SOA服務導向架構的軟件架構與開發(fā)

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

圖片來源：梅賽德斯-奔馳

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

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上圖是Vector對車輛OS的定義，是真正的OS，也是SOA的核心。

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上圖是Vector對車輛軟件系統的描述。

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SOA設計流程

圖片來源：懌星科技

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最終會落實為網絡拓撲和線束設計，當然電源、供電、診斷也會一起解決。

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進入到SOA時代，中間件是關鍵，即自適應AUTOSAR，簡稱AP。AP采用經典的代理(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)和服務端(Server)分離，也可理解為應用軟件和底層硬件脫離，由代理負責傳遞信息來完成服務調用，客戶端和服務端不需要處理通信層詳細信息。服務組件由服務單元提供的“業(yè)務邏輯”和適配目標系統環(huán)境相關的“基礎設施邏輯”兩部分組成。

在開發(fā)過程中，這兩部分是解耦的，可同時進行的，且軟件形態(tài)是靈活的。有些新興造車如特斯拉，對AUTOSAR不屑一顧，完全按照消費類電子軟件開發(fā)方式開發(fā)，結果就是無法重復利用研發(fā)成果，重復開發(fā)工作明顯。AP不是一個中間件的名稱，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)。

在服務組件中，服務單元的邏輯可以是源碼或被封裝為SDK形式，且不關心具體的編程語言；基礎設施邏輯 (Interface和Message) 則以C++的形態(tài)編碼，與服務管理中間件一起確保服務的動態(tài)響應性和服務自身的可擴展性，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目標是自動駕駛領域，SOME/IP是目前的主流。SOME/IP(Scalable Service-Oriented MiddlewarE Over IP) ，即“運行于IP之上的可伸縮的面向服務的中間件”，由寶馬最早發(fā)明，也是最早使用以太網的車廠。SOME/IP屬于應用層協議，它提供面向服務的通訊接口。SOME/IP定義的服務接口包含方法（Methods），事件（Events），字段（Fields）和事件組（Eventgroups），可以支持請求/響應模式的遠程服務調用，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）、遠程過程調用（Remote Procedure Call，RPC）和訪問進程數據（Getter、Setter）3種。其中，事件通知與傳統CAN通信消息類似，服務端周期性或者事件變化時向客戶端發(fā)送特定消息；遠程過程調用是當客戶端有請求的時候，向服務端發(fā)送一個請求消息，服務端根據情況返回響應；訪問進程數據可以使客戶向服務器端寫入（Setter）或者讀?。℅etter）數據。

目前主流的面向服務的中間件有數據分發(fā)服務（Data Distribution Service, DDS）、基于IP的可擴展面向服務的中間件（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP, SOME/IP）、消息隊列遙測傳輸協議（Message Queuing Telemetry Transport, MQTT）。DDS是由對象管理組織（Object Management Group, OMG）制定的一種面向服務的通信中間件協議。采用發(fā)布訂閱模型，強調以數據為中心，提供多種服務質量策略（Quality of Service, QoS），以保障數據實時、高效、靈活地分發(fā)，可滿足各種分布式實時通信的應用需求。

DDS在國防、航天、電網、醫(yī)療、能源等領域取得大量成功的應用，其優(yōu)良的性能經過了長期的驗證。在汽車領域，早在2018年，AUTOSAR AP在通信管理模塊中加入了DDS技術；ROS2、Apollo CyberRT的底層也是基于DDS協議；Orin、Xavier等面向自動駕駛的系統級芯片SoC上也都預留了DDS的接口。DDS已被奧迪、大眾等多家汽車廠商應用于智能駕駛、泊車充電、仿真測試平臺等場景；據悉國內的造車新勢力小鵬汽車等也已將DDS技術應用到量產車型上。

DDS能夠實現低延遲、高可靠、高實時性的數據融合服務，能夠從根本上降低軟件的耦合性、復雜性，提高軟件的模塊化特性，數據分發(fā)DDS 是OMG提供的用于以數據為中心的連接的中間件協議、連接框架和應用, 應用程序接口（API）標準。它繼承了分布式系統的組件，提供了低延時的數據連接、極高的可靠性和可擴展的體系結構，滿足業(yè)務和任務關鍵型應用程序的需求。與SOME/ IP、MQTT相比，DDS具有以下特點：

1）SOME/IP 是針對汽車領域的中間件，在車載領域已經應用了較長的時間。MQTT適用于低帶寬及不穩(wěn)定的網絡，但它依賴于一個中央代理。DDS本身是一個工業(yè)級別的通信標準，適用于多種應用場景，但用在汽車領域時可能需要做專門的裁剪。

2）相比于SOME/IP，DDS引入大量標準內置特性，在靈活性、可伸縮性等方便更具優(yōu)勢。

3）SOME/IP主要采用遠程過程調用（Remote Procedure Call, RPC）的通信方式，服務器（server）和客戶機（client）之間仍有一定的耦合性。而DDS采用發(fā)布/訂閱機制，實現了通信雙方在時間、空間和數據通信上的多維松耦合。

4）SOME/IP沒有定義QoS機制，只能保證數據可靠，不能保證延遲。MQTT也具有保證穩(wěn)定傳輸的機制的，但其僅支持QoS0、QoS1、QoS2的QoS策略。DDS具有豐富的QoS策略，能夠滿足高復雜性、高靈活性的數據流要求。

5）SOME/IP基于傳輸控制協議（Transmission Control Protocol, TCP）或用戶數據包協議（User Datagram Protocol, UDP），只能在基于網絡層為IP類型的網絡環(huán)境中使用。而DDS基于實時發(fā)布訂閱協議（Real-Time Publish-Subscribe, RTPS）可以有多種實現，且DDS獨有的DDS Security、DDS Web功能可以為用戶提供車-云-移動端一站式的解決方案。

國內百度的自動駕駛使用了DDS。

用DDS比較容易取得ASIL-D級認證。

圖片來源：大陸

汽車行業(yè)會有大量的中間件加入進來，占用越來越多的CPU資源，CPU資源遠比AI重要。SOA架構至少需要200K DMIPS的CPU算力。

不僅消耗CPU算力，通信帶寬也是大量消耗，2025年就會有量產車使用萬兆以太網，博通已經有對應50G的車載以太網交換機。要實現SOA，骨干網至少是萬兆以上。

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