車載以太網SOME/IP在信息娛樂系統的應用

趙穎慧 白楊 趙聰聰

（1.中國第一汽車股份有限公司 智能網聯開發院，長春 130013；2.一汽大眾汽車有限公司成都分公司 技術開發部，長春 1300112；3.吉林農業大學 工程技術學院，長春 130118）

主題詞： 車載以太網 SOME/IP 協議 車載信息娛樂

縮略語

SOME/IP Scalableservice-Oriented Middlewareover IP（基于IP的可擴展面向服務的中間件）

IVI In-Vehicle Infotainment（車載信息娛樂系統）

CAN Controller Area Network（控制器局域網絡）

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers（電氣和電子工程師協會）

IP Internet Protocol（互聯網協議）

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol（傳輸控制協議/網際協議）

Client The ECUusingtheserviceinstanceof aserver（使用服務器服務實例的ECU稱為客戶端）

Server The ECUofferingaserviceinstance（提供服務實例的ECU稱為服務端）

RPC Remote Procedure Call（遠程過程調用）

Getter A Request/Response call that allows read access to afield（允許對字段進行讀訪問的請求/響應調用）

Setter A Request/Response call that allows write access to afield（允許對字段進行寫訪問的請求/響應調用）

Request A message of the client to the server invoking a method（客戶端調用服務端方法的消息）

Response A message of the server to the client transporting re?sults of amethod invocation（服務端反饋給客戶端的調用結果消息）

T-BOX Telematics BOX（遠程通訊終端）

SDK Software Development Kit（軟件開發工具包）

APP Application（應用程序）

PHY Physical（物理層）

1 前言

車載信息娛樂系統（In-Vehicle Infotainment，IVI）由收音機逐步發展而來，目前IVI系統已成為車內的重要信息顯示單元，并已安裝于大多數主流車型。隨著信息技術和汽車電子的迅速發展，IVI系統集成的功能越來越多，包括音頻播放、視頻播放、移動電視、生活資訊、導航定位、移動上網、輔助駕駛、遠程診斷、云端升級和行車安全。

功能眾多對信息顯示的實時性提出了較高要求，傳統的車載網絡架構CAN受信息傳輸帶寬的限制，已無法滿足需求。1998年，車載以太網標準IEEE 802.3推出的超低質量雙絞線使每一條鏈路都可以專享100 Mb/s的傳輸速率[1]，2004年，雙同軸電纜的傳輸速率可達1 Gb/s[2]，解決了傳統車載架構的瓶頸，形成了新一代車載網絡架構。

2 SOME/IP簡介

SOME/IP是基于IP的可擴展、面向服務的中間件(Scalable service-Oriented Middleware over IP)的縮寫。

圖1 車載以太網的5層模型結構[3]

車載以太網5層模型的每個層級功能不同，使用的支撐協議也不同。圖2所示為車載以太網協議架構[4]。

圖2 車載以太網協議架構[4]

由圖2可見，SOME/IP協議位于應用層，提供面向服務的通訊接口。不同于傳統車載網絡的通訊方式，當有請求發出時，SOME/IP才會發送數據，否則不發送。這樣總線上就沒有不必要的數據，降低了負荷。這種通訊方式將節點分成兩個角色：客戶端（Client）和服務端（Server），而SOME/IP是實現這種遠程服務調用的接口[5]。

SOME/IP向上層應用程序提供API接口，創建Cli?ent/Server客戶端，通過TCP/IP協議對應的以太網進行通訊，通訊接口如圖3所示[6]。

圖3 SOME/IP通訊接口[6]

SOME/IP的訪問方式分為事件通知（Notifica?tion）、遠程過程調用（Remote Procedure Call，RPC）和訪問進程數據（Getter、Setter）3種。

事件通知與傳統CAN通信消息類似，服務端（Server）周期性或者事件變化時向客戶端（Client）發送特定消息，過程如圖4所示。

圖4 事件通知通信方式[5]

遠程過程調用是當客戶端有請求的時候，向服務端發送一個請求消息，服務端根據情況返回響應，其框架如圖5所示。

王海平的《軍隊思想政治教育接受論》(2002)，對軍隊思想政治教育接受的本質、特點、類型、過程和機制等做了探討；王敏的《思想政治教育接受論》(2002)，從縱向和橫向兩個方面立體地研究了思想政治教育接受機理；張世欣的《思想政治教育接受規律》(2005)，概括了古今中外，人們對思想接受所做的思考，對接受的內涵、特征、機理、接受者進行了分析；近年來有馮穎的《思想政治教育接受心理研究》(2007)、徐永贊的博士論文《思想政治教育接受過程研究》(2006)、趙繼偉的《馬克思主義意識形態接受論》(2009)、劉麗瓊的《思想政治理論課教學接受論》(2009)等。

圖5 遠程過程調用（PRC）訪問方式[5]

訪問進程數據可以使客戶向服務器端寫入（Setter）或者讀取（Getter）數據。訪問進程數據方式如圖6所示。

圖6 訪問進程數據方式[5]

3 詳細設計

3.1 車載娛樂系統網絡架構

在實際應用中，整車的車聯網功能通過T-BOX來實現。IVI系統通過車內網關與T-BOX相連，通過SOME/IP協議獲取需要的數據，實現IVI系統聯網功能，IVI系統的網絡架構如圖7所示。

圖7 IVI系統網絡架構

3.2 IVI軟件架構

SOME/IP在IVI車載以太網軟件上的實現分為以下5部分：應用、服務（Server）、操作系統、SDK及SOME/IP庫。

操作系統的選擇是基于Linux平臺的GENIVI，它是應用于車載娛樂系統的開放式操作系統，具有一定的定制性。目前GENIVI平臺的應用包括連接消費電子設備、顯示互聯網內容、進行無線連接、播放音頻/視頻和高質量多媒體內容以及安裝和更新APP的基本結構。車載以太網模塊的軟件框架如圖8所示。

圖8 車載以太網模塊軟件架構

3.3 硬件實現

IVI模塊使用基于博通（BroadR-Reach）[6]技術的博通BCM89811芯片，實現以太網物理層收發器（PHY）的功能。該芯片的主要特點如下[7]：

（1）符合汽車級要求的低功耗工藝，降低功耗多達30%；

（2）集成芯片的低通濾波器可降低排放（符合EMC要求）；

（3）集成的內部穩壓器可為芯片提供電源，無需外部穩壓器；

（4）滿足汽車高規格要求，消除噪音并減少傳輸抖動；

（5）在單對非屏蔽雙絞線上的傳輸速度可以達到100 Mb/s。

3.4 軟件實現

SOME/IP主要實現以下功能：

（1）事件通知T-BOX狀態信息；

（2）遠程調用完成對T-BOX設置；

（3）讀取T-BOX數據。

3.4.1 事件通知T-BOX狀態

T-BOX周期性的發送T-BOX狀態給IVI，包括TBOX的網絡狀態等，軟件調用流程如圖9所示。

圖9 事件通知軟件調用流程

3.4.2 遠程調用實現

IVI通過遠程調用完成對T-BOX的設置，包括WIFI連接設置等，軟件調用流程如圖10所示。

圖10 遠程調用軟件實現流程

3.4.3 讀取T-BOX數據實現

IVI通過SOME/IP的Getter獲取T-BOX數據，實現讀取T-BOX的日志等功能，軟件接口調用如圖11所示。

圖11 讀取數據調用流程

4 SOME/IP測試

對SOME/IP的測試硬件上使用VN5610A，軟件使用CANoe實現。搭建的測試環境如圖12所示。

圖12 測試環境搭建

CANoe加載自帶的SOME/IP庫SomeIP_IL.dll完成仿真節點與IVI的通訊測試。

截取SOME/IP通訊數據，如圖13所示。

圖13 通訊數據

例如對第155條數據進行分析，如圖14所示。

圖14 數據包分析

這條數據包是ID為0xD005的通知類消息，與此車型的信息娛樂系統定義的SOME/IP消息矩陣吻合。通過這種測試方式完成了協議一致性測試。

5 結束語

綜上，完成了SOME/IP在信息娛樂系統的搭載，實現了信息娛樂系統聯網、通訊功能。

目前國內外主要芯片廠都提出了車載以太網的解決方案，并且車載以太網帶寬已經達到100 Mb/s甚至1 Gb/s，SOME/IP在車載以太網上的應用使得車聯網，音視頻傳輸成為可能，實現傳統CAN網絡無法實現的功能。車載以太網推進了車輛智能化的發展，未來，SOME/IP在車載以太網方面的應用將越來越廣泛。