智能座艙架構與芯片-軟件篇

面向服務(wù)的智能座艙軟件架構

面向信號的軟件架構

隨著(zhù)汽車(chē)電子電氣架構向中央計算-域控制器的方向演進(jìn)，甚至向車(chē)云一體化的方向邁進(jìn)，適用于汽車(chē)的軟件平臺也需要進(jìn)行相應的進(jìn)化。

在傳統的觀(guān)念中，座艙域即娛樂(lè )域，座艙軟件架構即運行在座艙域控制器上，主要處理各種娛樂(lè )系統的信息，為汽車(chē)用戶(hù)提供豐富多彩且方便可用的娛樂(lè )信息系統。

與之相對應的，是基于信號架構的座艙軟件體系。

軟件架構演進(jìn)

面向信號的軟件架構，匹配的是分布式ECU的電子電氣架構。但隨著(zhù)EE架構的演進(jìn)，自動(dòng)駕駛域，車(chē)身控制域，智能座艙域逐步融合成統一的中央計算平臺。此時(shí)的智能座艙軟件系統已經(jīng)不僅僅承載娛樂(lè )域功能，還將融合車(chē)身控制HMI，車(chē)內外通信，ADAS信息顯示等一系列的功能。與之所匹配的軟件架構，需要演進(jìn)到面向服務(wù)的軟件體系架構。座艙軟件不是一個(gè)獨立的域控制器軟件體系，而是面向服務(wù)的整車(chē)軟件架構中的一環(huán)。

參考一個(gè)以用戶(hù)為中心的融合式智能服務(wù)場(chǎng)景，如下：

圖片來(lái)源：<汽車(chē)軟件全景圖(2022)>

針對上述汽車(chē)軟件的演進(jìn)趨勢，面向服務(wù)的基礎軟件架構逐漸成為業(yè)界共識。相比面向信號的軟件架構，面向服務(wù)的軟件架構主要增加了信息分發(fā)和基礎服務(wù)框架等中間件內容。

其中一個(gè)正在進(jìn)行的范例是ASF軟件架構。

ASF是AUTOSEMO Service Framework的縮寫(xiě)，AUTOSEMO (中國汽車(chē)基礎軟件生態(tài)委員會(huì ))聯(lián)盟攜手行業(yè)內主流車(chē)企和零部件企業(yè)， 針對整車(chē)通用基礎服務(wù)研制的整車(chē)服務(wù)框架規范。通過(guò)該規范統一服務(wù)和接口，實(shí)現高效的整車(chē)控制器 設計、開(kāi)發(fā)，讓跨廠(chǎng)商集成更便捷、可靠。

圖片來(lái)源：中國汽車(chē)基礎軟件發(fā)展白皮書(shū)3.0

ASF 是一組為功能服務(wù)開(kāi)發(fā)、使用和集成而設計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)調用，用于對功能服務(wù)在整車(chē)平臺的能力進(jìn)行擴展，并實(shí)現整車(chē)各系統之間的協(xié)同，保證整車(chē)軟件平臺的整體性并進(jìn)行統一管控。

ASF 主要可分為原子服務(wù)、SOA 增強型服務(wù)、系統級基礎服務(wù)、整車(chē)級基礎服務(wù)。軟件架構設計師需基于各服務(wù)類(lèi)型進(jìn)行服務(wù)定義、設計，使 ASF 分層和功能定義更加清晰。在服務(wù)設計過(guò)程中遵循以下原則：

SOA 增強型服務(wù)具有通用性：即可為所有的應用服務(wù)提供通用功能，應用服務(wù)基于服務(wù)自身需求可使用該類(lèi)服務(wù)，如數據存儲、服務(wù)信號轉換、服務(wù)調試等諸如此類(lèi)的通用化功能。

系統級基礎服務(wù)，具有一定范圍的（如某操作系統或控制器之上）通用性，且具有抽象性：即對基礎軟件開(kāi)發(fā)平臺（如 AUTOSAR Adaptive/Classic、Android 等）提供的通用化功能進(jìn)行抽象，并提供給應用服務(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(chē)級系統服務(wù)具有全局性：即該類(lèi)服務(wù)的設計更多關(guān)注的是整車(chē)層面對車(chē)內所有系統的通用化功能進(jìn)行協(xié)同和管控，該層服務(wù)是對系統基礎服務(wù)在整車(chē)層面的抽象和管控，即通過(guò)該層服務(wù)可以配置和控制系統基礎服務(wù)，如整車(chē)健康管理服務(wù)、整車(chē)網(wǎng)絡(luò )管理服務(wù)、整車(chē)時(shí)鐘服務(wù)、整車(chē)電源 管理服務(wù)等。

動(dòng)態(tài)服務(wù)具有動(dòng)態(tài)配置性：即應用服務(wù)在運行過(guò)程中可對服務(wù)進(jìn)行配置，并基于配置輸入執行動(dòng)態(tài)服務(wù)的功能。

原子服務(wù)具有獨立性：即其設計應與硬件配置和實(shí)現無(wú)關(guān)，與上層功能服務(wù)層和下層的硬件驅動(dòng)層解耦，完全獨立。

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

SOA 增強型服務(wù)

SOA 增強服務(wù)是在國際共同討論的基礎平臺進(jìn)行服務(wù)框架擴展，封裝通用化的基礎功能。應用服務(wù)調用此類(lèi)服務(wù)的接口更加方便完善其功能軟件邏輯、便于系統集成和敏捷測試。 該類(lèi)服務(wù)為一組服務(wù)集群，以 Lib 庫的形式集成在應用服務(wù)中，并提供滿(mǎn)足國際共同討論的自適應 性標準的服務(wù)接口，使接口標準完整統一。主要包含模塊：服務(wù)調試、服務(wù)轉換、服務(wù)權限、服務(wù)同步、 SOA For Android、日志管理、動(dòng)態(tài)數據收集、診斷管理。

系統級基礎服務(wù)

系統級基礎服務(wù)描述車(chē)端各類(lèi)域控及網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，基于通用基礎軟件提供的底層支持，進(jìn)行相應的封 裝和擴展，實(shí)現各類(lèi)通用化服務(wù)功能和框架及在此基礎上形成的面向上層應用的各類(lèi)服務(wù)接口（SDK接口、 API 接口、IPC 接口、RPC 接口等）。

系統基礎服務(wù)包括通用支撐類(lèi)服務(wù)和公共框架類(lèi)服務(wù)。通用支撐類(lèi)服務(wù)包括服務(wù)治理（服務(wù)發(fā)布及發(fā)現）及服務(wù)容器、服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)及限流降級、數據訂閱及發(fā)布、集群管理、消息總線(xiàn)等。公共框架類(lèi)服務(wù)包 括升級管理服務(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)、數據收集等。

整車(chē)級系統基礎服務(wù)

整車(chē)級系統基礎服務(wù)是將各控制器節點(diǎn)的能力，通過(guò)跨域、跨核組合成整車(chē)級別的業(yè)務(wù)功能，以對應用層提供整車(chē)級統一的調用。整車(chē)級系統基礎服務(wù)包含整車(chē)電源管理服務(wù)、整車(chē)健康管理服務(wù)、整車(chē)時(shí)鐘 服務(wù)、整車(chē)診斷 Master、整車(chē)版本管理服務(wù)、整車(chē)數據采集服務(wù)、整車(chē)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(chē)云一體的云端平臺（ 比如：開(kāi)發(fā)者平臺）提供工具鏈支持，對接技術(shù)生態(tài) 及運營(yíng)，從而在運行態(tài)具備靈活更新的能力。動(dòng)態(tài)服務(wù)開(kāi)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(chē)端建立同步機制。 動(dòng)態(tài)服務(wù)開(kāi)發(fā)面對的角色，不再局限于傳統的 OEM/ 供應商角色，而是拓展面向第三方開(kāi)發(fā)者，甚 至是車(chē)主。

原子服務(wù)

原子服務(wù)是執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)數值或者執行 一個(gè)I/O操作。通過(guò)將域控制器的硬件功能，拆分為最小功能的原子服務(wù)，并統一定義原子服務(wù)的訪(fǎng)問(wèn)接口， 從而實(shí)現軟硬件的完全隔離。軟硬件隔離后，車(chē)載硬件不再綁定特定的功能，應用軟件得以自由使用車(chē) 載硬件，實(shí)現更加靈活多樣化的功能。例如方向盤(pán)在正常行駛過(guò)程中，用于控制車(chē)輛的轉向，當車(chē)輛處 于非駕駛模式時(shí)，又可以成為中控大屏游戲應用的控制手柄。

面向服務(wù)的軟件架構

根據上述的描述，我們可以抽象得出面向服務(wù)的座艙軟件架構，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)機制。一個(gè)較詳細的分解可以參考汽車(chē)軟件全景圖文檔。

圖片來(lái)源：<汽車(chē)軟件全景圖(2022)>

SOA Framework目前已經(jīng)是行業(yè)內各廠(chǎng)家正在主攻的方向，隨著(zhù)中央計算-區域控制架構的逐步實(shí)現，SOA 中間件將發(fā)揮出重要的作用。

參考文獻

2021中國汽車(chē)座艙智能化發(fā)展市場(chǎng)需求研究報告.pdf -- 億歐智庫

汽車(chē)軟件全景圖(2022).pdf -- 國科礎石

中國汽車(chē)基礎軟件發(fā)展白皮書(shū)3.0 -- 中國汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )軟件分會(huì )

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