商用車域控架構(gòu)下SOA實現(xiàn)方案淺析

【摘 "要】隨著商用車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的發(fā)展，電子電氣架構(gòu)的設(shè)計變得愈發(fā)重要，傳統(tǒng)的E/E架構(gòu)從軟件迭代能力、架構(gòu)復(fù)雜度、算力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬉褵o法滿足商用車的發(fā)展。本文基于域控架構(gòu)和SOA架構(gòu)，結(jié)合商用車自動駕駛的應(yīng)用場景，提出商用車域控架構(gòu)下SOA的實現(xiàn)方案，從而精簡車輛控制器的布局，減輕車輛的電器零部件總質(zhì)量，擴(kuò)充整車數(shù)據(jù)交互容量，降低各個模塊間的耦合度，并且使得功能的擴(kuò)展更容易。

【關(guān)鍵詞】商用車；域控架構(gòu)；SOA架構(gòu)

中圖分類號：463.6 " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：1003-8639（2023）

Initial Analysis on SOA Implementation Solution of Commercial Vehicle Domain Control Architecture

Xie Xiang-dong，Zhang Jian-feng，Du Xiao-bo，Xu Wei，Liu Da-wei，Li Chun-li

（Shaanxi Automobile Group Co.，Ltd.，Xi’an 710005，China）

【Abstract】With the development of electrification，intelligence，networking and public sharing of commercial vehicles，the design of electronic and electrical architecture （EEA）becomes increasingly important. The traditional EEA has been unable to meet the development of commercial vehicles in terms of software iteration capability，architecture complexity，computing power and data transmission. Based on the domain control architecture and SOA architecture，combined with the application scenario of commercial vehicle autonomous driving，this paper proposes an implementation scheme of SOA under the commercial vehicle domain control architecture，so as to simplify the layout of vehicle controllers，reduce the total weight of electrical components of vehicles，expand the vehicle data interaction capacity，reduce the coupling between various modules，and make the expansion of functions easier.

【Key words】Commercial Vehicle； Domain Control Architecture； SOA Architecture

作者簡介：謝祥東，男，工程師，主要從事整車電子電器EE架構(gòu)工作。

收稿日期：2022-10-21

1 "前言

隨著乘用車自動駕駛技術(shù)研究以及應(yīng)用的深入，商用車領(lǐng)域也掀起了自動駕駛技術(shù)應(yīng)用浪潮。得益于商用車在港口、礦山、機(jī)場等封閉場景廣泛應(yīng)用，自動駕駛技術(shù)也快速地在商用車上使用。由于自動駕駛所需要的算力及數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，傳統(tǒng)的E/E架構(gòu)已經(jīng)很難滿足需求，而域控架構(gòu)方案可以很好地滿足控制器算力及數(shù)據(jù)量的巨大需求。同時，隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，面向服務(wù)的體系架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，簡稱SOA）為商用車E/E架構(gòu)開發(fā)指明了新的方向。 基于此技術(shù)，車輛通過搭載基于SOA設(shè)計的通用域控制器，使得車輛具有更好的可擴(kuò)展性、良好的平臺化功能、靈活的功能配置和更高的智能化水平。本文基于域控架構(gòu)和SOA架構(gòu)，結(jié)合商用車的應(yīng)用場景，提出商用車的域控架構(gòu)下SOA的實現(xiàn)方案。

2 "SOA架構(gòu)及域控架構(gòu)

2.1 "SOA架構(gòu)

SOA的核心概念是服務(wù)，每個服務(wù)組件具備獨立的功能。服務(wù)組件之間的接口遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可互相訪問，可組合擴(kuò)展，其最大的優(yōu)點是松耦合和跨平臺[1]。SOA架構(gòu)下，軟件系統(tǒng)通過定義了利用服務(wù)接口復(fù)用的軟件組件的方法，通過通用通信標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到新的應(yīng)用程序中。

2.1.1 "參與者

SOA架構(gòu)中包含3種參與者，分別是：服務(wù)提供者、服務(wù)消費者、服務(wù)注冊中心，如圖1所示。

1）服務(wù)消費者：使用服務(wù)消費者提供的一組或者多組服務(wù)的組件。

2）服務(wù)提供者：是一個可提供通過網(wǎng)絡(luò)尋址的實體，接受和執(zhí)行來自使用者的請求。

3）服務(wù)注冊中心：儲備服務(wù)描述，服務(wù)提供者注冊其服務(wù)，服務(wù)消費者訪問其中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所提供的服務(wù)。

圖1 "SOA架構(gòu)圖

2.1.2 "基本操作

SOA架構(gòu)中的消費者和服務(wù)提供者要交互，需通過3種基本操作來完成。

1）發(fā)布：為了使服務(wù)可訪問，需要服務(wù)提供者發(fā)布服務(wù)描述以使服務(wù)消費者可以發(fā)現(xiàn)它。

2）查找：服務(wù)消費者定位服務(wù)，方法是查詢服務(wù)注冊中心里所注冊的服務(wù)，找到滿足其要求的服務(wù)。

3）綁定：在服務(wù)消費者查找到服務(wù)描述之后，服務(wù)使用者根據(jù)服務(wù)描述中的信息來調(diào)用服務(wù)[2]。

2.2 "域控架構(gòu)

域控架構(gòu)是將整車電器系統(tǒng)根據(jù)功能劃分為若干個大的功能塊，如圖2所示，每個功能塊的屬性統(tǒng)一，且與其他功能塊功能耦合度低。功能塊采用一個算力強(qiáng)大的多核中央計算機(jī)代替以往的多個分布式ECU，主要處理邏輯運算及指令下發(fā)。域系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器、執(zhí)行器、節(jié)點等采用硬線、CAN、LIN總線連接。而不同域之間的通信，由更高傳輸性能和更大容量的以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)信息交換任務(wù)。目前較為經(jīng)典的功能域可以劃分為5個主要域：動力、底盤、車身、座艙和駕駛輔助[3]。

圖2 "域控架構(gòu)示意圖

3 "商用車域控架構(gòu)下SOA的分析

3.1 "傳統(tǒng)EEA與基于SOA的域控EEA對比

商用車傳統(tǒng)的E/E架構(gòu)中大量的功能需要ECU、信號間的協(xié)調(diào)來實現(xiàn)，所以整車中ECU間基于信號的通信會變得龐大而復(fù)雜，且不具低耦合性，微小的功能變動都會引起整車通信矩陣的變化。傳統(tǒng)E/E架構(gòu)中消息發(fā)送者不關(guān)心接收節(jié)點，只負(fù)責(zé)將信號發(fā)送出去，這種技術(shù)適用于有限大小控制數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。

SOA代碼靈活性強(qiáng)，支持請求/響應(yīng)模式，支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型，可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠滿足自動駕駛等應(yīng)用場景下，大量數(shù)據(jù)的動態(tài)交互，可以對系統(tǒng)進(jìn)行部分更新。

如圖3所示，當(dāng)多媒體控制需要增加一項控制空調(diào)的功能時，需要同時變更控制對象（多媒體屏）、網(wǎng)關(guān)、被控對象（空調(diào)）整個邏輯鏈路上的所有節(jié)點。

圖3 "基于CAN信號通信的功能變更

SOA引入到商用車軟件設(shè)計中后，整車功能被設(shè)計為各種不同的服務(wù)組件，每個服務(wù)都有自身唯一的標(biāo)識，可以完成自身發(fā)布以及訂閱其他服務(wù)并進(jìn)行通信。由此可以很好地解決上面整個邏輯鏈上的接點都要變更的問題。

如圖4所示，當(dāng)多媒體控制需要增加一項控制空調(diào)的功能時，只需要變更服務(wù)消費端的節(jié)點，邏輯鏈上的其他節(jié)點不需用變更。

圖4 "基于SOA通信的功能變更

3.2 "整車功能服務(wù)設(shè)計流程

根據(jù)商用車域控架構(gòu)的特點，結(jié)合軟件SOA思想，將域控制器的軟件按照重用性和自主性面向服務(wù)原則進(jìn)行設(shè)計，對整車功能軟件開發(fā)設(shè)計。良好的服務(wù)設(shè)計，使得整車功能增加，或原有功能發(fā)生變更時，保證了較少的軟件變更，從而實現(xiàn)更快速高效的功能迭代和清晰明確的版本管理。

EEA工程師根據(jù)整車需求清單先提取出整車功能清單和整車配置，然后設(shè)計出整車子系統(tǒng)需求規(guī)范和整車子系統(tǒng)設(shè)計方案。根據(jù)零部件和功能分配完成整車域控架構(gòu)設(shè)計，當(dāng)域控架構(gòu)設(shè)計完成后，根據(jù)域控制器、總線節(jié)點、執(zhí)行器、傳感器等對功能進(jìn)行服務(wù)化設(shè)計。服務(wù)設(shè)計時，必須基于整車規(guī)劃和發(fā)展考慮，將整車基本功能、選配功能、未來可能搭載的功能、容易更新的功能等整車需求納入服務(wù)設(shè)計中，按照車載以太網(wǎng)協(xié)議要求對各個服務(wù)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義。最后軟件工程師按照功能邏輯、服務(wù)結(jié)構(gòu)、通信參數(shù)等對域控器、總線節(jié)點、傳感器等電器件進(jìn)行軟硬件設(shè)計，完成整車功能的實現(xiàn)，如圖5所示。

圖5 "整車功能實現(xiàn)流程

3.3 "商用車域控架構(gòu)下SOA的設(shè)計

得益于域控架構(gòu)的優(yōu)勢，許多功能的邏輯實現(xiàn)都可以由單一域控制器實現(xiàn)，使得不同域之間的功能耦合度降低，這使得SOA思想可以更好地與其貼合。其次，SOA是面向服務(wù)的架構(gòu)，通過標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，使得單個功能的實現(xiàn)可以通過一個固定的服務(wù)接口暴露給其余需用的組件。最后，結(jié)合以算力強(qiáng)大的“域控制器”為中心的集中化物理架構(gòu)，使得需要通過通信交互的控制器得到有效控制。簡化了整車物理結(jié)構(gòu)的同時也簡化了整車通信結(jié)構(gòu)，使得車輛功能的擴(kuò)展性更強(qiáng)，、靈活性更高。例如，某個功能已經(jīng)設(shè)計為服務(wù)后，該功能的實現(xiàn)只在自身所在的域控制器里實現(xiàn)。當(dāng)該服務(wù)需要更新時，只需服務(wù)接口不變，其余調(diào)用該服務(wù)的域控制器均不會受到影響。如圖6所示。

圖6 "基于域控架構(gòu)下SOA的設(shè)計

3.4 "商用車域控架構(gòu)下SOA的實現(xiàn)

運用SOA思想后，將整車功能基于信號交互的方式優(yōu)化為基于服務(wù)交互。從整車功能和域控制器功能出發(fā)，將其分解或者合并為單個服務(wù)，單個服務(wù)只注重實現(xiàn)單一功能，并保證各個服務(wù)之間相互獨立，耦合度最低。域控制器平臺可搭載 AP中間件，可以直接使用AUTOSAR 組織提供的公共標(biāo)準(zhǔn)的接口，軟件不再需要為不同操作系統(tǒng)的不同接口做適配和變更。不同域控制器之間的通信以車載以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對每個服務(wù)的類型、功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等信息按照車載以太網(wǎng)的協(xié)議要求設(shè)計，高帶寬的通信能力，讓 SOA 軟件的跨域合作成為可能。功能的服務(wù)化使得各個域之間的信息交互及功能調(diào)用更加簡單和直接。服務(wù)設(shè)計和部署完成后，通過對不同服務(wù)的調(diào)用來實現(xiàn)整車設(shè)計的功能。如圖7所示。

圖7 "整車域控架構(gòu)

例如，按照整車功能開發(fā)流程，提取出車身域控制器所要開發(fā)的服務(wù)。如圖8所示，車身域控制器分別提供了空調(diào)服務(wù)、門鎖服務(wù)。其中空調(diào)服務(wù)由自動空調(diào)開啟關(guān)閉控制、空調(diào)狀態(tài)反饋等基礎(chǔ)服務(wù)組成；門鎖服務(wù)由車門解閉鎖控制等服務(wù)組成。同時這些服務(wù)的消費者分別分布在中央網(wǎng)關(guān)、座艙域控制器、云端等主體。服務(wù)中間件解耦了服務(wù)接收方和發(fā)送方，并與服務(wù)接收、發(fā)送方一起，實現(xiàn)服務(wù)的注冊，、訂閱，、提供和查找功能。AP 提供了基于 ARXML 的標(biāo)準(zhǔn)接口描述規(guī)范，服務(wù)提供者與服務(wù)消費者共同標(biāo)準(zhǔn)約定的描述文檔進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容的交互。

圖8 "車身域控制器服務(wù)布置架構(gòu)

車身域控制器提供的所有服務(wù)應(yīng)按照SOME/IP協(xié)議將服務(wù)消息進(jìn)行設(shè)定。完成后會進(jìn)行服務(wù)接口的開發(fā)，服務(wù)接口的開發(fā)和部署是SOA軟件的第一步并且是關(guān)鍵的一步，主要包括：服務(wù)的類型定義、端口設(shè)置、進(jìn)程綁定。接口開發(fā)完成就是邏輯開發(fā)、邏輯和服務(wù)集成、代碼編譯。

車輛上電后，各個域控制器會分別向注冊中心提供自身所提供的所有服務(wù)，其他域控制器會將自己所需要的服務(wù)進(jìn)行標(biāo)記。服務(wù)消費者通過對注冊中心的查詢，提取出該服務(wù)的所有通信信息，并根據(jù)服務(wù)特性及自身需求，調(diào)用服務(wù)或者周期性建立交互。

從這個簡單的例子可以窺探出商用車域控架構(gòu)下SOA的設(shè)計實現(xiàn)過程，體現(xiàn)出軟件SOA架構(gòu)與域控架構(gòu)結(jié)合后的優(yōu)勢。

4 "結(jié)束語

在本文中，提出了一個靈活、動態(tài)、面向服務(wù)的商用車域控架構(gòu)方案。該方法的目的是提供一個具有良好可擴(kuò)展和動態(tài)的框架，為商用車電器架構(gòu)開發(fā)、軟件開發(fā)、功能開發(fā)等提供一定借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯 "楊凱麟）