SOA服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)的軟件架構(gòu)與開發(fā)

SDV的核心是SOA，沒有SOA服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)，車輛OS是沒有意義的，充其量就是個(gè)大號(hào)的API，就像奔馳的MB.OS。軟件的開發(fā)周期和開發(fā)成本與信號(hào)導(dǎo)向架構(gòu)下相比沒有什么改變，還是很高很長(zhǎng)。

圖片來源：梅賽德斯-奔馳

奔馳的MB.OS，實(shí)際就是MBUX座艙的基于安卓的二次開發(fā)，核心的基礎(chǔ)軟件還是黑莓和Vector做的。

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上圖是Vector對(duì)車輛OS的定義，是真正的OS，也是SOA的核心。

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上圖是Vector對(duì)車輛軟件系統(tǒng)的描述。

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SOA設(shè)計(jì)流程

圖片來源：懌星科技

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最終會(huì)落實(shí)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>和線束設(shè)計(jì)，當(dāng)然電源、供電、診斷也會(huì)一起解決。

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進(jìn)入到SOA時(shí)代，中間件是關(guān)鍵，即自適應(yīng)AUTOSAR，簡(jiǎn)稱AP。AP采用經(jīng)典的代理(Proxy)-框架(Skeleton)模式來完成SOA模型的描述。這種模式將直接交互的客戶端(Client)和服務(wù)端(Server)分離，也可理解為應(yīng)用軟件和底層硬件脫離，由代理負(fù)責(zé)傳遞信息來完成服務(wù)調(diào)用，客戶端和服務(wù)端不需要處理通信層詳細(xì)信息。服務(wù)組件由服務(wù)單元提供的“業(yè)務(wù)邏輯”和適配目標(biāo)系統(tǒng)環(huán)境相關(guān)的“基礎(chǔ)設(shè)施邏輯”兩部分組成。

在開發(fā)過程中，這兩部分是解耦的，可同時(shí)進(jìn)行的，且軟件形態(tài)是靈活的。有些新興造車如特斯拉，對(duì)AUTOSAR不屑一顧，完全按照消費(fèi)類電子軟件開發(fā)方式開發(fā)，結(jié)果就是無法重復(fù)利用研發(fā)成果，重復(fù)開發(fā)工作明顯。AP不是一個(gè)中間件的名稱，它是一系列中間件的集合，此外AUTOSAR只是定義了方法論，具體還要廠家二次開發(fā)。

在服務(wù)組件中，服務(wù)單元的邏輯可以是源碼或被封裝為SDK形式，且不關(guān)心具體的編程語言；基礎(chǔ)設(shè)施邏輯 (Interface和Message) 則以C++的形態(tài)編碼，與服務(wù)管理中間件一起確保服務(wù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性和服務(wù)自身的可擴(kuò)展性，其軟件形態(tài)同樣可以是源碼或SDK形式提供。

中間件最核心的功能是通信，AP最核心的部分是SOME/IP或DDS，DDS目標(biāo)是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，SOME/IP是目前的主流。SOME/IP(Scalable Service-Oriented MiddlewarE Over IP) ，即“運(yùn)行于IP之上的可伸縮的面向服務(wù)的中間件”，由寶馬最早發(fā)明，也是最早使用以太網(wǎng)的車廠。SOME/IP屬于應(yīng)用層協(xié)議，它提供面向服務(wù)的通訊接口。SOME/IP定義的服務(wù)接口包含方法（Methods），事件（Events），字段（Fields）和事件組（Eventgroups），可以支持請(qǐng)求/響應(yīng)模式的遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用，也可以支持訂閱/發(fā)布模式的消息通知。SOME/IP的訪問方式分為事件通知（Notification）、遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Call，RPC）和訪問進(jìn)程數(shù)據(jù)（Getter、Setter）3種。其中，事件通知與傳統(tǒng)CAN通信消息類似，服務(wù)端周期性或者事件變化時(shí)向客戶端發(fā)送特定消息；遠(yuǎn)程過程調(diào)用是當(dāng)客戶端有請(qǐng)求的時(shí)候，向服務(wù)端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求消息，服務(wù)端根據(jù)情況返回響應(yīng)；訪問進(jìn)程數(shù)據(jù)可以使客戶向服務(wù)器端寫入（Setter）或者讀?。℅etter）數(shù)據(jù)。

目前主流的面向服務(wù)的中間件有數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（Data Distribution Service, DDS）、基于IP的可擴(kuò)展面向服務(wù)的中間件（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP, SOME/IP）、消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議（Message Queuing Telemetry Transport, MQTT）。DDS是由對(duì)象管理組織（Object Management Group, OMG）制定的一種面向服務(wù)的通信中間件協(xié)議。采用發(fā)布訂閱模型，強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為中心，提供多種服務(wù)質(zhì)量策略（Quality of Service, QoS），以保障數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、高效、靈活地分發(fā)，可滿足各種分布式實(shí)時(shí)通信的應(yīng)用需求。

DDS在國(guó)防、航天、電網(wǎng)、醫(yī)療、能源等領(lǐng)域取得大量成功的應(yīng)用，其優(yōu)良的性能經(jīng)過了長(zhǎng)期的驗(yàn)證。在汽車領(lǐng)域，早在2018年，AUTOSAR AP在通信管理模塊中加入了DDS技術(shù)；ROS2、Apollo CyberRT的底層也是基于DDS協(xié)議；Orin、Xavier等面向自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)級(jí)芯片SoC上也都預(yù)留了DDS的接口。DDS已被奧迪、大眾等多家汽車廠商應(yīng)用于智能駕駛、泊車充電、仿真測(cè)試平臺(tái)等場(chǎng)景；據(jù)悉國(guó)內(nèi)的造車新勢(shì)力小鵬汽車等也已將DDS技術(shù)應(yīng)用到量產(chǎn)車型上。

DDS能夠?qū)崿F(xiàn)低延遲、高可靠、高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)融合服務(wù)，能夠從根本上降低軟件的耦合性、復(fù)雜性，提高軟件的模塊化特性，數(shù)據(jù)分發(fā)DDS 是OMG提供的用于以數(shù)據(jù)為中心的連接的中間件協(xié)議、連接框架和應(yīng)用, 應(yīng)用程序接口（API）標(biāo)準(zhǔn)。它繼承了分布式系統(tǒng)的組件，提供了低延時(shí)的數(shù)據(jù)連接、極高的可靠性和可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)，滿足業(yè)務(wù)和任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用程序的需求。與SOME/ IP、MQTT相比，DDS具有以下特點(diǎn)：

1）SOME/IP 是針對(duì)汽車領(lǐng)域的中間件，在車載領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了較長(zhǎng)的時(shí)間。MQTT適用于低帶寬及不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，但它依賴于一個(gè)中央代理。DDS本身是一個(gè)工業(yè)級(jí)別的通信標(biāo)準(zhǔn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，但用在汽車領(lǐng)域時(shí)可能需要做專門的裁剪。

2）相比于SOME/IP，DDS引入大量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置特性，在靈活性、可伸縮性等方便更具優(yōu)勢(shì)。

3）SOME/IP主要采用遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Call, RPC）的通信方式，服務(wù)器（server）和客戶機(jī)（client）之間仍有一定的耦合性。而DDS采用發(fā)布/訂閱機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了通信雙方在時(shí)間、空間和數(shù)據(jù)通信上的多維松耦合。

4）SOME/IP沒有定義QoS機(jī)制，只能保證數(shù)據(jù)可靠，不能保證延遲。MQTT也具有保證穩(wěn)定傳輸?shù)臋C(jī)制的，但其僅支持QoS0、QoS1、QoS2的QoS策略。DDS具有豐富的QoS策略，能夠滿足高復(fù)雜性、高靈活性的數(shù)據(jù)流要求。

5）SOME/IP基于傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol, TCP）或用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datagram Protocol, UDP），只能在基于網(wǎng)絡(luò)層為IP類型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用。而DDS基于實(shí)時(shí)發(fā)布訂閱協(xié)議（Real-Time Publish-Subscribe, RTPS）可以有多種實(shí)現(xiàn)，且DDS獨(dú)有的DDS Security、DDS Web功能可以為用戶提供車-云-移動(dòng)端一站式的解決方案。

國(guó)內(nèi)百度的自動(dòng)駕駛使用了DDS。

用DDS比較容易取得ASIL-D級(jí)認(rèn)證。

圖片來源：大陸

汽車行業(yè)會(huì)有大量的中間件加入進(jìn)來，占用越來越多的CPU資源，CPU資源遠(yuǎn)比AI重要。SOA架構(gòu)至少需要200K DMIPS的CPU算力。

不僅消耗CPU算力，通信帶寬也是大量消耗，2025年就會(huì)有量產(chǎn)車使用萬兆以太網(wǎng)，博通已經(jīng)有對(duì)應(yīng)50G的車載以太網(wǎng)交換機(jī)。要實(shí)現(xiàn)SOA，骨干網(wǎng)至少是萬兆以上。

免責(zé)說明：本文觀點(diǎn)和數(shù)據(jù)僅供參考，和實(shí)際情況可能存在偏差。本文不構(gòu)成投資建議，文中所有觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)僅代表筆者立場(chǎng)，不具有任何指導(dǎo)、投資和決策意見。