車(chē)載以太網(wǎng)SOA架構(gòu)下ECU間的互通性研究

作者簡(jiǎn)介：糜斌（1971— ），男，江蘇揚(yáng)州人，工程師，學(xué)士；研究方向：車(chē)載以太網(wǎng)。

摘要：文章從車(chē)載以太網(wǎng)SOA架構(gòu)下AUTOSAR與GENIVI的關(guān)系出發(fā)，闡述了采用不同類(lèi)型SOME/IP協(xié)議棧的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)互通的需求。通過(guò)對(duì)實(shí)際項(xiàng)目中互聯(lián)問(wèn)題的深入分析，揭示了問(wèn)題來(lái)源，給出相應(yīng)場(chǎng)景下的解決方法。最后，文章提出了工具化檢查方法，以利于采用不同協(xié)議棧設(shè)備之間的互聯(lián)互通。

關(guān)鍵詞：車(chē)載以太網(wǎng)；SOA架構(gòu)；SOME/IP協(xié)議

中圖分類(lèi)號(hào)：中圖分類(lèi)號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼

0 引言

車(chē)載以太網(wǎng)適合用于橋接車(chē)內(nèi)多個(gè)域的骨干網(wǎng)絡(luò)［1］。服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）有助于構(gòu)建靈活可變的平臺(tái)系統(tǒng)。SOA架構(gòu)下車(chē)內(nèi)ECU之間的互聯(lián)互通，可能會(huì)面臨不同的框架、不同的信息交互需求表述格式、不同的SOME/IP協(xié)議棧等方面的問(wèn)題，需要對(duì)其進(jìn)行研究。

1 項(xiàng)目背景與互聯(lián)需求

2020—2021年，筆者參與開(kāi)發(fā)某車(chē)載以太網(wǎng)項(xiàng)目，車(chē)載以太網(wǎng)拓?fù)?，如圖1所示。IVI通過(guò)Switch與IVC，Meter，DVR，HUD相連。

IVI與其他ECU間通過(guò)SOME/IP交互信息。由于設(shè)備架構(gòu)不同，所以存在互操作性問(wèn)題。在AUTOSAR與GENIVI框架下，采用不同接口定義語(yǔ)言的設(shè)備綁定各自的SOME/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)信息交互的示意圖，如圖2所示。

項(xiàng)目組遵循TC8 V3.0 ［4］標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)IVI采用的協(xié)議棧能否通過(guò)SOME/IP_ETS測(cè)試進(jìn)行了評(píng)估。測(cè)試結(jié)果表明vsomeip3是可用的。

2 互聯(lián)問(wèn)題分析歸類(lèi)

在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段，ECU間不能正常交互的問(wèn)題較多。通過(guò)分析，這些問(wèn)題歸類(lèi)如下：

2.1 測(cè)試規(guī)范的版本問(wèn)題

有部分設(shè)備的ETS測(cè)試采用的是TC8V2.0版本。與V3.0相比，V2.0在一些細(xì)節(jié)方面定義不清晰，不能保證協(xié)議棧細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)上的一致性。

2.2 協(xié)議棧配置問(wèn)題

vsomeip3增加了對(duì)E2E［5］的支持，但需要在json配置文件中對(duì)E2E進(jìn)行配置，且要求client端和server端的E2E配置一致。有部分設(shè)備采用的是XML格式的配置文件，其中E2E配置的profile參數(shù)項(xiàng)不一致導(dǎo)致協(xié)議棧不能正常解析E2E Header，造成互聯(lián)問(wèn)題。

2.3 協(xié)議棧完成度問(wèn)題

SOME/IP并不是“1個(gè)”協(xié)議，SOME/IP包含多個(gè)部分：SOME/IP基本協(xié)議［6］、SOME/IP-SD服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議［7］、SOME/IP-TP傳輸協(xié)議［8］等。無(wú)論是TC8V2.0還是V3.0，其對(duì)SOME/IP協(xié)議棧的測(cè)試用例針對(duì)的是基本協(xié)議和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，后來(lái)被AUTOSAR納入標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議并不在其范圍之內(nèi)。SOME/IP-TP支持在協(xié)議棧層面對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行UDP方式傳輸。vsomeip3目前尚未支持SOME/IP-TP，造成互聯(lián)問(wèn)題。

2.4 中間文件的兼容問(wèn)題

中間文件作為不同廠家之間表達(dá)接口需求的數(shù)據(jù)文件，最好采用同一種標(biāo)準(zhǔn)。但如前述，AUTOSAR采用的是ARXML；GENIVI則是采用FIDL/FDEPL。轉(zhuǎn)換面臨兼容性問(wèn)題，F(xiàn)IDL的表達(dá)與SOME/ IP的序列化需求存在差距，在面對(duì)定長(zhǎng)字符串、定長(zhǎng)數(shù)組、枚舉基類(lèi)型以及可選字段的結(jié)構(gòu)時(shí)，F(xiàn)IDL/FDEPL與ARXML之間的轉(zhuǎn)換存在困難，這給不同陣營(yíng)的設(shè)備互聯(lián)帶來(lái)了問(wèn)題。

2.5 原始需求的表達(dá)與解讀問(wèn)題

FIDL/FDEPL與ARXML還不能一一對(duì)應(yīng)，有些地方須參照原始需求來(lái)確定序列化。車(chē)廠對(duì)信息交互的原始需求一般以xlsx文件形式給出。但各家模板不一致導(dǎo)致歧義，造成互聯(lián)問(wèn)題。

3 互聯(lián)問(wèn)題的解決

解決方案采用了從上到下、從需求→實(shí)現(xiàn)→測(cè)試的次序。

3.1 針對(duì)原始需求表達(dá)

SOME/IP相關(guān)的原始需求是在車(chē)廠提供的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)范中給出的。但信息表述比較分散，格式不夠規(guī)范，通常各ECU開(kāi)發(fā)方采用各自的xlsx文件模板整理規(guī)格化的SOME/IP需求表格，以便工具的后續(xù)處理。但需求表格會(huì)因?yàn)槔斫馍系脑蚧虬姹靖略蚨灰恢隆?/p>

筆者推薦的解決辦法是xlsx文件由服務(wù)提供方按統(tǒng)一的模板填寫(xiě)，并提供給使用方。這樣做有效避免了歧義的產(chǎn)生。

3.2 針對(duì)中間文件

在GENIVI與AUTOSAR框架下，從用戶(hù)需求→接口定義的中間文件→接口代碼和配置文件的順序（見(jiàn)圖3）。在各自框架下，中間文件都起到了承上啟下的作用。但不同框架下的中間文件轉(zhuǎn)換存在兼容性問(wèn)題，對(duì)此，可以采用以下兩種方法。

（1）規(guī)避：在xlsx文件中定義業(yè)務(wù)相關(guān)的接口時(shí)，參數(shù)的定義盡量避免引入兼容性問(wèn)題，如：給字符串/數(shù)組加入長(zhǎng)度定義。

（2）后處理：在服務(wù)接口代碼生成后再處理，如：根據(jù)FIDL/FDEPL生成的接口代碼中枚舉基類(lèi)型與基于ARXML生成的代碼中類(lèi)型不一致時(shí)，對(duì)生成的代碼進(jìn)行手動(dòng)修改/工具軟件掃描修改。

FIDL/FDEPL規(guī)范定義也在不斷完善中，最新資料表明，F(xiàn)DEPL文件中可以設(shè)置EnumBackingType來(lái)改變枚舉的默認(rèn)數(shù)據(jù)類(lèi)型，這樣枚舉基類(lèi)型的問(wèn)題就不復(fù)存在了。

3.3 針對(duì)協(xié)議棧完成度

vsomeip3不支持SOME/IP-TP，但項(xiàng)目最初需求中存在超長(zhǎng)的UDP數(shù)據(jù)報(bào)文。針對(duì)不同情況，可以采用以下3種對(duì)策。

（1）規(guī)避：在定義業(yè)務(wù)相關(guān)的接口時(shí)，對(duì)采用UDP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包長(zhǎng)度進(jìn)行檢查，確保數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度不超過(guò)1 400字節(jié)。

（2）調(diào)整傳輸方式：部分消息的傳輸方式改成TCP。

（3）引入其他協(xié)議處理：基本信息采用SOME/IP傳輸，而擴(kuò)展信息采用TFTP傳輸。

3.4 針對(duì)協(xié)議棧配置

協(xié)議棧的配置與協(xié)議棧的具體實(shí)現(xiàn)關(guān)系很大。如問(wèn)題中提到的E2E配置項(xiàng)，在本地配置是完整的，但與對(duì)端配置不一致，造成雙方不能正常交互信息，將E2E的profile配置項(xiàng)更正一致后，這個(gè)問(wèn)題就解決了。

配置不正確或者不一致會(huì)導(dǎo)致很多莫名其妙的問(wèn)題，需要認(rèn)真檢查。

3.5 針對(duì)測(cè)試驗(yàn)證

統(tǒng)一按TC8V3.0進(jìn)行SOME/IP_ETS測(cè)試，以保證一致性。

在測(cè)試過(guò)程中，有時(shí)需要分析是協(xié)議棧在實(shí)現(xiàn)方面的問(wèn)題還是測(cè)試程序的問(wèn)題。在進(jìn)行SOMEIP_ETS_034：echoUINT8E2E測(cè)試時(shí)，就出現(xiàn)了E2E Header數(shù)據(jù)順序錯(cuò)誤的情況。好在TC8V3.0比V2.0中多了對(duì)echoUINT8E2E_req的參數(shù)順序的明確規(guī)定，采用抓取測(cè)試程序發(fā)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行比對(duì)的方法明確了是測(cè)試程序的問(wèn)題，更正測(cè)試程序后問(wèn)題解決。

4 檢查工具的開(kāi)發(fā)

在對(duì)SOA架構(gòu)下采用不同SOME/IP協(xié)議棧的設(shè)備互聯(lián)問(wèn)題的分析與解決過(guò)程中，筆者萌生了開(kāi)發(fā)檢查工具的想法。檢查工具可以將項(xiàng)目中積累的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)保留下來(lái)，在以后的項(xiàng)目中發(fā)揮作用，提高開(kāi)發(fā)效率。

當(dāng)前，檢查工具包括如下模塊：（1）xlsx需求文件檢查模塊。對(duì)格式規(guī)范的檢查和信息完整性檢查。（2）ARXML文件檢查模塊。檢查是否存在FIDL/FDEPL文件不支持的定義。（3）FIDL/FDEPL文件檢查模塊。檢查FIDL和FDEPL文件之間的一致性。（4）協(xié)議棧管理模塊。管理各協(xié)議棧的基本信息及協(xié)議棧對(duì)規(guī)范的完成情況。（5）json配置文件檢查模塊。檢查格式正確性和配置項(xiàng)完整性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)車(chē)載以太網(wǎng)實(shí)際項(xiàng)目中ECU間互聯(lián)問(wèn)題的分析，給出了解決方案。檢查工具的開(kāi)發(fā)則進(jìn)一步提高了解決互聯(lián)問(wèn)題的能力和效率。車(chē)載以太網(wǎng)在不斷發(fā)展，SOA架構(gòu)下ECU間的互通性研究不會(huì)止步。

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（編輯 姚 鑫）

Abstract： Starting from the relationship between AUTOSAR and GENIVI under the on-board Ethernet SOA architecture， this article elaborates on the requirements for interoperability between devices using different types of SOME/IP protocol stacks. Through in-depth analysis of interconnection issues in actual projects， the sources of the problems were revealed and corresponding solutions were provided in the corresponding scenarios. Finally， the article proposes a tool based inspection method to facilitate interconnectivity between devices using different protocol stacks.

Key words： vehicle Ethernet; SOA architecture; SOME / IP protocol