【摘" 要】文章提出一種基于Adaptive AUTOSAR的汽車場(chǎng)景引擎應(yīng)用設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)車機(jī)、手機(jī)和云端3種方式獲取用戶編輯好的場(chǎng)景配置文件信息，從而進(jìn)行場(chǎng)景的管理、觸發(fā)判斷和服務(wù)調(diào)度。通過(guò)實(shí)車功能的測(cè)試驗(yàn)證整體方案的可行性和優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】場(chǎng)景引擎;SOA;高并發(fā);車云互聯(lián)

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）12-0024-03

An Automobile Scene Engine that Satisfies High Concurrency

【Abstract】This article proposes a design of an automotive scene engine application based on Adaptive AUTOSAR，which can obtain user edited scene configuration files through three ways： IVI，mobile phone，and cloud，thereby managing scenes，triggering judgments，and service scheduling. The feasibility and advantages of the overall solution were verified through actual vehicle function testing.

【Key words】scene engine;SOA;high concurrency;vehicle-cloud Internet

0" 引言

隨著用戶對(duì)車輛使用體驗(yàn)和信息反饋的日漸重視以及千人千面的定制化功能需求的日益增長(zhǎng)，軟件定義汽車成為了未來(lái)汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)。軟件定義汽車（Software Defined Vehicles，SDV），其本質(zhì)是通過(guò)汽車控制器內(nèi)的軟件快速迭代，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車功能的快速加持或更新，從而滿足用戶對(duì)期待的功能在愛(ài)車中快速實(shí)現(xiàn)的渴求[1]。基于SOA架構(gòu)的場(chǎng)景引擎應(yīng)用將每一個(gè)車輛功能視為一種場(chǎng)景，為軟件定義汽車提供了一種動(dòng)態(tài)配置、快速部署、即刻生效、高擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn)方式。場(chǎng)景引擎和云技術(shù)的結(jié)合使車輛的一些新功能的開(kāi)發(fā)和部署周期大大縮短。

目前，已有車企實(shí)現(xiàn)和量產(chǎn)了具備定制化場(chǎng)景編程能力的汽車，某W車型開(kāi)通25項(xiàng)能力，可任意排序組合全車200多項(xiàng)功能，讓用戶擁有有趣的場(chǎng)景編程智能體驗(yàn)[2]。某L車型應(yīng)用了場(chǎng)景引擎，打造主動(dòng)服務(wù)行車助手，顛覆傳統(tǒng)人車交互模式，讓用戶想要的服務(wù)可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)[3]。

本文設(shè)計(jì)一種基于SOA架構(gòu)和Adaptive AUTOSAR平臺(tái)的場(chǎng)景引擎應(yīng)用，通過(guò)場(chǎng)景編輯器的場(chǎng)景編排和車輛SOA服務(wù)的自由靈活的調(diào)用，用戶可以獲得和使用多種多樣定制的車輛新功能，實(shí)現(xiàn)從功能導(dǎo)向到用戶導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變。

1" 場(chǎng)景引擎整體方案

1.1" 系統(tǒng)架構(gòu)

汽車自定義場(chǎng)景功能所涉及到的系統(tǒng)元素包括場(chǎng)景編輯器、無(wú)線通信模塊、場(chǎng)景引擎、車輛服務(wù)平臺(tái)、汽車傳感器組和執(zhí)行器組。場(chǎng)景編輯器的主要功能是自定義場(chǎng)景的編輯和場(chǎng)景配置文件的生成、下載;場(chǎng)景引擎作為整個(gè)系統(tǒng)的核心組件，實(shí)現(xiàn)全部場(chǎng)景的管理、配置文件的解析、場(chǎng)景條件的監(jiān)控和場(chǎng)景動(dòng)作的調(diào)度等功能;車輛服務(wù)平臺(tái)作為場(chǎng)景執(zhí)行動(dòng)作的載體完成場(chǎng)景引擎的指令。場(chǎng)景引擎作為一個(gè)SOA應(yīng)用軟件模塊，具備可移植和靈活部署的特性，本文的設(shè)計(jì)將其部署于汽車中央網(wǎng)關(guān)之中，使其更方便地與關(guān)聯(lián)控制器進(jìn)行交互。自定義場(chǎng)景系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.2" 場(chǎng)景引擎軟件架構(gòu)

場(chǎng)景引擎是本文論述的重點(diǎn)。場(chǎng)景引擎作為一個(gè)SOA車載應(yīng)用，在設(shè)計(jì)時(shí)著重考慮其以下特點(diǎn)：①滿足多場(chǎng)景管理和高并發(fā)場(chǎng)景運(yùn)行;②車輛和手機(jī)、云端無(wú)線通信的安全性;③服務(wù)調(diào)度的狀態(tài)判斷和仲裁;④硬件資源開(kāi)銷的節(jié)省;⑤軟件功能的可靠性和自檢能力;⑥應(yīng)用的可移植性和擴(kuò)展性。綜合以上本文設(shè)計(jì)一種基于Adaptive AUTOSAR的場(chǎng)景引擎應(yīng)用軟件，其軟件架構(gòu)如圖2所示。

場(chǎng)景引擎應(yīng)用劃分為4個(gè)主要組成部分，分別是場(chǎng)景配置、場(chǎng)景管理、場(chǎng)景監(jiān)控、場(chǎng)景執(zhí)行。場(chǎng)景配置模塊主要處理應(yīng)用和外界通信相關(guān)的功能;場(chǎng)景管理模塊是應(yīng)用的核心組成部分，負(fù)責(zé)場(chǎng)景的存儲(chǔ)、管理和對(duì)場(chǎng)景的常規(guī)操作;場(chǎng)景監(jiān)控模塊主要負(fù)責(zé)監(jiān)控和判斷每個(gè)場(chǎng)景的觸發(fā)條件的滿足性;場(chǎng)景執(zhí)行模塊通過(guò)服務(wù)調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的具體執(zhí)行動(dòng)作。此外，場(chǎng)景引擎作為一個(gè)AP應(yīng)用，使用AP協(xié)議棧中的PHM（平臺(tái)健康管理）功能，即通過(guò)應(yīng)用監(jiān)控模塊上報(bào)自身的運(yùn)行狀態(tài)。

2" 場(chǎng)景引擎軟件設(shè)計(jì)

2.1" 場(chǎng)景配置模塊

場(chǎng)景配置模塊實(shí)現(xiàn)連接場(chǎng)景編輯器、獲取車輛場(chǎng)景、對(duì)無(wú)線通信內(nèi)容進(jìn)行安全校驗(yàn)解析以及上報(bào)車輛狀態(tài)等功能。由于場(chǎng)景配置模塊涉及到車端和手機(jī)、云端的無(wú)線通信，信息安全的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本文通過(guò)3種方法的共同作用保證了通信的安全性，分別是車輛和設(shè)備端無(wú)線傳輸報(bào)文配置的雙向身份認(rèn)證、動(dòng)態(tài)加密算法對(duì)報(bào)文主體內(nèi)容的編解碼和通信內(nèi)容關(guān)鍵值對(duì)信息的核對(duì)。安全編解碼的具體實(shí)現(xiàn)是在實(shí)際傳輸中不使用固定的加密算法，而隨機(jī)調(diào)用密碼庫(kù)中的某個(gè)方法，并在傳輸報(bào)文頭中通過(guò)密碼ID進(jìn)行區(qū)分。

經(jīng)過(guò)場(chǎng)景配置模塊解析后的配置文件是以JSON格式呈現(xiàn)的，如表1所示，包括了場(chǎng)景來(lái)源、場(chǎng)景ID、場(chǎng)景名稱、場(chǎng)景優(yōu)先級(jí)、場(chǎng)景類型、屬性設(shè)置、子場(chǎng)景個(gè)數(shù)、子場(chǎng)景信息、子場(chǎng)景觸發(fā)條件、子場(chǎng)景狀態(tài)條件、子場(chǎng)景執(zhí)行動(dòng)作和動(dòng)作延時(shí)信息等多項(xiàng)配置。這些配置信息即為通過(guò)車輛服務(wù)調(diào)用的新功能。

場(chǎng)景配置模塊同時(shí)也負(fù)責(zé)匯總車輛可用的服務(wù)和場(chǎng)景信息并上報(bào)給車機(jī)、手機(jī)和云端。這些信息通過(guò)場(chǎng)景引擎統(tǒng)一上報(bào)，解決了因每臺(tái)車的實(shí)際服務(wù)和場(chǎng)景清單不同而導(dǎo)致的不同客戶端信息難同步的問(wèn)題。

2.2" 場(chǎng)景管理模塊

場(chǎng)景管理模塊是場(chǎng)景引擎的核心部分，通過(guò)場(chǎng)景容器維護(hù)車輛全部場(chǎng)景的管理，具體包括場(chǎng)景的初始化、安裝、啟用、禁用、刪除、恢復(fù)出廠設(shè)置和非易失性存儲(chǔ)等，場(chǎng)景容器設(shè)定同時(shí)處理場(chǎng)景的最大個(gè)數(shù)（100個(gè)），最大程度上滿足用戶部署車輛新功能的要求。預(yù)處理模塊獲取場(chǎng)景配置文件的解析結(jié)果，并對(duì)每個(gè)服務(wù)的取值有效性進(jìn)行檢查，即是否有類型、范圍溢出和符號(hào)等錯(cuò)誤，存儲(chǔ)和上報(bào)返回的檢查結(jié)果。預(yù)置場(chǎng)景模塊存儲(chǔ)了車輛出廠預(yù)置的若干場(chǎng)景信息，方便用戶使用。

場(chǎng)景狀態(tài)管理維護(hù)了每個(gè)場(chǎng)景的狀態(tài)信息，每個(gè)場(chǎng)景由一個(gè)或多個(gè)子場(chǎng)景組成，子場(chǎng)景狀態(tài)包括初始化、禁能、未觸發(fā)、執(zhí)行中、已完成、故障和超時(shí)7個(gè)，場(chǎng)景的最終狀態(tài)由這些子場(chǎng)景的狀態(tài)共同決定。例如，任一子場(chǎng)景的狀態(tài)是執(zhí)行中整個(gè)場(chǎng)景的狀態(tài)，即執(zhí)行中當(dāng)退出子場(chǎng)景的狀態(tài)是已完成，則整個(gè)場(chǎng)景的狀態(tài)為已完成。場(chǎng)景管理模塊對(duì)外提供了和場(chǎng)景監(jiān)控、場(chǎng)景執(zhí)行、場(chǎng)景狀態(tài)設(shè)置相關(guān)的多個(gè)接口便于和其他模塊進(jìn)行交互。

2.3" 場(chǎng)景監(jiān)控模塊

場(chǎng)景監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)全部場(chǎng)景觸發(fā)條件的監(jiān)控功能。其中的數(shù)據(jù)引擎模塊通過(guò)Field Notify類型的服務(wù)，緩存并動(dòng)態(tài)更新由車輛服務(wù)平臺(tái)提供的全部車輛狀態(tài)信息，這些車輛狀態(tài)值被所有場(chǎng)景共用。場(chǎng)景監(jiān)控模塊維護(hù)一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的監(jiān)控線程，通過(guò)遍歷從場(chǎng)景管理模塊獲取到的全部使能場(chǎng)景的觸發(fā)條件和狀態(tài)條件信息，結(jié)合當(dāng)前及歷史車輛狀態(tài)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)全部場(chǎng)景的觸發(fā)判斷。對(duì)場(chǎng)景條件的統(tǒng)一監(jiān)控節(jié)省了系統(tǒng)開(kāi)銷并使得接口通用化，即場(chǎng)景監(jiān)控模塊在場(chǎng)景有增刪時(shí)不受影響，無(wú)須做出改動(dòng)，滿足了軟件設(shè)計(jì)的開(kāi)閉原則。

場(chǎng)景條件判別包括對(duì)車輛狀態(tài)值的多種比較邏輯：等于、大于、小于、大于等于、小于等于、與、或、非及其組合。這些邏輯運(yùn)算結(jié)合車速、車門、車燈、開(kāi)關(guān)、擋位、用戶語(yǔ)音等不同的車輛信息即可滿足用戶對(duì)場(chǎng)景功能多樣化的使能要求。

2.4" 場(chǎng)景執(zhí)行模塊

場(chǎng)景執(zhí)行模塊通過(guò)消費(fèi)車輛服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景觸發(fā)后車輛執(zhí)行器動(dòng)作的執(zhí)行，其特點(diǎn)就是全部車輛場(chǎng)景共享和實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的高并發(fā)。其中，服務(wù)引擎模塊實(shí)現(xiàn)了Adaptive AUTOSAR的服務(wù)代理接口，主要包括Fire Forget、Request Response和Setter三大類，本文共設(shè)計(jì)281個(gè)服務(wù)接口。服務(wù)調(diào)度模塊通過(guò)添加線程池任務(wù)的方式進(jìn)行服務(wù)執(zhí)行動(dòng)作的下發(fā)，即滿足條件的執(zhí)行動(dòng)作序列可以隨時(shí)進(jìn)行任務(wù)的執(zhí)行，并且不同場(chǎng)景間互不干擾，從而在最節(jié)省資源的方式下滿足多場(chǎng)景觸發(fā)的可行性。

由于車輛執(zhí)行器的特點(diǎn)和屬性各不相同，有的執(zhí)行器動(dòng)作瞬間完成，如打開(kāi)車燈、打開(kāi)空調(diào)等;有的動(dòng)作需要一定的執(zhí)行時(shí)間，如座椅調(diào)節(jié)、車窗控制和天窗調(diào)節(jié)等。這就要求在不同場(chǎng)景需要同時(shí)執(zhí)行同一個(gè)服務(wù)動(dòng)作時(shí)進(jìn)行仲裁判斷。本文提出一種車輛服務(wù)的調(diào)度策略，見(jiàn)表2。

3" 場(chǎng)景引擎實(shí)車測(cè)試

3.1" 基本功能測(cè)試

通過(guò)實(shí)車場(chǎng)景引擎部署并結(jié)合車輛總線工具驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的合理性。場(chǎng)景引擎測(cè)試設(shè)備見(jiàn)表3。

通過(guò)手機(jī)場(chǎng)景編輯器編輯車輛場(chǎng)景信息，并由無(wú)線傳輸?shù)姆绞讲渴鸬杰囕v上。通過(guò)CAN設(shè)備對(duì)這些場(chǎng)景的觸發(fā)條件和執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控。以小憩模式場(chǎng)景為例，其場(chǎng)景編輯器界面如圖3所示，實(shí)車CAN報(bào)文如圖4所示。根據(jù)所編輯的場(chǎng)景信息，當(dāng)場(chǎng)景觸發(fā)時(shí)，車輛執(zhí)行了小憩模式語(yǔ)音播報(bào)、開(kāi)啟位置燈、車輛座椅位置調(diào)節(jié)和空調(diào)開(kāi)啟等動(dòng)作，完全符合預(yù)期的場(chǎng)景結(jié)果。

3.2" 高并發(fā)CPU負(fù)載測(cè)試

對(duì)比每個(gè)場(chǎng)景由獨(dú)立線程進(jìn)行條件監(jiān)控、觸發(fā)和本文設(shè)計(jì)的由單線程監(jiān)控全部場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)高并發(fā)兩種情況下的CPU負(fù)載率。測(cè)試場(chǎng)景數(shù)分別為0、10、20、50、100五種情況。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，本文設(shè)計(jì)的場(chǎng)景引擎方案能夠滿足多場(chǎng)景高并發(fā)的功能要求，在場(chǎng)景數(shù)較少時(shí)和對(duì)比方案性能相差不大;當(dāng)場(chǎng)景數(shù)較多時(shí)，CPU的負(fù)載占用率有了明顯的性能提升，尤其當(dāng)場(chǎng)景數(shù)達(dá)到100個(gè)的時(shí)候，性能提升了將近25%，節(jié)省了控制器資源。

4" 結(jié)束語(yǔ)

本文基于軟件定義汽車的開(kāi)發(fā)理念，提出一種車輛場(chǎng)景引擎應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)實(shí)車測(cè)試進(jìn)行了方案的功能和性能驗(yàn)證，其滿足了場(chǎng)景引擎多場(chǎng)景并發(fā)處理、安全可靠的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龐仁勇，陳文慶，姚昂，等. 軟件定義汽車的功能架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程研究[J]. 汽車電器，2023（11）：35-37.

[2] 威馬汽車擁有個(gè)性化自主編程功能可以讓用戶解鎖豐富的場(chǎng)景模[EB/OL].（2022-02-22）.https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1725436718010484284amp;wfr=spideramp;for=pc.

[3] 斑馬智行AI場(chǎng)景引擎技術(shù)換代升級(jí) 賦能智己汽車服務(wù)智能[EB/OL].（2022-04-21）.https：//www.sohu.com/a/539933034_120616779.