面向服務(wù)的智能座艙軟件架構(gòu)

面向信號(hào)的軟件架構(gòu)

隨著汽車電子電氣架構(gòu)向中央計(jì)算-域控制器的方向演進(jìn)，甚至向車云一體化的方向邁進(jìn)，適用于汽車的軟件平臺(tái)也需要進(jìn)行相應(yīng)的進(jìn)化。

在傳統(tǒng)的觀念中，座艙域即娛樂域，座艙軟件架構(gòu)即運(yùn)行在座艙域控制器上，主要處理各種娛樂系統(tǒng)的信息，為汽車用戶提供豐富多彩且方便可用的娛樂信息系統(tǒng)。

與之相對(duì)應(yīng)的，是基于信號(hào)架構(gòu)的座艙軟件體系。

軟件架構(gòu)演進(jìn)

面向信號(hào)的軟件架構(gòu)，匹配的是分布式ECU的電子電氣架構(gòu)。但隨著EE架構(gòu)的演進(jìn)，自動(dòng)駕駛域，車身控制域，智能座艙域逐步融合成統(tǒng)一的中央計(jì)算平臺(tái)。此時(shí)的智能座艙軟件系統(tǒng)已經(jīng)不僅僅承載娛樂域功能，還將融合車身控制HMI，車內(nèi)外通信，ADAS信息顯示等一系列的功能。與之所匹配的軟件架構(gòu)，需要演進(jìn)到面向服務(wù)的軟件體系架構(gòu)。座艙軟件不是一個(gè)獨(dú)立的域控制器軟件體系，而是面向服務(wù)的整車軟件架構(gòu)中的一環(huán)。

參考一個(gè)以用戶為中心的融合式智能服務(wù)場景，如下：

圖片來源：<汽車軟件全景圖(2022)>

針對(duì)上述汽車軟件的演進(jìn)趨勢，面向服務(wù)的基礎(chǔ)軟件架構(gòu)逐漸成為業(yè)界共識(shí)。相比面向信號(hào)的軟件架構(gòu)，面向服務(wù)的軟件架構(gòu)主要增加了信息分發(fā)和基礎(chǔ)服務(wù)框架等中間件內(nèi)容。

其中一個(gè)正在進(jìn)行的范例是ASF軟件架構(gòu)。

ASF是AUTOSEMO Service Framework的縮寫，AUTOSEMO (中國汽車基礎(chǔ)軟件生態(tài)委員會(huì))聯(lián)盟攜手行業(yè)內(nèi)主流車企和零部件企業(yè)， 針對(duì)整車通用基礎(chǔ)服務(wù)研制的整車服務(wù)框架規(guī)范。通過該規(guī)范統(tǒng)一服務(wù)和接口，實(shí)現(xiàn)高效的整車控制器 設(shè)計(jì)、開發(fā)，讓跨廠商集成更便捷、可靠。

圖片來源：中國汽車基礎(chǔ)軟件發(fā)展白皮書3.0

ASF 是一組為功能服務(wù)開發(fā)、使用和集成而設(shè)計(jì)的通用化中間件服務(wù)集群，服務(wù)集群可以被所有的功能服務(wù)調(diào)用，用于對(duì)功能服務(wù)在整車平臺(tái)的能力進(jìn)行擴(kuò)展，并實(shí)現(xiàn)整車各系統(tǒng)之間的協(xié)同，保證整車軟件平臺(tái)的整體性并進(jìn)行統(tǒng)一管控。

ASF 主要可分為原子服務(wù)、SOA 增強(qiáng)型服務(wù)、系統(tǒng)級(jí)基礎(chǔ)服務(wù)、整車級(jí)基礎(chǔ)服務(wù)。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)師需基于各服務(wù)類型進(jìn)行服務(wù)定義、設(shè)計(jì)，使 ASF 分層和功能定義更加清晰。在服務(wù)設(shè)計(jì)過程中遵循以下原則：

SOA 增強(qiáng)型服務(wù)具有通用性：即可為所有的應(yīng)用服務(wù)提供通用功能，應(yīng)用服務(wù)基于服務(wù)自身需求可使用該類服務(wù)，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、服務(wù)信號(hào)轉(zhuǎn)換、服務(wù)調(diào)試等諸如此類的通用化功能。

系統(tǒng)級(jí)基礎(chǔ)服務(wù)，具有一定范圍的（如某操作系統(tǒng)或控制器之上）通用性，且具有抽象性：即對(duì)基礎(chǔ)軟件開發(fā)平臺(tái)（如 AUTOSAR Adaptive/Classic、Android 等）提供的通用化功能進(jìn)行抽象，并提供給應(yīng)用服務(wù)使用，如健康管理服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)、時(shí)鐘服務(wù)、電源管理服務(wù)等。

整車級(jí)系統(tǒng)服務(wù)具有全局性：即該類服務(wù)的設(shè)計(jì)更多關(guān)注的是整車層面對(duì)車內(nèi)所有系統(tǒng)的通用化功能進(jìn)行協(xié)同和管控，該層服務(wù)是對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)在整車層面的抽象和管控，即通過該層服務(wù)可以配置和控制系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)，如整車健康管理服務(wù)、整車網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)、整車時(shí)鐘服務(wù)、整車電源 管理服務(wù)等。

動(dòng)態(tài)服務(wù)具有動(dòng)態(tài)配置性：即應(yīng)用服務(wù)在運(yùn)行過程中可對(duì)服務(wù)進(jìn)行配置，并基于配置輸入執(zhí)行動(dòng)態(tài)服務(wù)的功能。

原子服務(wù)具有獨(dú)立性：即其設(shè)計(jì)應(yīng)與硬件配置和實(shí)現(xiàn)無關(guān)，與上層功能服務(wù)層和下層的硬件驅(qū)動(dòng)層解耦，完全獨(dú)立。

原子服務(wù)具有原子性：即設(shè)計(jì)的服務(wù)不可再拆分，作為服務(wù)的最小單位和執(zhí)行實(shí)體，為功能服務(wù)提供最基礎(chǔ)的執(zhí)行或采集等功能

SOA 增強(qiáng)型服務(wù)

SOA 增強(qiáng)服務(wù)是在國際共同討論的基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行服務(wù)框架擴(kuò)展，封裝通用化的基礎(chǔ)功能。應(yīng)用服務(wù)調(diào)用此類服務(wù)的接口更加方便完善其功能軟件邏輯、便于系統(tǒng)集成和敏捷測試。 該類服務(wù)為一組服務(wù)集群，以 Lib 庫的形式集成在應(yīng)用服務(wù)中，并提供滿足國際共同討論的自適應(yīng) 性標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，使接口標(biāo)準(zhǔn)完整統(tǒng)一。主要包含模塊：服務(wù)調(diào)試、服務(wù)轉(zhuǎn)換、服務(wù)權(quán)限、服務(wù)同步、 SOA For Android、日志管理、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集、診斷管理。

系統(tǒng)級(jí)基礎(chǔ)服務(wù)

系統(tǒng)級(jí)基礎(chǔ)服務(wù)描述車端各類域控及網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，基于通用基礎(chǔ)軟件提供的底層支持，進(jìn)行相應(yīng)的封 裝和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)各類通用化服務(wù)功能和框架及在此基礎(chǔ)上形成的面向上層應(yīng)用的各類服務(wù)接口（SDK接口、 API 接口、IPC 接口、RPC 接口等）。

系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)包括通用支撐類服務(wù)和公共框架類服務(wù)。通用支撐類服務(wù)包括服務(wù)治理（服務(wù)發(fā)布及發(fā)現(xiàn)）及服務(wù)容器、服務(wù)訪問及限流降級(jí)、數(shù)據(jù)訂閱及發(fā)布、集群管理、消息總線等。公共框架類服務(wù)包 括升級(jí)管理服務(wù)、健康管理服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)配置服務(wù)、資源管理服務(wù)、時(shí)鐘同步服務(wù)、安全管理服務(wù)、測試服 務(wù)、電源管理服務(wù)、日志服務(wù)、診斷服務(wù)、數(shù)據(jù)收集等。

整車級(jí)系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)

整車級(jí)系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)是將各控制器節(jié)點(diǎn)的能力，通過跨域、跨核組合成整車級(jí)別的業(yè)務(wù)功能，以對(duì)應(yīng)用層提供整車級(jí)統(tǒng)一的調(diào)用。整車級(jí)系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)包含整車電源管理服務(wù)、整車健康管理服務(wù)、整車時(shí)鐘 服務(wù)、整車診斷 Master、整車版本管理服務(wù)、整車數(shù)據(jù)采集服務(wù)、整車日志管理服務(wù)。

動(dòng)態(tài)服務(wù)

動(dòng)態(tài)服務(wù)工作流通常由車云一體的云端平臺(tái)（ 比如：開發(fā)者平臺(tái)）提供工具鏈支持，對(duì)接技術(shù)生態(tài) 及運(yùn)營，從而在運(yùn)行態(tài)具備靈活更新的能力。動(dòng)態(tài)服務(wù)開發(fā)流程以邏輯組合建模為主，因此工具鏈需要 支持可視化 UML 建模，輸出模型腳本，并與車端建立同步機(jī)制。 動(dòng)態(tài)服務(wù)開發(fā)面對(duì)的角色，不再局限于傳統(tǒng)的 OEM/ 供應(yīng)商角色，而是拓展面向第三方開發(fā)者，甚 至是車主。

原子服務(wù)

原子服務(wù)是執(zhí)行單一操作功能的服務(wù)，具有硬件功能上的不可拆分性。例如獲取一個(gè)數(shù)值或者執(zhí)行 一個(gè)I/O操作。通過將域控制器的硬件功能，拆分為最小功能的原子服務(wù)，并統(tǒng)一定義原子服務(wù)的訪問接口， 從而實(shí)現(xiàn)軟硬件的完全隔離。軟硬件隔離后，車載硬件不再綁定特定的功能，應(yīng)用軟件得以自由使用車 載硬件，實(shí)現(xiàn)更加靈活多樣化的功能。例如方向盤在正常行駛過程中，用于控制車輛的轉(zhuǎn)向，當(dāng)車輛處 于非駕駛模式時(shí)，又可以成為中控大屏游戲應(yīng)用的控制手柄。

面向服務(wù)的軟件架構(gòu)

根據(jù)上述的描述，我們可以抽象得出面向服務(wù)的座艙軟件架構(gòu)，如下：

紅色部分主要是從SOA的角度，在座艙軟件的中間件部分增加相關(guān)服務(wù)框架和信息分發(fā)機(jī)制。一個(gè)較詳細(xì)的分解可以參考汽車軟件全景圖文檔。

圖片來源：<汽車軟件全景圖(2022)>

SOA Framework目前已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)各廠家正在主攻的方向，隨著中央計(jì)算-區(qū)域控制架構(gòu)的逐步實(shí)現(xiàn)，SOA 中間件將發(fā)揮出重要的作用。

參考文獻(xiàn)

2021中國汽車座艙智能化發(fā)展市場需求研究報(bào)告.pdf -- 億歐智庫

汽車軟件全景圖(2022).pdf -- 國科礎(chǔ)石

中國汽車基礎(chǔ)軟件發(fā)展白皮書3.0 -- 中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)軟件分會(huì)

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