淺談軟件定義汽車的背景與內(nèi)涵

王娟

摘 ?要：本文研究“軟件定義汽車”產(chǎn)生的背景與條件，闡述SOA的含義，分析SOA與SOME/IP的不同之處，提出了SOA三條技術(shù)路線，域控制器、ZONAL、中央控制器。

關(guān)鍵詞：SOA、EEA、域控制器、ZONAL

1.研究背景

最近汽車界流行術(shù)語“軟件定義汽車”，即指汽車開發(fā)不再以往傳統(tǒng)開發(fā)模式，以客戶需求出發(fā)來設(shè)計(jì)和定義整車功能，依托最新的芯片技術(shù)和車載軟件的應(yīng)用技術(shù)來定義整車功能的，核心芯片的算力決定著車型具備哪些先進(jìn)功能，例如無人駕駛L3.0。其實(shí)這個(gè)概念并不是空穴來風(fēng)，它的必須要具備以下二個(gè)條件：

1.1車載芯片技術(shù)迅速發(fā)展

汽車芯片技術(shù)在最近10年左右實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，以色列mobile Eye公司推出帶圖像捕捉、圖像識別、目標(biāo)跟蹤的智能芯片，使得汽車無人駕駛技術(shù)得到迅猛發(fā)展，無人駕駛L1.0-2.5級已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量裝車、廣泛應(yīng)用。同時(shí)汽車芯片巨頭飛思卡爾推出了IMX.8可以支持8個(gè)屏幕互動(dòng)與信息顯示，NXP公司推出量產(chǎn)級別支持100M數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)芯片，這些為汽車實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)、軟件定義功能提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.2汽車ECU數(shù)量增多，功能復(fù)雜

隨著無人駕駛技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及智慧交通普及，汽車ECU數(shù)量急劇增加，以一個(gè)B級車ECU數(shù)量約在20-30個(gè)之間，現(xiàn)在B級車ECU數(shù)量達(dá)到40個(gè)左右，還有增加趨勢，每個(gè)ECU支持和實(shí)現(xiàn)某些特定功能，也需要實(shí)時(shí)獲取車內(nèi)大量數(shù)據(jù)例如：車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、轉(zhuǎn)矩等，雖然汽車總線技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是由于它采用廣播式數(shù)據(jù)發(fā)送方式，造成網(wǎng)絡(luò)開銷增加，網(wǎng)絡(luò)擁堵不堪。另外車內(nèi)ECU硬件與軟件是密耦合，軟件開發(fā)不是按照顆粒度最小組件進(jìn)行開發(fā)及調(diào)用的，所以造成汽車ECU開發(fā)、測試周期長，ECU硬件與軟件擴(kuò)展性、兼容性差，這已是整車廠新車開發(fā)頑疾，整車廠工程師面對強(qiáng)勢ECU供應(yīng)商經(jīng)常反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案，甚至重新設(shè)計(jì)整車軟件策略與通訊方式。

基于上述兩種情況，許多整車廠的工程師思考如何如何快速、準(zhǔn)確完成整車功能開發(fā)與測試？他們提出自頂層功能定義出發(fā)，又稱SOA或者面向服務(wù)，將復(fù)雜的汽車功能分解成一系列小的軟件組件，定義汽車中間件采用協(xié)議，規(guī)范汽車硬件設(shè)計(jì)與芯片選用，將復(fù)雜汽車功能實(shí)現(xiàn)變成服務(wù)間調(diào)用，硬件與軟件開放分離開了，整車廠側(cè)重于軟件開發(fā)、集成與測試，供應(yīng)商側(cè)重于硬件設(shè)計(jì)、制造。這樣極大縮短整車開發(fā)時(shí)間，在強(qiáng)勢供應(yīng)商獲得話語權(quán)，避免軟件功能重復(fù)開發(fā)、重復(fù)測試，利于整車廠對整車功能規(guī)劃、配置及升級，這是SOA產(chǎn)生的背景。

2.SOA的定義與特點(diǎn)

什么是SOA：一種粗粒度小、松耦合服務(wù)架構(gòu)，服務(wù)之間通過簡單、精確定義接口進(jìn)行通訊，不涉及底層編程接口和通訊模型。

SOA是一種架構(gòu)理念，汽車整車架構(gòu)設(shè)計(jì)我們通常稱為EEA，它是從整車功能出發(fā)，基于車型規(guī)劃（通?？紤]未來5-10年車型），定義出整車功能域或者功能集，再根據(jù)這些功能域從硬件和軟件的角度，將整車功能切割為獨(dú)立的小模塊，不同ECU將這些模塊調(diào)用和組合完成一系列復(fù)雜的功能，模塊開發(fā)一般是整車廠與配套廠聯(lián)合開發(fā)，功能配置和XLM文件發(fā)布和管理由整車廠控制，這樣整車廠在ECU開發(fā)與管控占有主動(dòng)權(quán)，擺脫配套廠控制。

SOA側(cè)重整車功能定義、軟件模塊切割和調(diào)用，它有支持很多不同的協(xié)議，其中SOME/IP協(xié)議是最具有代表性的協(xié)議，所以千萬別把SOA等同于SOME/IP協(xié)議，SOME/IP只是SOA的眾多協(xié)議選擇之一，SOME/IP是專門用于汽車行業(yè)，SOME/IP通過AUTOSAR規(guī)范來具體定義SOME/IP協(xié)議細(xì)節(jié)。

3.SOA技術(shù)路線

目前SOA的技術(shù)路線有以下三種：域控制器、ZONAL控制器和中央控制器三種。

1）域控制

采用域控制器是整車廠主要有沃爾沃、奔馳、寶馬等，它將整車功能屬性劃分為底盤、車身、發(fā)動(dòng)機(jī)、安全、娛樂五個(gè)功能域，每個(gè)功能域有一個(gè)域控制器，這個(gè)域控制器相當(dāng)于一個(gè)MATSTER，可以完成許多復(fù)雜功能，以及控制其他處于同一域內(nèi)的ECU故障診斷、升級、喚醒與休眠等功能。

2）ZONAL控制器

采用ZONAL控制器目前只有特斯拉采用，它將整車功能按照整車區(qū)域分為左右兩個(gè)部分，左邊有一個(gè)集成域控制器，管理左側(cè)部分所有整車功能，例如左側(cè)車窗升降、車門關(guān)閉、空調(diào)溫度控制等，右邊反之亦然。

3）中央控制器

采用中央控制器是德國大眾和奧迪MEQ平臺，它其實(shí)是ZONAL升級版，大眾稱為ICAS架構(gòu)（車內(nèi)應(yīng)用服務(wù)器），它自帶千兆以太骨干網(wǎng)、TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)AUTOSAR平臺、高性能HPC計(jì)算、TSN交換域控制器、虛擬以太交換、IP/VLAN等。與上述兩種架構(gòu)相比支持更多數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換，支持自動(dòng)駕駛多核CPU運(yùn)算和數(shù)據(jù)服務(wù)，具備強(qiáng)大本地云計(jì)算和處理的能力。

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教改項(xiàng)目：融合智慧網(wǎng)絡(luò)教學(xué)特點(diǎn)的專業(yè)英語混合式教學(xué)改革研究與實(shí)踐，項(xiàng)目編號：203686