我分別從E/E架構(gòu)、通訊方式、軟件合作模式、汽車總線、軟件架構(gòu)和流程標準等方面談下可能涉及的變化,認識比較淺且內(nèi)容會很長,歡迎拍磚。

一、汽車E/E架構(gòu):分布式->域集中->中央計算機

目前的汽車有多達幾十甚至上百個電子控制單元并連接到多種總線上,平均來說,目前的汽車大約采用25個ECU,但一些高端車型已經(jīng)超過100個ECU。在過去,汽車電子電氣架構(gòu)一直遵循著“一個功能一個盒子”的分布式架構(gòu)模式。如變速箱控制由TCU負責,發(fā)動機控制由EMS負責,雖這兩個同樣在動力域但分別由供應(yīng)商提供各自的硬件和軟件。在這樣的汽車電子電氣架構(gòu)形式下,每增加一個功能,就需要動相應(yīng)的控制器,涉及多方的交流和維護成本,進一步增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。最終會導致一個規(guī)模更大且復(fù)雜的車載網(wǎng)絡(luò)和布線,也從另一方面影響整車的輕量化。

面對汽車功能和軟件復(fù)雜度的提升,需要對汽車E/E架構(gòu)進行重構(gòu),建立更加靈活的體系架構(gòu)。域控制器也是最近這些年才熱起來的,所謂的域就是將整車劃歸為不同的區(qū),如動力域、車身域、底盤域、娛樂域等,每個域只掛載單個控制器來負責所在域的功能,減少之前一個功能、一個“盒子”的分布式E/E架構(gòu)復(fù)雜的布線和集成:其實就是將多個控制器的軟件糅合進一個控制器,例如對于純電車,動力域有BMS、MCU、VCU、DCDC等控制器,將這些控制器的功能全部放在一個控制器里,并交給一方來做,不僅省了其他控制器硬件成本的錢,也由對接多方轉(zhuǎn)為對接一方,想想也美滋滋。

域控制器可大大降低控制器數(shù)量和整車布線,而多核異構(gòu)芯片、Hypervisor等技術(shù)都從軟硬件方面為域控制發(fā)展和應(yīng)用提供了支持。目前BOSCH等供應(yīng)商都已有相應(yīng)的域控制器產(chǎn)品,但實現(xiàn)真正的域集中E/E架構(gòu)依然還需要很長時間,畢竟這不是一己之力才能實現(xiàn)的,需要OEM、供應(yīng)商等共同大力合作和推進才能實現(xiàn)。例如同一個域控制器中軟件可能由多個供應(yīng)商提供,每個供應(yīng)商除了負責各自軟件的升級,還涉及復(fù)雜且不同類型軟件的集成和測試,那么使集成和升級工作變的相對容易些就是一個問題。再比如不同域的域控制器由不同供應(yīng)商與OEM合作開發(fā),又會帶來很多新的問題。

域控制器最終的目標是中央計算機架構(gòu),中央計算機由異構(gòu)的多核處理器構(gòu)成,將整車功能集中到一起。

二、在基于信號通訊的基礎(chǔ)上引入面向服務(wù)(SOA)的通訊,并融合兩者的優(yōu)勢

基于信號的通訊方式,即信息發(fā)送者不Care誰接收而只負責將信號發(fā)送出去,接收者也不Care是誰發(fā)送的而只負責接收自己的想要的即可。基于信號的通訊可將某節(jié)點的某信息通過總線傳送給需要該信息的其他節(jié)點,信息主要為一些物理狀態(tài)值及一些控制值,如發(fā)送機轉(zhuǎn)速、車速等,信號有周期、事件或混合觸發(fā)方式。

基于信號的通訊是目前車載總線普遍采用的,如控制器之間通過CAN總線進行的信息傳輸,我們關(guān)注的是通訊矩陣上的幀、幀中所包含的信號、周期和交互的節(jié)點等信息。

SOA是一種軟件架構(gòu),同時也是一種軟件設(shè)計方法和理念,在IT領(lǐng)域已有數(shù)十年的應(yīng)用經(jīng)驗。SOA具備 “松耦合”、”接口標準可訪問”和”易于擴展”等特點,使得開發(fā)人員能以最小的軟件變更應(yīng)對迭代多變的客戶需求。迄今為止,對于面向服務(wù)的架構(gòu)(Service-Oriented Architecture,SOA)還沒有一個公認的定義,許多組織從不同的角度對 SOA 進行了描述,較為典型的有以下三個:

(1)W3C 的定義:SOA 是一種應(yīng)用程序架構(gòu),在這種架構(gòu)中,所有功能都定義為獨立的服務(wù),這些服務(wù)帶有定義明確的可調(diào)用接口,能夠以定義好的順序調(diào)用這些服務(wù)來形成業(yè)務(wù)流程。

(2)Service-architecture．com 的定義:服務(wù)是精確定義、封裝完善、獨立于其他服務(wù)所處環(huán)境和狀態(tài)的函數(shù)。SOA 本質(zhì)上是服務(wù)的集合,服務(wù)之間彼此通信,這種通信可能是簡單的數(shù)據(jù)傳送,也可能是兩個或更多的服務(wù)協(xié)調(diào)進行某些活動。服務(wù)之間需要某些方法進行連接。

(3)Gartner 的定義:SOA 是一種 C/S 架構(gòu)的軟件設(shè)計方法,應(yīng)用由服務(wù)和服務(wù)使用者組成,SOA 與大多數(shù)通用的 C/S 架構(gòu)模型不同之處,在于它著重強調(diào)構(gòu)件的松散耦合,并使用獨立的標準接口。

那如何理解SOA呢?理解SOA要以下面的例子先了解服務(wù)、服務(wù)接口和服務(wù)相關(guān)角色三個概念:

服務(wù)指的是某種功能的函數(shù)或方法,如上面的Weather Service和Map Service可分別提供天氣和地圖信息,就是一種服務(wù)。而服務(wù)接口則是服務(wù)與外界聯(lián)系的窗口,及作為服務(wù)模塊與外界能夠進行信息交互的API。

常用的服務(wù)接口有方法Method、事件Event和字段Feild(可參考本公眾號車載以太網(wǎng)那兩篇),如下:

服務(wù)相關(guān)角色我們常接觸的有服務(wù)器端Server、客戶端Client和服務(wù)注冊和代理方,首先服務(wù)注冊和代理實現(xiàn)服務(wù)的注冊/訂閱/發(fā)布等;客戶端用于使用服務(wù)接口調(diào)用使用服務(wù),而服務(wù)器端則用于實現(xiàn)服務(wù)。

汽車為何要引入SOA?首先基于SOA的通訊方式有如下優(yōu)點:

1、服務(wù)高內(nèi)聚,軟件易重用:一個服務(wù)往往只關(guān)注一件事并把這件事做好,這件事的內(nèi)容(功能)需要從業(yè)務(wù)的角度進行梳理,

2、服務(wù)的靈活部署:通過服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制,可在控制器運行時獲取服務(wù)的位置和提供方,并可在整車生命周期內(nèi)調(diào)整服務(wù)角色的部署位置,使功能分配更靈活。

3、軟件更新升級更快捷:一個功能改變可能只需要升級和更新一個服務(wù),而且服務(wù)是一個獨立可執(zhí)行單元可單獨安裝升級,因此軟件維護和擴展更容易。

因此基于上面的優(yōu)勢,伴隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的趨勢,終端用戶對車輛功能的預(yù)期也悄然發(fā)生著改變,汽車在實現(xiàn)高等級自動駕駛/輔助駕駛功能的同時,也更趨向于提升用戶體驗,例如滿足快速的功能更新和升級,可以提供個性化、人性化、差異化的功能與服務(wù)等。面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(Service-Oriented Architecture)正為未來的車輛軟件服務(wù)提供良好的解決方案。不同于傳統(tǒng)汽車電子電氣架構(gòu)中面向信號的架構(gòu),面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)通過標準化的服務(wù)接口,松耦合的服務(wù)機制以及可組合擴展的服務(wù)特性

基于上面的介紹,基于信號的通訊僅支持發(fā)送和接收模式,支持的數(shù)據(jù)類型簡單且可擴展性差,適用于有限大小數(shù)據(jù)交互的應(yīng)用場景。而諸如自動駕駛等先進應(yīng)用場景加入后,大量數(shù)據(jù)的動態(tài)交互必須采用面向服務(wù)的通訊方式以提高通訊效率降低負載,在該種方式下,接收者作為客戶端,只需要查找、訂閱服務(wù)等待接收信息即可,而發(fā)送者作為服務(wù)提供者只需要給訂閱者提供服務(wù)和信息即可,因基于SOA的通訊支持請求/響應(yīng)模式,可擴展性強且支持復(fù)雜數(shù)據(jù)的傳輸,因此應(yīng)發(fā)揮各自優(yōu)勢。