基于微服務和IP地址的先進汽車電子架構

摘?要：現代汽車上有很多功能，都是由電子控制器來實現，比如車身系統控制器、動力系統控制器和影音系統控制器，這些系統看似獨立，但是相互依存。汽車電子架構好比人的大腦和中樞神經，將車內所有的電子控制器連接起來，實現了車內/外信息的傳遞。可以簡單地認為，電子架構越先進，車輛性能越優越。隨著汽車智能化、網聯化、共享化的趨勢，用戶對車輛功能的預期也發生了改變，車輛在實現基礎功能的同時，也更趨向提高用戶體驗，實現快速功能更新，提供個性化服務。

關鍵詞：汽車電子架構;微服務;智能網聯汽車

Abstract：There?are?many?functions?on?modern?cars?that?are?implemented?by?electronic?controllers，such?as?body?system?controllers，power?system?controllers，and?audiovisual?system?controllers.These?systems?seem?to?be?independent?but?interdependent.The?automotive?electronic?architecture?is?like?the?human?brain?and?central?nervous?system.It?connects?all?the?electronic?controllers?in?the?car?to?realize?the?transmission?of?information?inside/outside?the?car.It?can?be?simply?considered?that?the?more?advanced?the?electronic?architecture，the?better?the?vehicle?performance.With?the?trend?of?car?intelligence，networking，and?sharing，users'?expectations?for?vehicle?functions?have?also?changed.While?vehicles?realize?basic?functions，they?also?tend?to?improve?user?experience，achieve?rapid?function?updates，and?provide?personalized?services.

Keywords：automotive?electronics?architecture;?microservices;?intelligent?networked?cars

1?緒論

大眾率先采用面向服務的架構MEB架構，用于構造服務的架構模式，是一種架構思想，主要來源于軟件技術，獨立域操作系統、編程語言和軟件。從MEB架構的實現來看，SOA（ServiceOriented?Architecture）架構思想主要是通過不同服務的相互作用實現一個復雜的功能，每個服務都是一個獨立可執行的軟件組件，被準確描述的功能范圍，通過準確定義的服務接口將功能性作為服務提供給其他軟件組件，服務以組合的形式來調動其他基礎服務，然后將功能組合起來。

如今的汽車行業正處于變革時期，隨著智能網聯車輛的保有量大幅提升，汽車已經脫離了原有傳統定義，它會逐漸替代手機，成為人們日常的信息交互終端。

2?先進汽車電子架構

2.1?汽車微服務概念

其實，當前汽車行業比較火的SOA架構是來源于互聯網行業，互聯網行業的軟件架構的發展經歷了從單體結構、垂直架構、SOA架構到微服務架構的過程。

微服務有很多的優點：服務拆分粒度更細，有利于資源重復利用，提高開發效率;可以更加精準的制定每個服務的優化方案，提高系統可維護性;微服務架構采用去中心化思想，服務之間采用RESTful等輕量協議通信;產品迭代周期更短。

相應地也有其缺點：微服務過多，服務治理成本高，不利于系統維護;分布式系統開發的技術成本高（容錯、分布式事務等），對團隊挑戰大。

2.2?汽車電子微服務架構

傳統汽車內電子控制器所實現的功能，都可以拆分為一個個的原子服務，將軟件合理地劃分為單獨的軟件組件，最小化組件之間的功能依賴性，提高軟件的可擴展性和可再次使用性。通過不同服務的相互作用實現一個復雜的應用功能，每個服務都是一個獨立可執行的軟件組件，具有準確描述的功能范圍，通過準確定義的服務接口將功能性作為服務，提供給其他軟件組件。

可以認為，汽車的每一個狀態信息和功能控制都可以用微服務來實現，比如車速信息、轉速信息、開鎖控制、門窗下降控制等。一輛車內可以有上千個獨立的微服務，而傳統的汽車功能不再固化，可以在電子控制器功能應用層或后臺服務器層面，對多個微服務進行組合，實現更具想象力和靈活性的車輛功能。

而OTA（Over?the?Air）技術在汽車上的快速發展，為微服務架構的實現提供了途徑。它使汽車功能具備了可進化性，汽車開發人員可以依據用戶喜好和習慣，更改微服務的組合方式優化車輛功能，優化后的應用功能可以通過OTA，實時更新至車輛。

2.3?微服務加IP地址的架構

上文提到的汽車電子微服務架構，其功能實現還是局限在一個電子控制器內實現。如果參照互聯網行業，為車內的每一個電子控制器分配一個IP地址，那么汽車內的所有電子控制器就可以組成一個局域網，這就意味著車內所有的微服務都可以被任意應用所調用。

同時，利用汽車網關控制器作為與外部網絡連接的交互中心，賦予其公網IP，允許通過互聯網訪問車內功能，且車內的局域網信息由其統一管理。這種先進的汽車電子架構使汽車不再是單獨的個體，我們可以通過后臺服務器，手機，其他汽車等途徑，獲取和控制指定汽車的信息和功能。

2.4?先進汽車電子架構

當前汽車電子架構中，由于車輛功能越來越復雜，無論是無人駕駛，動力/底盤管理還是舒適娛樂功能的實現，一般都需要多個電子控制器的配合來實現。若某一個功能產生變更和升級，可能涉及多個電子控制器，這就造成高昂的變更成本。同時，因為不同的電子控制器可能由不同的供應商提供，供應商的關注點會局限于自己的領域，而不是整車級別的性能。這就導致主機廠對電子控制器供應商的掌控變得異常艱難，難以讓供應商在某些問題上做出讓步。

所以，先進汽車電子架構的目標是中央化，將車輛內的所有計算和復雜邏輯功能，都放在中央電子控制器中來實現。其余電子控制器按照就近原則部署，僅保留信號采集和負載驅動的相關功能，通過車載以太網和中央電子控制器進行通信。同時保留網關電子控制器，依舊作為車輛內部和外部通信網絡的交互平臺，完成總線數據和網絡信號的路由轉發，實現外部網絡的訪問和網絡安全功能，其作為車輛唯一的外部網絡訪問接口，必須要有全面的信息安全功能。

由其他電子控制器提供車輛所需的各種微服務，供中央電子控制器獲取信號和控制負載，其他電子控制器也可以相互調用對方的微服務，且其內可以有簡單的邏輯，我們稱之為基礎服務，基礎服務由多個原子服務組合而來，原子服務就是之前所說的最小微服務，比如各種傳感器信息等。中央電子控制器通過各種基礎服務和原子服務獲取車輛信息和總線數據，經過復雜邏輯與算法處理后，再通過基礎服務和原子服務去控制車輛執行相應的動作或驅動相應負載，這樣就完成了一個車輛功能的實現。

這種架構可以更方便的幫助主機廠實現軟件定義汽車，加強主機廠對車輛性能相關功能的掌控，同時為將來軟件和硬件成本的下降提供了操作空間。主機廠也在轉型，它更愿意被人稱之為科技公司，而不是現在的生產制造公司，依據這種先進的汽車電子架構，主機廠只需要擁有中央電子控制器的軟件開發能力，就可以掌控汽車的核心功能，極大地降低了工作量。

2.5?落地難點

雖然，上面提到的先進汽車電子架構有很多的優點，很多主機廠也都在嘗試，但是在落地過程中依然有很多的問題需要解決。首先汽車行業和互聯網行業有很大的區別，在汽車行業內對功能安全和系統硬實時性有著很高要求，這就意味著很多的車輛算法和邏輯不能完全放在中央電子控制器中。其次，車輛內部的中央電子控制器單元算力和資源有限，服務實現時無法將互聯網行業的云服務等概念照搬。最后，服務的拆分和定義較難，需要考慮不同的應用場景和服務的復用性，微服務如果設計的過多，就會產生“服務接口風暴”，為功能落地增加了難度。

3?結語

基于微服務和IP地址的先進汽車電子架構，將汽車融入萬物互聯的熱潮之中。它的靈活性和擴展性使的汽車變的更加智能化，未來的汽車可以像手機和電腦一樣，依據用戶的喜好進行功能定制，千人千面。同時，基于微服務的開發方式，可以大幅提高汽車軟件的可復用性，降低新車型的研發和測試周期。或許有一天，汽車可以像手機的發展趨勢一樣，由昂貴變得越來越廉價，每個人都可以擁有屬于自己的定制功能汽車。

當然，這個過程中涉及的問題會非常多，如在傳統汽車電子架構開發中從來不曾涉及的新需求，而這些新的需求從制定到最終形成有效交付物和工作流的過程，不是一蹴而就的。應該是結合開發團隊實際情況經過反復實踐經驗積累總結的，并基于一定的試錯成本，在具體的開發項目中最終被參與項目的工程師團隊廣泛認可的產物。

經歷三十余年發展，中國現已成為全球最大的汽車生產和消費國。當前，汽車行業正處于百年未有之大變局，“電動化”“網聯化”“智能化”和“共享化”這“新四化”開始成為公認的未來趨勢，必將帶來前所未有的革命性變化，而先進的汽車電子架構，正是這場變革的基礎。

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作者簡介：羅盛（1988—?），男，漢族，河北石家莊人，本科，主管工程師，研究方向：智能網聯汽車、新能源汽車功能需求及軟件架構，汽車控制器相關產品技術。