樸春日，欒 輝

0 引 言

智能化、網(wǎng)聯(lián)化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方面。汽車新功能的開發(fā)速度越來越快，軟件布署更加復雜，用戶要求愈加豐富，這些對傳統(tǒng)電子電氣架構(gòu)提出了挑戰(zhàn)，新的電氣架構(gòu)開發(fā)模式逐漸出現(xiàn)。從IT 領(lǐng)域引入的SOA （Service-Oriented Architecture，面向服務架構(gòu)）被認為是能夠支持未來汽車軟件發(fā)展的核心技術(shù)之一[1]。

SOA 自20 世紀90 年代被提出后，在IT 領(lǐng)域獲得快速發(fā)展和廣泛應用[2]。將汽車軟件封裝成服務以提高軟件的可維護性和可重用性的思想[3]是汽車SOA架構(gòu)的核心理念。這些服務軟件模塊具有低耦合、自治的特點和標準接口，通過SOME/IP（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP，基于IP 可擴展的面向服務的通信中間件協(xié)議）被其他模塊調(diào)用。SOME/IP 是面向服務的通信協(xié)議，不同ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）之間通過Client/Server （客戶端/服務端） 或Sender/Reciever（發(fā)送端/接收端）方式進行通信，數(shù)據(jù)只在有需要時進行傳輸，有效降低總線負載[4]。

目前，汽車領(lǐng)域多家企業(yè)已進行了相關(guān)探索。聯(lián)合汽車電子有限公司提出將AP （Adaptive Platform，自適應平臺）中間件集成于所開發(fā)的XCU（域控制器）平臺，以完成 SOA 汽車軟件的實現(xiàn)和布署[1]。 寶馬公司在新一代E/E （Electrical/Electronic，電子電氣）架構(gòu)中引入SOA 方法，為整個系統(tǒng)提供大量抽象服務[5]。

本文構(gòu)建一種基于SOA 的車輛服務平臺，其上運行車身域和娛樂域的多種基礎(chǔ)服務，包括電氣件狀態(tài)服務如門鎖狀態(tài)、燈狀態(tài)等，電氣件控制服務如打開雨刮、播放音樂等。這些服務對外提供SOME/IP 接口和MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議）接口，方便其他應用調(diào)用。用戶可對各類服務自由靈活調(diào)用編排，使之成為定制的車輛新功能。

1 SOA服務平臺系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

SOA 服務平臺系統(tǒng)由應用層、服務層和傳感執(zhí)行層3 部分組成。（1）應用層布署和實現(xiàn)SOA 場景功能APP 軟件，例如提神模式、自定義場景等，并且可調(diào)用服務層服務，基于預設(shè)邏輯、時序等實現(xiàn)特定的應用場景功能。應用層的應用場景由場景編輯器開發(fā)，操作流程如圖1所示，編輯場景時首先定義進入場景的條件，包括觸發(fā)條件和狀態(tài)條件兩類，之后設(shè)置對應場景的執(zhí)行動作，并確定是否定義退出場景。全部內(nèi)容定義完成后，將場景配置文件下載至車端。（2）服務層布署和實現(xiàn)SOA 服務軟件，例如外燈服務、導航服務等，該層一方面接收傳感執(zhí)行層狀態(tài)信號，向傳感執(zhí)行層發(fā)送控制信號，封裝信號為服務，另一方面向應用層提供服務能力，供應用層調(diào)用。（3）傳感執(zhí)行層提供車輛基礎(chǔ)的傳感、執(zhí)行能力，主要包括娛樂域、車身域。

圖1 場景編輯器操作流程

1.2 服務劃分

服務作為面向服務設(shè)計的最基本單元，承載了特定責任，為降低服務間的耦合，服務劃分應滿足單一責任、低依賴和基于場景劃分的原則[6]。據(jù)此將常見的車身域和娛樂域功能抽離出來封裝成元服務，總計46 個服務、281 個服務接口，見表1，其中每個服務均由若干子服務（接口）組成，包括車輛已定義并實現(xiàn)的服務（車輛支持）、車輛已定義未實現(xiàn)的服務（車輛未支持）以及車輛未定義的服務（預留）。

表1 服務劃分

1.3 硬件布署

SOA 服務平臺系統(tǒng)的硬件布署如圖2 所示。應用層布署在Scene Engine（場景引擎控制器）上，保存場景編輯器中的新應用。服務層布署在BU（中央域控制器）上，實現(xiàn)全部服務的獨立運行。傳感執(zhí)行層布署在HU（HMI Unit，人機交互單元）和其他車身域電氣件上，提供車輛狀態(tài)和實現(xiàn)具體執(zhí)行動作。BU 上運行Adaptive AUTOSAR（自適應平臺），既可通過SOME/IP 接口對外提供服務，又可借助一個應用代理模塊通過MQTT接口對外提供服務。服務層和傳感執(zhí)行層之間通過CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡）進行交互。此外，新應用的開發(fā)通過布署在PAD（Portable Android Device，便攜式安卓設(shè)備）上的場景編輯器實現(xiàn)，可將應用下載到Scene Engine中。

圖2 硬件布署

2 SOA服務平臺軟件

2.1 Scene Engine

Scene Engine實現(xiàn)場景配置文件的無線下載和車端布署、SOA 應用管理和場景觸發(fā)等，其中場景配置文件的格式為JSON。Scene Engine 軟件分為4 個模塊：MQTT、數(shù)據(jù)引擎、場景引擎和服務引擎，如圖3 所示。（1）MQTT 負責與PAD 進行無線通信，接收、校驗和解析SOA 應用配置文件、上報場景狀態(tài)等，通信協(xié)議為MQTT；（2） 數(shù)據(jù)引擎通過SOME/IP 通信方式訂閱車輛車身域和娛樂域的各種服務狀態(tài)，并發(fā)送給Scene Engine，通過狀態(tài)信息和場景配置文件中的觸發(fā)條件判斷場景觸發(fā)與否；（3）場景引擎負責車輛SOA應用（場景）管理，如增加、刪除、啟用、禁用某個場景等，核心功能是監(jiān)控已啟用的全部場景的觸發(fā)條件是否滿足，當某個場景的觸發(fā)條件滿足時則調(diào)用服務引擎響應車輛執(zhí)行動作的請求；（4）服務引擎為SOME/IP 通信代理端，負責響應場景引擎的請求指令，如解鎖車門、打開音樂等，并實現(xiàn)各種車輛服務的調(diào)用。

圖3 Scene Engine組成

Scene Engine是SOA車輛服務平臺的核心組成部分。

2.2 BU

BU 為運行車輛SOA 中間件的平臺，實現(xiàn)車身域和娛樂域全部服務的邏輯和對外提供接口，其軟件模塊包括MQTT 通信模塊、CAN 通信模塊、SOME/IP 通信模塊和服務邏輯模塊，如圖4 所示。（1）服務邏輯模塊負責車身和娛樂域服務邏輯的實現(xiàn)，并與CAN 進行交互，完成車輛狀態(tài)的獲取和車輛操作的執(zhí)行；（2）CAN 通信模塊負責車輛CAN 解析，同時接收和發(fā)送CAN 信號；（3）SOME/IP 通信模塊將各車輛服務通過SOME/IP方式對外提供；（4）MQTT 通信模塊將各車輛服務通過MQTT 方式對外提供。

圖4 BU組成

BU 是車輛SOA 服務平臺的服務層，可進行服務的動態(tài)布署和更新。

2.3 場景編輯器

場景編輯器是一款安裝在車載PAD 端可創(chuàng)建車輛運行時各種場景的軟件，包括兩個模塊：場景管理和場景編輯。（1）場景管理可通過在主頁面點擊“我的場景”進入，顯示了當前車輛擁有的所有場景，可對場景進行新增、編輯、刪除和執(zhí)行操作；（2）場景編輯是允許用戶為場景編輯場景名稱、場景描述、場景觸發(fā)條件和場景執(zhí)行操作，即創(chuàng)建車輛新功能應用。

當車輛滿足觸發(fā)條件時，已安裝在車端的場景會執(zhí)行相應操作。

場景編輯器匹配安卓操作系統(tǒng)，可由引擎Cocos Creator 開發(fā)。編輯器使用單場景模式，即只有一個主場景，多個預制體進行頁面切換，通信協(xié)議為MQTT。

3 新功能實例

通過SOA 車輛服務平臺，用戶使用場景編輯器編輯車輛新功能并下載到車端。本文以迎賓模式和分心模式為例說明新功能的實現(xiàn)過程。

3.1 迎賓模式

迎賓模式為用戶自定義的新功能，當用戶拉開車門時被觸發(fā)，執(zhí)行一系列動作，包括調(diào)節(jié)座椅、開啟空調(diào)、播放音樂、變換座艙主題等，實車測試如圖5所示。

圖5 迎賓模式實車數(shù)據(jù)

由圖5 可知，根據(jù)實車CAN 信號，迎賓功能的觸發(fā)條件為：擋位為P 擋（信號3）、主駕門關(guān)閉（信號2）、主駕無人（信號4）、用戶解鎖車輛（信號1）；觸發(fā)后執(zhí)行迎賓功能：危險警報燈閃爍2 s（信號6）、位置燈和近光燈打開（信號5、7）、座椅X向位置調(diào)節(jié)至最大腿部空間（信號8、9）。從解鎖車輛（信號1 對應的第1 條豎直虛線）到第1 個執(zhí)行動作被觸發(fā)（信號6 對應的第2 條豎直虛線）的時間約為800 ms，并發(fā)的執(zhí)行動作也同時被觸發(fā)，滿足自定義的迎賓場景的功能和性能要求。

3.2 分心模式

車輛行駛中，當識別出用戶分心行為如打電話、低頭等時，需通過語音、屏幕圖文、車窗下降、空調(diào)調(diào)節(jié)等方式提醒用戶注意行車安全，實車測試如圖6 所示。

圖6 分心模式實車數(shù)據(jù)

由圖6 可知，根據(jù)實車CAN 信號，分心模式的觸發(fā)條件為：擋位為D 擋（信號2）、主駕有人（信號3）、系統(tǒng)識別到駕駛員注意力不集中（信號1）；觸發(fā)后執(zhí)行分心模式動作：打開左前和右前車窗（信號4、5）。從識別出駕駛員分心（信號1 對應的第1 條豎直虛線）到車輛執(zhí)行動作被觸發(fā)（信號4 對應的第2 條豎直虛線）的時間約為400 ms，滿足自定義的分心模式的功能和性能要求。

4 結(jié)束語

本文基于SOA 的開發(fā)理念，提出一種車輛服務平臺系統(tǒng)及軟硬件設(shè)計方案，通過自定義新功能迎賓模式和分心模式，驗證設(shè)計方案有效可行。