揭秘未來(lái)汽車電子可能的變化？

目前的汽車有多達(dá)幾十甚至上百個(gè)電子控制單元并連接到多種總線上,平均來(lái)說(shuō),目前的汽車大約采用25個(gè)ECU,但一些高端車型已經(jīng)超過(guò)100個(gè)ECU。在過(guò)去,汽車電子電氣架構(gòu)一直遵循著“一個(gè)功能一個(gè)盒子”的分布式架構(gòu)模式。如變速箱控制由TCU負(fù)責(zé),發(fā)動(dòng)機(jī)控制由EMS負(fù)責(zé),雖這兩個(gè)同樣在動(dòng)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(gè)功能,就需要?jiǎng)酉鄳?yīng)的控制器,涉及多方的交流和維護(hù)成本,進(jìn)一步增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。最終會(huì)導(dǎo)致一個(gè)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(duì)汽車功能和軟件復(fù)雜度的提升,需要對(duì)汽車E/E架構(gòu)進(jìn)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(lái)的,所謂的域就是將整車劃歸為不同的區(qū),如動(dòng)力域、車身域、底盤域、娛樂(lè)域等,每個(gè)域只掛載單個(gè)控制器來(lái)負(fù)責(zé)所在域的功能,減少之前一個(gè)功能、一個(gè)“盒子”的分布式E/E架構(gòu)復(fù)雜的布線和集成:其實(shí)就是將多個(gè)控制器的軟件糅合進(jìn)一個(gè)控制器,例如對(duì)于純電車,動(dòng)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(gè)控制器里,并交給一方來(lái)做,不僅省了其他控制器硬件成本的錢,也由對(duì)接多方轉(zhuǎn)為對(duì)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。實(shí)現(xiàn)真正的域集中E/E架構(gòu)依然還需要很長(zhǎng)時(shí)間,畢竟這不是一己之力才能實(shí)現(xiàn)的,需要OEM、供應(yīng)商等共同大力合作和推進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)。例如同一個(gè)域控制器中軟件可能由多個(gè)供應(yīng)商提供,每個(gè)供應(yīng)商除了負(fù)責(zé)各自軟件的升級(jí),還涉及復(fù)雜且不同類型軟件的集成和測(cè)試,那么使集成和升級(jí)工作變的相對(duì)容易些就是一個(gè)問(wèn)題。再比如不同域的域控制器由不同供應(yīng)商與OEM合作開(kāi)發(fā),又會(huì)帶來(lái)很多新的問(wèn)題。

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

在基于信號(hào)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(shì)

基于信號(hào)的通訊方式,即信息發(fā)送者不Care誰(shuí)接收而只負(fù)責(zé)將信號(hào)發(fā)送出去,接收者也不Care是誰(shuí)發(fā)送的而只負(fù)責(zé)接收自己的想要的即可?；谛盘?hào)的通訊可將某節(jié)點(diǎn)的某信息通過(guò)總線傳送給需要該信息的其他節(jié)點(diǎn),信息主要為一些物理狀態(tài)值及一些控制值,如發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等,信號(hào)有周期、事件或混合觸發(fā)方式。

基于信號(hào)的通訊是目前車載總線普遍采用的,如控制器之間通過(guò)CAN總線進(jìn)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(hào)、周期和交互的節(jié)點(diǎn)等信息。

SOA是一種軟件架構(gòu),同時(shí)也是一種軟件設(shè)計(jì)方法和理念,在IT領(lǐng)域已有數(shù)十年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。SOA具備 “松耦合”、”接口標(biāo)準(zhǔn)可訪問(wèn)”和”易于擴(kuò)展”等特點(diǎn),使得開(kāi)發(fā)人員能以最小的軟件變更應(yīng)對(duì)迭代多變的客戶需求。迄今為止,對(duì)于面向服務(wù)的架構(gòu)(Service-Oriented Architecture,SOA)還沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的定義,許多組織從不同的角度對(duì) SOA 進(jìn)行了描述,較為典型的有以下三個(gè):

(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(dú)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(lái)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(dú)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(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳送,也可能是兩個(gè)或更多的服務(wù)協(xié)調(diào)進(jìn)行某些活動(dòng)。服務(wù)之間需要某些方法進(jìn)行連接。

(3)Gartner 的定義:SOA 是一種 C/S 架構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)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(qiáng)調(diào)構(gòu)件的松散耦合,并使用獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(jìn)行信息交互的API。

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(cè)和代理方,首先服務(wù)注冊(cè)和代理實(shí)現(xiàn)服務(wù)的注冊(cè)/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(shí)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(diǎn):

1、服務(wù)高內(nèi)聚,軟件易重用:一個(gè)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(jìn)行梳理,

2、服務(wù)的靈活部署:通過(guò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制,可在控制器運(yùn)行時(shí)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(jí)更快捷:一個(gè)功能改變可能只需要升級(jí)和更新一個(gè)服務(wù),而且服務(wù)是一個(gè)獨(dú)立可執(zhí)行單元可單獨(dú)安裝升級(jí),因此軟件維護(hù)和擴(kuò)展更容易。

因此基于上面的優(yōu)勢(shì),伴隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的趨勢(shì),終端用戶對(duì)車輛功能的預(yù)期也悄然發(fā)生著改變,汽車在實(shí)現(xiàn)高等級(jí)自動(dòng)駕駛/輔助駕駛功能的同時(shí),也更趨向于提升用戶體驗(yàn),例如滿足快速的功能更新和升級(jí),可以提供個(gè)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(lái)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(hào)的架構(gòu),面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)接口,松耦合的服務(wù)機(jī)制以及可組合擴(kuò)展的服務(wù)特性

基于上面的介紹,基于信號(hào)的通訊僅支持發(fā)送和接收模式,支持的數(shù)據(jù)類型簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展性差,適用于有限大小數(shù)據(jù)交互的應(yīng)用場(chǎng)景。而諸如自動(dòng)駕駛等先進(jìn)應(yīng)用場(chǎng)景加入后,大量數(shù)據(jù)的動(dòng)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(fù)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(qǐng)求/響應(yīng)模式,可擴(kuò)展性強(qiáng)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(shì)。