟件組件是通過(guò)應(yīng)用收發(fā)端口（Required Port/Provided Port）來(lái)定義，每個(gè)應(yīng)用端口實(shí)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)接口。軟件組件的設(shè)計(jì)包括以下兩個(gè)方面：

Application SW

定義收發(fā)端口（Port），對(duì)應(yīng)引用服務(wù)接口所定義的服務(wù)。

Executable

定義可執(zhí)行文件的基本屬性，引用Application SW配置。

03

“機(jī)器”（Machine）設(shè)計(jì)

Adaptive AutoSAR平臺(tái)引入了“機(jī)器”的概念，“機(jī)器”是一個(gè)可部署軟件的實(shí)體。它可以是真實(shí)存在的處理器，也可以是一個(gè)虛擬機(jī)，Adaptive AutoSAR平臺(tái)軟件則運(yùn)行在某一特定的“機(jī)器”上。Machine的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：

通信結(jié)構(gòu)——定義Machine上所有的網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)地址與端口號(hào)。

物理資源用量——CPU利用率、內(nèi)存利用率等。

04

服務(wù)實(shí)例設(shè)計(jì)

已設(shè)計(jì)好服務(wù)接口，則可設(shè)計(jì)服務(wù)接口的實(shí)例，服務(wù)實(shí)例的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：

服務(wù)提供者—— 具有提供服務(wù)功能的特定角色的服務(wù)實(shí)例，依據(jù)定義的服務(wù)接口提供服務(wù)，以不同的InstanceID區(qū)分實(shí)例。

服務(wù)消費(fèi)者——具有使用服務(wù)功能的特定角色的服務(wù)實(shí)例，需確保從服務(wù)提供者獲取定義的服務(wù)接口，以不同的InstanceID區(qū)分實(shí)例。?

服務(wù)實(shí)例的映射——設(shè)計(jì)服務(wù)實(shí)例到Machine的映射以及服務(wù)實(shí)例到端口（Port）的映射。

05

進(jìn)程（Process）設(shè)計(jì)

進(jìn)程（Process）表示可執(zhí)行程序在機(jī)器上加載運(yùn)行的實(shí)例，Process的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：

進(jìn)程基本參數(shù)——定義對(duì)應(yīng)的可執(zhí)行程序，并指定運(yùn)行的Machine。

啟動(dòng)管理——定義進(jìn)程啟動(dòng)方式、啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)以及啟動(dòng)依賴(lài)。

目前，已有軟件供應(yīng)商提供了Adaptive AutoSAR中間件的開(kāi)發(fā)工具（如Vector-MICROSAR，華為-MDC），可對(duì)服務(wù)設(shè)計(jì)項(xiàng)進(jìn)行配置，并可輸出arxml格式文件導(dǎo)入工具鏈生成代碼。Arxml文件格式如下圖（以服務(wù)接口為例）：

圖 2?服務(wù)接口配置文件示例

三、SOA軟件架構(gòu)的不足

雖然目前SOA發(fā)展得如火如荼，但其應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域還存在許多待改進(jìn)的地方，主要體現(xiàn)在性能、安全性以及服務(wù)的顆粒度標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)方面。

01

性能低

性能是SOA架構(gòu)最遭人們?cè)嵅〉牡胤?，SOA架構(gòu)的性能低主要是由于SOA的分布性質(zhì)以及服務(wù)協(xié)議的開(kāi)銷(xiāo)。因?yàn)槭艿骄W(wǎng)絡(luò)的制約，分布式系統(tǒng)的性能都會(huì)稍低于獨(dú)立式系統(tǒng)。

02

安全性不強(qiáng)

安全問(wèn)題在任何行業(yè)一直都受到足夠的重視，由于SOA架構(gòu)的松耦合性，當(dāng)服務(wù)端對(duì)客戶(hù)端提供服務(wù)時(shí)，其很難保證數(shù)據(jù)不被竊取和篡改，因而SOA架構(gòu)的安全性也難免讓人們擔(dān)憂(yōu)。

03

?服務(wù)的顆粒度標(biāo)準(zhǔn)難定

所謂的服務(wù)顆粒度問(wèn)題其實(shí)就是服務(wù)的“大小”問(wèn)題。目前，服務(wù)的“大小”都是根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定，因此要真正實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化組件，還有很長(zhǎng)的路要走。

四、SOA在汽車(chē)領(lǐng)域的前景與展望

軟件架構(gòu)技術(shù)為行業(yè)共性技術(shù)，屬于研發(fā)共性技術(shù)，一直以來(lái)國(guó)內(nèi)缺乏行業(yè)協(xié)同機(jī)制和共性平臺(tái)的研究，從而使軟件架構(gòu)技術(shù)發(fā)展緩慢。如今，國(guó)內(nèi)的汽車(chē)行業(yè)企業(yè)，如一汽、東風(fēng)、上汽、華為、東軟等主要OEM或供應(yīng)商，也意識(shí)到SOA軟件架構(gòu)的重要性，也開(kāi)始對(duì)車(chē)載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究，努力尋找自主解決方案。 未來(lái)，國(guó)家智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)創(chuàng)新中心將聯(lián)合更廣泛的創(chuàng)新力量，針對(duì)共性基礎(chǔ)技術(shù)攻關(guān)，著力構(gòu)建汽車(chē)開(kāi)發(fā)者生態(tài)，保障車(chē)載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)規(guī)范的開(kāi)發(fā)。

編輯：黃飛