汽車SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)方法及關(guān)鍵技術(shù)

一、什么是SOA？SOA將車輛傳統(tǒng)的面向信號(hào)的架構(gòu)升級(jí)為面向服務(wù)的架構(gòu)，面向服務(wù)的架構(gòu)是一種系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的方法論，通過將系統(tǒng)的能力抽象成多個(gè)服務(wù)，并運(yùn)用多個(gè)服務(wù)之間的依賴關(guān)系來滿足車輛系統(tǒng)的多種需求。汽車SOA常采用上層應(yīng)用程序+中間層操作系統(tǒng)+底層硬件的分層開發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)了軟硬件解耦。SOA將上層應(yīng)用程序的不同功能單元進(jìn)行模塊化，定義為不同的服務(wù)（Service），服務(wù)是可發(fā)現(xiàn)的軟件實(shí)體，服務(wù)之間可以通過服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)相互訪問，并且可以動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)和調(diào)用其他服務(wù)。服務(wù)接口的設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)的接口定義和通信協(xié)議，使服務(wù)獨(dú)立于硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序內(nèi)部軟件代碼。二、SOA的特點(diǎn)？SOA架構(gòu)具備以下特點(diǎn)：▲

復(fù)用性：通過服務(wù)之間的編排，重組，單個(gè)服務(wù)可以在不同的應(yīng)用程序中重復(fù)使用；▲

靈活性：服務(wù)獨(dú)立于硬件和操作系統(tǒng)，支持跨車型、跨平臺(tái)使用，可實(shí)現(xiàn)靈活部署；

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屏蔽異構(gòu)性：服務(wù)之間采用的標(biāo)準(zhǔn)化接口，屏蔽不同硬件、軟件、開發(fā)語言間的差異，更容易與其他系統(tǒng)集成；▲

增強(qiáng)互操作性：SOA架構(gòu)依賴于標(biāo)準(zhǔn)化的中間件，更易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，軟件程序的互操作性較高；▲

拓展性：在不改變硬件設(shè)施的前提下可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求增加新的服務(wù)，且單個(gè)服務(wù)可以獨(dú)立的拓展和升級(jí)。三、SOA的優(yōu)勢(shì)？面向服務(wù)的架構(gòu)開發(fā)為主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車提供了可能性，SOA可幫助企業(yè)構(gòu)建靈活，可拓展，可維護(hù)的系統(tǒng)，支持多個(gè)平臺(tái)使用，快速響應(yīng)市場(chǎng)變化和業(yè)務(wù)需求。SOA架構(gòu)的具體優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：▲

為汽車平臺(tái)未來的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，ECU的升級(jí)（如版本升級(jí)，功能升級(jí)，信號(hào)升級(jí)）只需變更上層代碼，無需變更底層硬件，為未來功能的拓展和更新提供了保障，形成更大的汽車開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。汽車銷售后，整車功能可以持續(xù)升級(jí)迭代，延長了主機(jī)廠的服務(wù)周期。▲

節(jié)約成本，傳統(tǒng)的汽車架構(gòu)采用面向信號(hào)的方式，控制器由不同的供應(yīng)商提供，軟硬件具有較強(qiáng)的耦合關(guān)系，集成難度大，通信困難，復(fù)用性差，如果想升級(jí)功能或增加新的功能，從軟件代碼到硬件到通信鏈路整體都需要重新配置。SOA可實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦，在脫離硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)功能的升級(jí)和替換?！鳶OA架構(gòu)適配多個(gè)車型，軟件的升級(jí)和更新可以為智能汽車帶來更多的使用場(chǎng)景和功能，基于SOA架構(gòu)，為汽車應(yīng)用開發(fā)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)平臺(tái)，主機(jī)廠可在現(xiàn)有的架構(gòu)平臺(tái)之上運(yùn)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)更多的功能使用場(chǎng)景，靈活構(gòu)建系統(tǒng)。▲

增加供應(yīng)商多元化選擇，主機(jī)廠由硬件制造轉(zhuǎn)型為軟件開發(fā)，整車功能軟硬件不再受制于供應(yīng)商，主機(jī)廠可在已有的硬件設(shè)施基礎(chǔ)上，改進(jìn)軟件代碼，實(shí)現(xiàn)功能的拓展。四、SOA的關(guān)鍵技術(shù)？服務(wù)抽象

將應(yīng)用程序抽象成服務(wù)，需要綜合考慮多方面的因素，如技術(shù)，成本，安全等。服務(wù)發(fā)布的信息傳達(dá)了它的目的和能力，并給潛在用戶提供了關(guān)于該服務(wù)應(yīng)該如何通過程序進(jìn)行調(diào)用和使用的詳細(xì)信息，沒有發(fā)布的服務(wù)信息用來保護(hù)它和未來用戶之間形成的耦合關(guān)系的完整性，從而保障服務(wù)在滿足契約的前提下進(jìn)行演化的能力。服務(wù)抽象的原則一般以劃分層級(jí)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，服務(wù)進(jìn)行分層管理，將相同類型的服務(wù)打包到相同的服務(wù)層，決不允許將不同類型的服務(wù)放到同一邏輯層，盡可能做到服務(wù)組合，而非迭代繼承服務(wù)。一般劃分為三個(gè)層級(jí)：基礎(chǔ)服務(wù)（BasicService）、擴(kuò)展服務(wù)（ExtendedService）以及應(yīng)用服務(wù)（ApplicationService），如下圖所示。基礎(chǔ)服務(wù)提供車輛最基礎(chǔ)的功能，和電子電氣硬件（如傳感器）強(qiáng)相關(guān)，比如攝像頭數(shù)據(jù)的提供和處理功能；擴(kuò)展服務(wù)相對(duì)更復(fù)雜，其功能的實(shí)現(xiàn)需要調(diào)用多個(gè)基礎(chǔ)服務(wù)，如不同傳感器（毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)，攝像頭等）的數(shù)據(jù)融合功能；應(yīng)用服務(wù)一般為用戶可感知的功能，并且與車輛場(chǎng)景強(qiáng)相關(guān)，如駐車輔助功能，應(yīng)用服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，依賴于一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展服務(wù)。SOA中間件目前適用于SOA架構(gòu)通用接口的中間件主要包括：SOME/IP，DDS，MQTT，HTTP，各中間件的特點(diǎn)如下：▲

SOME/IP：位于傳輸層之上的應(yīng)用層通信協(xié)議，動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建服務(wù)提供者和服務(wù)使用者之間的連接，服務(wù)上線后廣播告知域內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)收到服務(wù)廣播后，請(qǐng)求或者訂閱相關(guān)服務(wù)接口。▲

DDS：新一代分布式實(shí)時(shí)通信中間件協(xié)議，采用發(fā)布/訂閱體系架構(gòu)，強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為中心，提供豐富的QoS服務(wù)質(zhì)量策略，以保障數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、高效、靈活地分發(fā)，可滿足各種分布式實(shí)時(shí)通信應(yīng)用需求?！?/p>

HTTP：互聯(lián)網(wǎng)常用的服務(wù)協(xié)議，使用GET/POST等機(jī)制來獲取或者設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)。在汽車行業(yè)內(nèi)，一般用于車內(nèi)節(jié)點(diǎn)和云端無線通信協(xié)議，傳輸大于10MB的數(shù)據(jù)?！?/p>

MQTT：互聯(lián)網(wǎng)常用的服務(wù)協(xié)議，基于訂閱和發(fā)布機(jī)制來獲取或者設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)。在汽車行業(yè)內(nèi)，一般也用于車內(nèi)節(jié)點(diǎn)和云端無線通信協(xié)議，傳輸小于10MB的數(shù)據(jù)。HTTP，DDS，MQTT和SOMEIP均可用于實(shí)現(xiàn)SOA架構(gòu)的通信，只是負(fù)責(zé)的場(chǎng)景不同，SOME/IP，DDS協(xié)議用于車內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的服務(wù)通信，HTTP，MQTT用于一般用于車內(nèi)節(jié)點(diǎn)和云端無線模塊通信。服務(wù)治理服務(wù)治理可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的復(fù)用，降低開發(fā)成本，提高服務(wù)質(zhì)量，提高服務(wù)的可靠性和安全性，對(duì)于服務(wù)化架構(gòu)開發(fā)非常重要。服務(wù)治理包含如下部分：▲

服務(wù)設(shè)計(jì)：服務(wù)有詳細(xì)的設(shè)計(jì)要求，確保服務(wù)的設(shè)計(jì)滿足業(yè)務(wù)需求?！?/p>

服務(wù)實(shí)現(xiàn)：根據(jù)服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)代碼開發(fā)，確保服務(wù)開發(fā)質(zhì)量和可靠性。▲

服務(wù)部署：服務(wù)可成功部署至目標(biāo)環(huán)境中，服務(wù)具備跨平臺(tái)屬性，在不同環(huán)境、硬件、系統(tǒng)中部署一個(gè)或多個(gè)實(shí)例，以達(dá)到最大化的重用率?！?/p>

服務(wù)管控：服務(wù)管控包含服務(wù)監(jiān)控和服務(wù)管理，服務(wù)監(jiān)控是指服務(wù)運(yùn)行過程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，保證服務(wù)的穩(wěn)定性和可靠性；服務(wù)管理是指在整個(gè)服務(wù)的生命周期內(nèi)對(duì)服務(wù)進(jìn)行管理，包括版本控制、服務(wù)狀態(tài)管理、服務(wù)執(zhí)行管理、安全管理、數(shù)據(jù)管理等，給服務(wù)乃至整個(gè)系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的性能保證?！?/p>

服務(wù)的權(quán)限配置：服務(wù)發(fā)布后，可控制對(duì)外的授權(quán)管理，保證只有被授權(quán)才可以使用服務(wù)。▲

服務(wù)升級(jí)：服務(wù)可進(jìn)行升級(jí)和更新，以滿足業(yè)務(wù)需求和技術(shù)要求。五、SOA的實(shí)現(xiàn)？SOA的目的是建立驅(qū)動(dòng)汽車平臺(tái)不斷升級(jí)的架構(gòu)，服務(wù)架構(gòu)需要深入理解業(yè)務(wù)本質(zhì)，業(yè)務(wù)本質(zhì)是根基，根基打好了，我們才能在此基礎(chǔ)上追溯，抽象，歸納，演繹不同場(chǎng)景，拓展業(yè)務(wù)，升級(jí)業(yè)務(wù)，因此，汽車架構(gòu)平臺(tái)的升級(jí)脫離不開基礎(chǔ)平臺(tái)。如何去深入理解業(yè)務(wù)本質(zhì)，可參考傳統(tǒng)的電子電氣架構(gòu)開發(fā)方法，傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)采用整車V模型的開發(fā)方法，即從整車的需求分析到功能設(shè)計(jì)，到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，再到軟硬件的實(shí)現(xiàn)，架構(gòu)搭建起需求設(shè)計(jì)和軟硬件實(shí)現(xiàn)之間的橋梁。SOA架構(gòu)在傳統(tǒng)架構(gòu)分析方法上，增加服務(wù)概念，進(jìn)行服務(wù)設(shè)計(jì)及服務(wù)通信矩陣設(shè)計(jì)。SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)流程大致可拆分為以下幾點(diǎn)：▲

需求分析需求分析包含兩個(gè)方面，一個(gè)方面是整車平臺(tái)級(jí)別的需求，需要綜合考慮多方面因素，如目標(biāo)車型的類型，配置，定位，市場(chǎng)定價(jià)，性能，以及銷售區(qū)域等，得到功能清單；另一方面是考慮功能層面的需求，從用戶，車輛，使用場(chǎng)景三者關(guān)系出發(fā)，梳理出用戶在特定場(chǎng)景下使用該功能的期望表現(xiàn)，即功能的UseCase，基于UseCase分析，得到功能定義的需求項(xiàng)，包含功能性需求，非功能性需求，約束性需求?！?/p>

功能設(shè)計(jì)為了滿足在功能需求分析階段定義的各項(xiàng)需求，提出產(chǎn)品能力（ProductCapability，PC）這個(gè)概念，PC是車輛為了滿足某項(xiàng)功能需求而需要提供相關(guān)能力的抽象描述，通過PC來劃分模塊的職責(zé)邊界，PC通過接口Operation對(duì)外提供具體的能力操作?？傮w來說，功能設(shè)計(jì)是通過PC間Operation接口的時(shí)序調(diào)用來表征體現(xiàn)的。PC與UseCase進(jìn)行關(guān)聯(lián)，完整的PC庫建立后，可以針對(duì)每一個(gè)UseCase繪制對(duì)應(yīng)的時(shí)序圖。如下圖所示：▲

模塊設(shè)計(jì)將功能設(shè)計(jì)階段提取的車輛具備的各項(xiàng)能力分配到不同模塊，在模型庫中進(jìn)行模塊架構(gòu)搭建，針對(duì)模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，遵循“高內(nèi)聚、低耦合”的原則進(jìn)行SWC劃分和服務(wù)提取。經(jīng)過各方面的評(píng)估（實(shí)時(shí)性、復(fù)用性、安全性、可拓展性等）認(rèn)為哪些SWC適合服務(wù)化、可將其抽象為服務(wù)，基于服務(wù)，設(shè)計(jì)服務(wù)的參與者（服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)方），服務(wù)接口，同時(shí)根據(jù)邏輯功能架構(gòu)設(shè)計(jì)服務(wù)的依賴關(guān)系。服務(wù)接口設(shè)計(jì)應(yīng)遵循每個(gè)服務(wù)（Service）