2023年面向服务架构SOA汽车软件研发体系.docx

面向效劳架构SOA汽车软件研发体系 　 Page 10 　面向效劳架构(SOA)的汽车软件研发体系 　目 录 　 TOC \o "1-3" \h \z \u 一、 概述 3 　 二、 为什么要引入SOA汽车软件 3 　 三、 如何有效的开发SOA汽车软件 6 　 四、 SOA汽车软件创新平台 13 　概述 　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、差异化的功能与效劳等。 　面向效劳的软件架构(Service-Oriented Architecture)正为未来的车辆软件效劳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，面向效劳的软件架构(SOA)通过标准化的效劳接口，松耦合的效劳机制以及可组合扩展的效劳特性，结合未来以高性能计算平台——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〞的技术根底。 　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，联合电子将SOA引入到当前汽车软件设计中(图2)，车辆功能被以面向效劳的设计理念架构为不同的效劳组件，有别于面向信号的传统架构，SOA中的每个效劳都具有唯一且独立互不影响的身份标识(ID)，并通过效劳中间件(Service Middleware)完成自身的发布，对其他效劳的订阅以及与其他效劳的通讯工作。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，效劳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〞软硬别离〞。 　图1 面向信号的架构(Signal-Oriented Architecture) 　图2 面向效劳的架构(Service-Oriented Architecture) 　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) 如何分析和设计效劳架构，2) 如何建模和记录效劳架构，3)如何部署和实现面向效劳的软件。 　1) 如何分析和设计面向效劳的架构 　“分析和设计效劳架构〞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“面向效劳架构的设计方法〞是SOA软件架构开发的两个主要特点。 　用例(Use Case)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。 　面向效劳的分析方法(图4)那么是以业务为中心，在由用例分析得到系统功能需求的根底上，对业务逻辑进行抽象和封装，从业务角度寻找候选效劳〔Service Candidate〕，从架构角度强调效劳的重用性(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。 　图3 用例驱动的开发方法 　图4 面向效劳的分析方法 　2) 如何建模和记录面向效劳的架构 　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〔System Modeling Language〕是由统一建模语言UML〔Unified Modeling Language〕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。 　如以下列图5显示，联合电子使用SysML语言，Rhapsody建模工具以及Arc42架构模板进行应用效劳架构的开发。 　图5 SysML语言，Rhapsody工具和ARC42开发模板 　3) 如何部署和实现面向效劳的软件 　“部署和实现面向效劳架构的软件〞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)对效劳接口行为的开发和实现，完成效劳接口与效劳主体逻辑的绑定；2) 针对目标运行环境，完成对效劳接口参数，效劳主体运行参数的配置；3)效劳接口与应用程序策略逻辑的集成编译。 　AUTOSAR Adaptive 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效劳接口(API)进行开发。Application Design Model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Application Design Model进行描述和配置，即可实现基于SOA效劳架构的软件落地和部署。联合电子使用AUTOSAR Adaptive组件完成SOA效劳架构软件的开发(图7)： 　图6 部署和实现面向效劳的软件 　图7 应用软件设计模型 　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AUTOSAR Adaptive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，从车辆根底功能/信号出发，将已有的应用功能逻辑/信号(eg:车辆车速信息)抽象或封装成效劳组件，这类组件被称为根底效劳层(Basic/Platform Service Layer)组件，具有最高的可复用性和可组合性，这些组件将为上层(业务效劳层Business Service Layer)的效劳组件提供最根底的支持。 　2)自上而下，从整车业务逻辑和用例出发，结合各领域的核心业务知识，设计业务效劳层(Business Service Layer)的效劳组件；同时，遵循效劳组件的复用性和自主性等原那么，向下设计规划根底效劳层(Basic/Platform Service Layer)的效劳组件(图8)。 　图8 基于域控制器(XCU)的SOA效劳架构