面向服务架构的汽车软件及其开发方法

面向服务架构(SOA)的汽车软件及其开发方法随着汽车智能化、网联化、共享化的趋势，终端用户对车辆功能的预期也悄然发生着改变，汽车在实现高等级自动驾驶 /辅助驾驶功能的同时，也更趋向于提升用户体验，例如满足快速的功能更新和升级，可以提供个性化、人性化、差异化的功能与服务等。面向服务的软件架构(Service-OrientedArchitecture)正为未来的车辆软件服务提供良好的解决方案。不同于传统汽车电子电气架构中面向信号的架构，面向服务的软件架构(SOA)通过标准化的服务接口，松耦合的服务机制以及可组合扩展的服务特性，结合未来以高性能计算平台一一域控制器——为核心的集中化电子电气架构，将成为未来汽车领域“软件驱动创新”的技术基础。一.为什么要引入SOA汽车软件?SOA是一种软件架构，同时也是一种软件设计方法和理念，在 IT领域已有数十年的应用经验。SOA具备”松耦合”、”接口标准可访问”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。在智能网联汽车中，大量的功能需要控制器(ECU)间的协调工作来实现，当前ECU间基于信号(Signal-Oriented)的点对点通讯将会变得异常复杂，且不具备灵活性和扩展性，微小的功能改动都会引起整车通讯矩阵的改动(图1)。

因此，将SOA引入到当前汽车软件设计中（图2），车辆功能被以面向服务的设计理念架构为不同的服务组件，有别于面向信号的传统架构，SOA中的每个服务都具有唯一且独立互不影响的身份标识 （ID），并通过服务中间件（ServiceMiddleware）完成自身的发布，对其他服务的订阅以及与其他服务的通讯工作。由此，SOA良好的解决了传统架构中因个别功能增减/变更而导致整个通讯矩阵与路由矩阵都要变更的问题。更进一步，由于其”接口标准可访问”的特性，服务组件的部署不再依赖于具体特定的操作系统和编程语言，在一定程度上实现了组件的”软硬分离”。娱乐域控制器运动域控制器'充电管理，•控遍电子樵定..控制器ADAS勺器'充电管理，•控遍电子樵定..控制器ADAS勺器摄像头摄像头'电池管理'■控^福J 信懿 瞻流（新增座更）㈠控制器（新增/变更）图1面向信号的架构(Signal-OrientedArchitecture)

ServicePrmidtT雁务提方CHi^iiiner限弗精方图2面向服务的架构(Service-OrientedArchitecture)二.如何有效的开发SOA汽车软件?对于汽车行业而言，SOA是一套新引入的技术，需要一套有效的流程、方法和工具，用以解决如下三个问题：1）如何分析和设计服务架构，2）如何建模和记录服务架构，3）如何部署和实现面向服务的软件。1）如何分析和设计面向服务的架构？“分析和设计服务架构”的过程是从客户需求到SOA软件架构产出的分析过程，相对于传统汽车软件开发采用的基于功能分解的面向过程分析方法，“用例驱动的开发方法”和“面向服务架构的设计方法”是SOA软件架构开发的两个主要特点。用例(UseCase)驱动的开发方法(图3)指从用户的角度而非开发人员的角度考虑功能需求和系统实现，重视从系统外部观察对系统的使用。由用例驱动的开发活动，可以建立需求和系统功能之间清晰的追溯关系，更好的应对智能网联产品需求的快速迭代更新。面向服务的分析方法(图4)则是以业务为中心，在由用例分析得到系统功能需求的基础上，对业务逻辑进行抽象和封装，从业务角度寻找候选服务(ServiceCandidate)，从架构角度强调服务的重用性(reusable)、自主性(autonomous)以及组合扩展性(composable)特点，充分发挥SOA设计理念的优势，而不是仅仅作为技术实现方式。场景与用1朔分析长期目标层以用产号中出取车辆5P疾方至停考虎环垸国橐驾驶前驾驶中 驾驶结束 离车场景与用1朔分析长期目标层以用产号中出取车辆5P疾方至停考虎环垸国橐驾驶前驾驶中 驾驶结束 离车参与者 参与者图3用例驱动的开发方法图4面向服务的分析方法如何建模和记录面向服务的架构？标准化的建模语言和统一化的文档结构，对提升架构的开发质量、实现架构内容的有效传递具有重要作用。SysML语言和Arc42模板可以作为SOA软件架构的标准语言和文档结构模板。系统建模语言SysML(SystemModelingLanguage )是由统一建模语言UML(UnifiedModelingLanguage)扩展而来的标准化系统建模语言，能够准确表达系统及其组件的需求、行为、结构和属性。Rhapsody软件支持SysML建模，并提供了自动化功能，提高建模效率，同时保证与用例的追溯关系。Arc42明确定义了架构文档的结构，通过统一化的文档，提升开发团队中的信息传递效率和质量。如下图5显示，使用SysML语言，Rhapsody建模工具以及Arc42架构模板进行应用服务架构的开发。邪署在XCU上的服务Service留暑在H涮上施服务ProviderapplicationWCcnsumsrapplicaiicn」CcrijnierapplicationCcniun^Tapplication在HMI内分配服契到应用冠停SysML'盘RhapsodyARC42希构文槽D邪署在XCU上的服务Service留暑在H涮上施服务ProviderapplicationWCcnsumsrapplicaiicn」CcrijnierapplicationCcniun^Tapplication在HMI内分配服契到应用冠停SysML'盘RhapsodyARC42希构文槽D凹』\* *r-i • r4.JS满代呻三曲曾.原诚F.WtftHi；何汇瞅茶Arc42图5SysML语言，Rhapsody工具和ARC42开发模板3）如何部署和实现面向服务的软件“部署和实现面向服务架构的软件”的过程是以SOA软件架构为设计输入，最终开发实现出软件产品的工作过程（图6）。主要包括1）对服务接口行为的开发和实现，完成服务接口与服务主体逻辑的绑定； 2）针对目标运行环境，完成对服务接口参数，服务主体运行参数的配置； 3）服务接口与应用程序策略逻辑的集成编译。AUTOSARAdaptive组件封装了SOA软件底层的通讯细节（包括SOME/IP协议，IPC等），同时提供代理（Proxy）-骨架（Skeleton）模型，该模型以C++面向对象语言描述，方便上层应用开发人员调用标准服务接口（API）进行开发。ApplicationDesignModel是该模型另一种可配置的呈现，开发人员通过使用相应的配置工具对 ApplicationDesignModel进行描述和配置，即可实现基于SOA服务架构的软件落地和部署。使用AUTOSARAdaptive组件完成SOA服务架构软件的开发（图7）:

swcswcTswcswcTr"sAdaptivePlattarm图6部署和实现面向服务的软件应用软件设计模型ApplicationDesignModel(ARXML)图7应用软件设计模型三.SOA汽车软件创新平台联合电子开发的域控制器XCU，提供了部署SOA汽车软件的平台。在硬件方面，XCU具备高算力处理器芯片和多路车规级以太网通道；在软件方面，XCU搭载POSIX操作系统和AUTOSARAdaptive平台。根据SOA软件开发方法，可从两个切入点开展SOA汽车软件平台的开发。1)自下至上，从车辆基础功能/信号出发，将已有的应用功能逻辑/信号(eg:车辆车速信息)抽象或封装成服务组件，这类组件被称为基础服务层(Basic/PlatformServiceLayer) 组件，具有最高的可复用性和可组合性，这些组件将为上层(业务服务层BusinessServiceLayer)的服务组件