车载SOA架构国内外发展现状
1、 SOA 架构技术简介
集中化的电子电气架构是实现软件定义汽车的硬件基础,而SOA则是实现软件定义汽车的软件基础。
传统分布式电子电气架构下,汽车采用“面向信号”的软件结构(如图2 所示),ECU 之间的通信方式为通过LIN/CAN 等总线进行点对点通信。相应的ECU 信号已在编译软件阶段完成预设,收发关系和路由信息是静态的。如果想要升级或新增某项功能时,需要修改与该信号相关的所有ECU软件,并修改总线的网关配置和节点数量。因此,在传统的通信及ECU 软件架构设计中,各类信号能否准确、高效地在车内进行收发传导是通讯网络关注的重点。然而,随着汽车智能化升级需求的快速增长,传统通讯网络及软件架构中扩展性差、升级和移植成本高等问题逐渐凸显,当需要新增某项应用软件或服务时,需重新建立一个新的基础软件环境。为解决上述问题,汽车行业基于IT 行业发展经验,引入SOA 软件架构设计思想。电子电气架构正朝着以通用计算平台为基础,面向服务架构的方向发展。
图2 “面向信号”的架构(Signal-Oriented Architecture)SOA 是一种软件架构,同时也是一种软件设计方法和理念,如图3 所示。它将应用程序的不同功能单元(称为服务)进行拆分,并通过这些服务之间定义良好的接口和协议联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的,它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种各样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。SOA 具备松耦合、标准接口可访问和易于扩展等特点,使得开发人员能以最小的软件变更应对迭代多变的客户需求。
soa
图3面向服务的架构(Service-Oriented Architecture)
在 SOA 中,服务是最核心的抽象手段和系统最基础的描述单元。每个服务组件具备独立的功能,且可被复用。服务组件之间的接口遵循统一标准,可互相访问,可组合扩展。业务过程则是带有状态和服务调度策略的服务组件的组合与扩展。SOA 的优点主要包括:
1.高扩展性,各个服务之间低耦合;
2.易于部署,软件从单一可部署单元,被拆分成多个服务,每个服务都为可部署单元;
3.易于开发,每个组件都可以进行持续集成式的开发,可以做到实时部署,不间断地升级;
4.易于测试,可以单独测试每一个服务。
另外,SOA的不足主要包括:
1.由于强调互相独立和低耦合,服务可能会细致拆分,进而导致系统凌乱和笨重;
2.服务之间的通信会使得整个架构变得复杂。
SOA 的灵活性和可扩展性符合“软件定义汽车”的发展趋势。业务需求与硬件资源解耦是应用 SOA 的前提,汽车电子电气架构从分布式逐步向集中式发展,为 SOA 应用提供了基础条件。在智能网联汽车中,大量的功能需要控制器间的协调工作来完成,因此,将SOA 引入到当前汽车软件设计中,将应用程序的不同功能单元(服务)进行拆分,通过定义良好的接口和契约将这些服务联系起来。接口是采用中立的方式进行定义,其应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言,使得构建在各种各样系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。
2、SOA架构在汽车行业的发展现状
SOA 架构平台的发展是汽车行业一场巨大的改革,在 SOA 架构下所形成的产业分工中,车企和供应商纷纷在寻自己的定位。
(一)国外发展现状
•宝马
宝马对 ECU 按照需求进行分类,如图 6 所示,将分散凌乱的ECU、传感器和执行器按类别定义 ECU 系统需求和统一开发方法,甚至统一管理供应商,最终实现系统优化。在中央计算平台进行整车功能的划分,将功能进行严格的抽取和封装,相互之间独立性强,复杂度大大降低,有利于功能单元的移植和复用。
图 6 宝马自动驾驶平台架构
•大众
大众率先采用了面向服务的 MEB架构,如图 7所示。MEB架构是一种用于构造服务的架构模式,主要来源于软件技术,独立域操作系统、编程语言和软件框架。MEB 架构初衷是将软件划分为单独的软件组件,通过最小化组件之间的功能依赖性来提高软件的可扩展性和复用性。
图 7 大众三域电子电气架构从 MEB架构的实现来看,SOA架构思想主要是通过不同服务的相互作用实现一个复杂的功能。每个服务都是一个独立可执行的软件组件,被准确描述了功能范围,通过准确定义的服务接口将功能提供给其他软件组件,服务以组合的形式来调动其他基础服务,然后将功能组合起来。大众也是将相关功能逻辑上移至域控制器,在域控制器下接嵌入式 ECUs、传感器和执行器。
大众还公开了软件架构,使用 CP 和AP 服务中间件来实现 SOA 通信,其中 CP 连接传感器、执行器和嵌入式 ECU,收集信号,通过服务或者信号发送给 AP,AP 作为封装服务,和云端后台或者其他 AP 节点进行服务交互。
•丰田
丰田电子电气架构经历了简单的 LAN 网络到分层 LAN 网络架构的转变,目前采用中央网关和域控制器架构,用于应对复杂的系统需求和与日俱增的开发量。但随着车型的改进不断产生新的变型,系统和软件也变得越来越大,而
且 Tier1 开发过程必须统一管理,基于这些目标,他们提出了 Central & Zone 架构,EE 架构需要引入中控 ECU,所有功能都分配到 ZoneECU。
•现代

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