基于微服務(wù)和IP地址的先進(jìn)汽車(chē)電子架構(gòu)

摘?要：現(xiàn)代汽車(chē)上有很多功能，都是由電子控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如車(chē)身系統(tǒng)控制器、動(dòng)力系統(tǒng)控制器和影音系統(tǒng)控制器，這些系統(tǒng)看似獨(dú)立，但是相互依存。汽車(chē)電子架構(gòu)好比人的大腦和中樞神經(jīng)，將車(chē)內(nèi)所有的電子控制器連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)內(nèi)/外信息的傳遞。可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為，電子架構(gòu)越先進(jìn)，車(chē)輛性能越優(yōu)越。隨著汽車(chē)智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的趨勢(shì)，用戶對(duì)車(chē)輛功能的預(yù)期也發(fā)生了改變，車(chē)輛在實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能的同時(shí)，也更趨向提高用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)快速功能更新，提供個(gè)性化服務(wù)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)電子架構(gòu);微服務(wù);智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)

Abstract：There?are?many?functions?on?modern?cars?that?are?implemented?by?electronic?controllers，such?as?body?system?controllers，power?system?controllers，and?audiovisual?system?controllers.These?systems?seem?to?be?independent?but?interdependent.The?automotive?electronic?architecture?is?like?the?human?brain?and?central?nervous?system.It?connects?all?the?electronic?controllers?in?the?car?to?realize?the?transmission?of?information?inside/outside?the?car.It?can?be?simply?considered?that?the?more?advanced?the?electronic?architecture，the?better?the?vehicle?performance.With?the?trend?of?car?intelligence，networking，and?sharing，users'?expectations?for?vehicle?functions?have?also?changed.While?vehicles?realize?basic?functions，they?also?tend?to?improve?user?experience，achieve?rapid?function?updates，and?provide?personalized?services.

Keywords：automotive?electronics?architecture;?microservices;?intelligent?networked?cars

1?緒論

大眾率先采用面向服務(wù)的架構(gòu)MEB架構(gòu)，用于構(gòu)造服務(wù)的架構(gòu)模式，是一種架構(gòu)思想，主要來(lái)源于軟件技術(shù)，獨(dú)立域操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言和軟件。從MEB架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)來(lái)看，SOA（ServiceOriented?Architecture）架構(gòu)思想主要是通過(guò)不同服務(wù)的相互作用實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的功能，每個(gè)服務(wù)都是一個(gè)獨(dú)立可執(zhí)行的軟件組件，被準(zhǔn)確描述的功能范圍，通過(guò)準(zhǔn)確定義的服務(wù)接口將功能性作為服務(wù)提供給其他軟件組件，服務(wù)以組合的形式來(lái)調(diào)動(dòng)其他基礎(chǔ)服務(wù)，然后將功能組合起來(lái)。

如今的汽車(chē)行業(yè)正處于變革時(shí)期，隨著智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛的保有量大幅提升，汽車(chē)已經(jīng)脫離了原有傳統(tǒng)定義，它會(huì)逐漸替代手機(jī)，成為人們?nèi)粘５男畔⒔换ソK端。

2?先進(jìn)汽車(chē)電子架構(gòu)

2.1?汽車(chē)微服務(wù)概念

其實(shí)，當(dāng)前汽車(chē)行業(yè)比較火的SOA架構(gòu)是來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的軟件架構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了從單體結(jié)構(gòu)、垂直架構(gòu)、SOA架構(gòu)到微服務(wù)架構(gòu)的過(guò)程。

微服務(wù)有很多的優(yōu)點(diǎn)：服務(wù)拆分粒度更細(xì)，有利于資源重復(fù)利用，提高開(kāi)發(fā)效率;可以更加精準(zhǔn)的制定每個(gè)服務(wù)的優(yōu)化方案，提高系統(tǒng)可維護(hù)性;微服務(wù)架構(gòu)采用去中心化思想，服務(wù)之間采用RESTful等輕量協(xié)議通信;產(chǎn)品迭代周期更短。

相應(yīng)地也有其缺點(diǎn)：微服務(wù)過(guò)多，服務(wù)治理成本高，不利于系統(tǒng)維護(hù);分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)成本高（容錯(cuò)、分布式事務(wù)等），對(duì)團(tuán)隊(duì)挑戰(zhàn)大。

2.2?汽車(chē)電子微服務(wù)架構(gòu)

傳統(tǒng)汽車(chē)內(nèi)電子控制器所實(shí)現(xiàn)的功能，都可以拆分為一個(gè)個(gè)的原子服務(wù)，將軟件合理地劃分為單獨(dú)的軟件組件，最小化組件之間的功能依賴性，提高軟件的可擴(kuò)展性和可再次使用性。通過(guò)不同服務(wù)的相互作用實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用功能，每個(gè)服務(wù)都是一個(gè)獨(dú)立可執(zhí)行的軟件組件，具有準(zhǔn)確描述的功能范圍，通過(guò)準(zhǔn)確定義的服務(wù)接口將功能性作為服務(wù)，提供給其他軟件組件。

可以認(rèn)為，汽車(chē)的每一個(gè)狀態(tài)信息和功能控制都可以用微服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如車(chē)速信息、轉(zhuǎn)速信息、開(kāi)鎖控制、門(mén)窗下降控制等。一輛車(chē)內(nèi)可以有上千個(gè)獨(dú)立的微服務(wù)，而傳統(tǒng)的汽車(chē)功能不再固化，可以在電子控制器功能應(yīng)用層或后臺(tái)服務(wù)器層面，對(duì)多個(gè)微服務(wù)進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)更具想象力和靈活性的車(chē)輛功能。

而OTA（Over?the?Air）技術(shù)在汽車(chē)上的快速發(fā)展，為微服務(wù)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供了途徑。它使汽車(chē)功能具備了可進(jìn)化性，汽車(chē)開(kāi)發(fā)人員可以依據(jù)用戶喜好和習(xí)慣，更改微服務(wù)的組合方式優(yōu)化車(chē)輛功能，優(yōu)化后的應(yīng)用功能可以通過(guò)OTA，實(shí)時(shí)更新至車(chē)輛。

2.3?微服務(wù)加IP地址的架構(gòu)

上文提到的汽車(chē)電子微服務(wù)架構(gòu)，其功能實(shí)現(xiàn)還是局限在一個(gè)電子控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn)。如果參照互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，為車(chē)內(nèi)的每一個(gè)電子控制器分配一個(gè)IP地址，那么汽車(chē)內(nèi)的所有電子控制器就可以組成一個(gè)局域網(wǎng)，這就意味著車(chē)內(nèi)所有的微服務(wù)都可以被任意應(yīng)用所調(diào)用。

同時(shí)，利用汽車(chē)網(wǎng)關(guān)控制器作為與外部網(wǎng)絡(luò)連接的交互中心，賦予其公網(wǎng)IP，允許通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)車(chē)內(nèi)功能，且車(chē)內(nèi)的局域網(wǎng)信息由其統(tǒng)一管理。這種先進(jìn)的汽車(chē)電子架構(gòu)使汽車(chē)不再是單獨(dú)的個(gè)體，我們可以通過(guò)后臺(tái)服務(wù)器，手機(jī)，其他汽車(chē)等途徑，獲取和控制指定汽車(chē)的信息和功能。

2.4?先進(jìn)汽車(chē)電子架構(gòu)

當(dāng)前汽車(chē)電子架構(gòu)中，由于車(chē)輛功能越來(lái)越復(fù)雜，無(wú)論是無(wú)人駕駛，動(dòng)力/底盤(pán)管理還是舒適娛樂(lè)功能的實(shí)現(xiàn)，一般都需要多個(gè)電子控制器的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。若某一個(gè)功能產(chǎn)生變更和升級(jí)，可能涉及多個(gè)電子控制器，這就造成高昂的變更成本。同時(shí)，因?yàn)椴煌碾娮涌刂破骺赡苡刹煌墓?yīng)商提供，供應(yīng)商的關(guān)注點(diǎn)會(huì)局限于自己的領(lǐng)域，而不是整車(chē)級(jí)別的性能。這就導(dǎo)致主機(jī)廠對(duì)電子控制器供應(yīng)商的掌控變得異常艱難，難以讓供應(yīng)商在某些問(wèn)題上做出讓步。

所以，先進(jìn)汽車(chē)電子架構(gòu)的目標(biāo)是中央化，將車(chē)輛內(nèi)的所有計(jì)算和復(fù)雜邏輯功能，都放在中央電子控制器中來(lái)實(shí)現(xiàn)。其余電子控制器按照就近原則部署，僅保留信號(hào)采集和負(fù)載驅(qū)動(dòng)的相關(guān)功能，通過(guò)車(chē)載以太網(wǎng)和中央電子控制器進(jìn)行通信。同時(shí)保留網(wǎng)關(guān)電子控制器，依舊作為車(chē)輛內(nèi)部和外部通信網(wǎng)絡(luò)的交互平臺(tái)，完成總線數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)和網(wǎng)絡(luò)安全功能，其作為車(chē)輛唯一的外部網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)接口，必須要有全面的信息安全功能。

由其他電子控制器提供車(chē)輛所需的各種微服務(wù)，供中央電子控制器獲取信號(hào)和控制負(fù)載，其他電子控制器也可以相互調(diào)用對(duì)方的微服務(wù)，且其內(nèi)可以有簡(jiǎn)單的邏輯，我們稱之為基礎(chǔ)服務(wù)，基礎(chǔ)服務(wù)由多個(gè)原子服務(wù)組合而來(lái)，原子服務(wù)就是之前所說(shuō)的最小微服務(wù)，比如各種傳感器信息等。中央電子控制器通過(guò)各種基礎(chǔ)服務(wù)和原子服務(wù)獲取車(chē)輛信息和總線數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜邏輯與算法處理后，再通過(guò)基礎(chǔ)服務(wù)和原子服務(wù)去控制車(chē)輛執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或驅(qū)動(dòng)相應(yīng)負(fù)載，這樣就完成了一個(gè)車(chē)輛功能的實(shí)現(xiàn)。

這種架構(gòu)可以更方便的幫助主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車(chē)，加強(qiáng)主機(jī)廠對(duì)車(chē)輛性能相關(guān)功能的掌控，同時(shí)為將來(lái)軟件和硬件成本的下降提供了操作空間。主機(jī)廠也在轉(zhuǎn)型，它更愿意被人稱之為科技公司，而不是現(xiàn)在的生產(chǎn)制造公司，依據(jù)這種先進(jìn)的汽車(chē)電子架構(gòu)，主機(jī)廠只需要擁有中央電子控制器的軟件開(kāi)發(fā)能力，就可以掌控汽車(chē)的核心功能，極大地降低了工作量。

2.5?落地難點(diǎn)

雖然，上面提到的先進(jìn)汽車(chē)電子架構(gòu)有很多的優(yōu)點(diǎn)，很多主機(jī)廠也都在嘗試，但是在落地過(guò)程中依然有很多的問(wèn)題需要解決。首先汽車(chē)行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)有很大的區(qū)別，在汽車(chē)行業(yè)內(nèi)對(duì)功能安全和系統(tǒng)硬實(shí)時(shí)性有著很高要求，這就意味著很多的車(chē)輛算法和邏輯不能完全放在中央電子控制器中。其次，車(chē)輛內(nèi)部的中央電子控制器單元算力和資源有限，服務(wù)實(shí)現(xiàn)時(shí)無(wú)法將互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的云服務(wù)等概念照搬。最后，服務(wù)的拆分和定義較難，需要考慮不同的應(yīng)用場(chǎng)景和服務(wù)的復(fù)用性，微服務(wù)如果設(shè)計(jì)的過(guò)多，就會(huì)產(chǎn)生“服務(wù)接口風(fēng)暴”，為功能落地增加了難度。

3?結(jié)語(yǔ)

基于微服務(wù)和IP地址的先進(jìn)汽車(chē)電子架構(gòu)，將汽車(chē)融入萬(wàn)物互聯(lián)的熱潮之中。它的靈活性和擴(kuò)展性使的汽車(chē)變的更加智能化，未來(lái)的汽車(chē)可以像手機(jī)和電腦一樣，依據(jù)用戶的喜好進(jìn)行功能定制，千人千面。同時(shí)，基于微服務(wù)的開(kāi)發(fā)方式，可以大幅提高汽車(chē)軟件的可復(fù)用性，降低新車(chē)型的研發(fā)和測(cè)試周期?；蛟S有一天，汽車(chē)可以像手機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)一樣，由昂貴變得越來(lái)越廉價(jià)，每個(gè)人都可以擁有屬于自己的定制功能汽車(chē)。

當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程中涉及的問(wèn)題會(huì)非常多，如在傳統(tǒng)汽車(chē)電子架構(gòu)開(kāi)發(fā)中從來(lái)不曾涉及的新需求，而這些新的需求從制定到最終形成有效交付物和工作流的過(guò)程，不是一蹴而就的。應(yīng)該是結(jié)合開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)際情況經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累總結(jié)的，并基于一定的試錯(cuò)成本，在具體的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中最終被參與項(xiàng)目的工程師團(tuán)隊(duì)廣泛認(rèn)可的產(chǎn)物。

經(jīng)歷三十余年發(fā)展，中國(guó)現(xiàn)已成為全球最大的汽車(chē)生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。當(dāng)前，汽車(chē)行業(yè)正處于百年未有之大變局，“電動(dòng)化”“網(wǎng)聯(lián)化”“智能化”和“共享化”這“新四化”開(kāi)始成為公認(rèn)的未來(lái)趨勢(shì)，必將帶來(lái)前所未有的革命性變化，而先進(jìn)的汽車(chē)電子架構(gòu)，正是這場(chǎng)變革的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]華一丁，龔進(jìn)峰，戎輝，唐風(fēng)敏，王文揚(yáng)，何佳.基于模型的智能汽車(chē)電子電氣架構(gòu)發(fā)展綜述[J].汽車(chē)零部件，2019（02）.

[2]高煥吉.汽車(chē)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].汽車(chē)電器，2011（06）.

[3]杜莎.汽車(chē)變革趨勢(shì)下電子電氣架構(gòu)如何演進(jìn)？[J].汽車(chē)與配件.

[4]華一丁，龔進(jìn)峰，戎輝，唐風(fēng)敏，王文揚(yáng)，趙洪林.國(guó)外智能汽車(chē)電子電氣架構(gòu)綜述及分析[J].汽車(chē)電器，2018（12）.

作者簡(jiǎn)介：羅盛（1988—?），男，漢族，河北石家莊人，本科，主管工程師，研究方向：智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)、新能源汽車(chē)功能需求及軟件架構(gòu)，汽車(chē)控制器相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)。