浅谈软件定义汽车的背景与内涵

王娟

摘  要：本文研究“软件定义汽车”产生的背景与条件，阐述SOA的含义，分析SOA与SOME/IP的不同之处，提出了SOA三条技术路线，域控制器、ZONAL、中央控制器。

关键词：SOA、EEA、域控制器、ZONAL

1.研究背景

最近汽车界流行术语“软件定义汽车”，即指汽车开发不再以往传统开发模式，以客户需求出发来设计和定义整车功能，依托最新的芯片技术和车载软件的应用技术来定义整车功能的，核心芯片的算力决定着车型具备哪些先进功能，例如无人驾驶L3.0。其实这个概念并不是空穴来风，它的必须要具备以下二个条件：

1.1车载芯片技术迅速发展

汽车芯片技术在最近10年左右实现了跨越式发展，以色列mobile Eye公司推出带图像捕捉、图像识别、目标跟踪的智能芯片，使得汽车无人驾驶技术得到迅猛发展，无人驾驶L1.0-2.5级已经实现批量装车、广泛应用。同时汽车芯片巨头飞思卡尔推出了IMX.8可以支持8个屏幕互动与信息显示，NXP公司推出量产级别支持100M数据传输的以太网芯片，这些为汽车实现面向服务、软件定义功能提供物质基础。

1.2汽车ECU数量增多，功能复杂

随着无人驾驶技术、车联网技术以及智慧交通普及，汽车ECU数量急剧增加，以一个B级车ECU数量约在20-30个之间，现在B级车ECU数量达到40个左右，还有增加趋势，每个ECU支持和实现某些特定功能，也需要实时获取车内大量数据例如：车速、发动机转速、发动机温度、转矩等，虽然汽车总线技术已经广泛应用，但是由于它采用广播式数据发送方式，造成网络开销增加，网络拥堵不堪。另外车内ECU硬件与软件是密耦合，软件开发不是按照颗粒度最小组件进行开发及调用的，所以造成汽车ECU开发、测试周期长，ECU硬件与软件扩展性、兼容性差，这已是整车厂新车开发顽疾，整车厂工程师面对强势ECU供应商经常反复修改设计方案，甚至重新设计整车软件策略与通讯方式。

基于上述两种情况，许多整车厂的工程师思考如何如何快速、准确完成整车功能开发与测试？他们提出自顶层功能定义出发，又称SOA或者面向服务，将复杂的汽车功能分解成一系列小的软件组件，定义汽车中间件采用协议，规范汽车硬件设计与芯片选用，将复杂汽车功能实现变成服务间调用，硬件与软件开放分离开了，整车厂侧重于软件开发、集成与测试，供应商侧重于硬件设计、制造。这样极大缩短整车开发时间，在强势供应商获得话语权，避免软件功能重复开发、重复测试，利于整车厂对整车功能规划、配置及升级，这是SOA产生的背景。

2.SOA的定义与特点

什么是SOA：一种粗粒度小、松耦合服务架构，服务之间通过简单、精确定义接口进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型。

SOA是一种架构理念，汽车整车架构设计我们通常称为EEA，它是从整车功能出发，基于车型规划（通常考虑未来5-10年车型），定义出整车功能域或者功能集，再根据这些功能域从硬件和软件的角度，将整车功能切割为独立的小模块，不同ECU将这些模块调用和组合完成一系列复杂的功能，模块开发一般是整车厂与配套厂联合开发，功能配置和XLM文件发布和管理由整车厂控制，这样整车厂在ECU开发与管控占有主动权，摆脱配套厂控制。

SOA侧重整车功能定义、软件模块切割和调用，它有支持很多不同的协议，其中SOME/IP协议是最具有代表性的协议，所以千万别把SOA等同于SOME/IP协议，SOME/IP只是SOA的众多协议选择之一，SOME/IP是专门用于汽车行业，SOME/IP通过AUTOSAR规范来具体定义SOME/IP协议细节。

3.SOA技术路线

目前SOA的技术路线有以下三种：域控制器、ZONAL控制器和中央控制器三种。

1）域控制

采用域控制器是整车厂主要有沃尔沃、奔驰、宝马等，它将整车功能属性划分为底盘、车身、发动机、安全、娱乐五个功能域，每个功能域有一个域控制器，这个域控制器相当于一个MATSTER，可以完成许多复杂功能，以及控制其他处于同一域内的ECU故障诊断、升级、唤醒与休眠等功能。

2）ZONAL控制器

采用ZONAL控制器目前只有特斯拉采用，它将整车功能按照整车区域分为左右两个部分，左边有一个集成域控制器，管理左侧部分所有整车功能，例如左侧车窗升降、车门关闭、空调温度控制等，右边反之亦然。

3）中央控制器

采用中央控制器是德国大众和奥迪MEQ平台，它其实是ZONAL升级版，大众称为ICAS架构（车内应用服务器），它自带千兆以太骨干网、TSN时间敏感网络、自适应AUTOSAR平台、高性能HPC计算、TSN交换域控制器、虚拟以太交换、IP/VLAN等。与上述两种架构相比支持更多数据实时交换，支持自动驾驶多核CPU运算和数据服务，具备强大本地云计算和处理的能力。

参考文献

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教改項目：融合智慧网络教学特点的专业英语混合式教学改革研究与实践，项目编号：203686