一文聊聊面向服务架构的汽车软件分析和设计

智能汽车电子与软件 2022-08-17 17:41

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来源：智驾最前沿

本文将先重温下SOA架构的核心要素与优势，并重点讨论话题“面向服务架构（SOA）的汽车软件分析和设计”。

为什么要引入汽车SOA软件?

SOA作为一种面向服务的架构，是一种设计思想和方法论。在SOA架构中，服务是最核心的抽象手段和系统最基础的描述单元。

每个服务组件具备独立的功能，且可被复用；服务组件之间的接口遵循统一标准，可互相访问，可组合扩展。业务过程则是带有状态和服务调度策略的服务组件的组合与扩展(图1)。

通过SOA架构，可整合规划OEM在不同操作系统，硬件平台上(控制器)上的业务功能，实现对功能的快速迭代和重组，应对灵活多变的智能网联趋势下的业务需求。

图１ SOA架构模型

结合未来汽车域导向型电子电气架构(Domain-Oriented)和区域导向型电子电气架构(Zone-Oriented)，应用SOA架构可实现业务过程(功能)的快速迭代与灵活重组，为智能网联趋势下的软件个性化与创新需求提供了良好的平台性解决方案。SOA架构应用于汽车新电子电气架构下的优势(图2):

车辆功能软件实现软硬分离

由于服务组件接口“标准可访问”，且描述方式独立于硬件平台和操作系统，因此组件功能可脱离硬件平台任意部署移动，对于算力有要求的复杂功能组件可向具备高带宽大算力的域控制器移动。

车辆功能可被大范围复用

一些使用频度很高且基础的功能可作为基础服务组件先被开发，由于服务组件的独立性以及接口的标准可访问，基础服务开发完成后可向服务中间件注册，并供所有电子电气架构中的控制器订阅使用。

车辆功能在SOP后可新增(扩展)

“小”的基础服务可组合成为“大”服务，“大”服务可进一步组合扩展并最终构建出新的业务过程，实现OEM的业务目标。结合OTA技术，用户可在车辆使用期限里，订阅一个类似，“预测性能量管理”的新功能并安装于域控制器上，新功能的业务逻辑依赖于一些已有的服务组件(eg:预测性能量管理依赖于能量管理策略，地图预测信息等基础服务)。

图2 新汽车电子电气架构中的SOA架构应用

面向服务架构的汽车软件分析与设计

面向服务架构的开发过程从整体上可以概括为6个步骤，分别是：面向服务分析、面向服务设计、服务开发、服务测试、服务部署和服务权限管理，如图3所示。其中，分析和设计面向服务的架构是开发SOA软件的开端，也是判断系统是否基于SOA架构的最重要且核心的环节。

联合电子对分析和设计面向服务架构汽车软件的具体流程与方法进行了探索，将面向服务的分析分解为系统需求分析、系统功能分析、候选服务分析三个子步骤，将面向服务的设计分解为系统架构设计和软件架构设计两个子步骤。经过架构师的良好分析，车辆功能(业务逻辑/业务过程)将结合实际实现情况，按不同业务领域完成解耦，并分解得到候选服务组件。后续，经过详细且不断迭代的设计，在候选服务的基础上，最终会产出面向服务(SOA)的软件架构。

图3 面向服务的分析与设计是服务架构开发的核心环节

接下来本文将围绕这5个子步骤对面向服务的分析与设计过程进行介绍。

1. 系统需求分析

如图4所示，整个SOA架构模型分为业务过程层，服务接口层和应用程序层三部分。SOA业务过程层专注于业务逻辑的分析；服务接口层聚焦于候选服务的设计和分析；应用程序层则体现面向服务的系统架构和软件架构设计。

系统需求分析聚焦SOA架构的最上层——业务层。概括来说，需求分析指的是设计和充分理解在用户具体使用场景下的真实业务过程，为后续抽象和封装服务提供充足的语境信息。

图4 需求分析聚焦SOA架构业务过程层

2. 系统功能分析

如图5所示，系统功能分析搭建起了SOA架构的业务层和服务层之间的桥梁，其过程就是从第一步系统需求分析的产物——业务过程和系统用例，向服务过渡的过程，目的是得出构成候选服务的服务操作（operation）。系统功能分析具体可描述为：设计用例的实现场景步骤，对系统用例逐个进行分析细化，描述系统如何与参与者（actor）一起实现每个用例，从而得到系统与参与者、与外部系统的界限及信息交互，最终得出对系统的功能要求，这些功能要求直接作为候选服务操作（business service operation candidates）。

图5 系统功能分析：从业务过程到服务

3. 候选服务分析

候选服务分析聚焦SOA架构的中间层——服务接口层。候选服务分析的目的是对业务逻辑进行抽象和封装，从业务角度寻找候选服务（Service Candidate）。值得强调的是，分析候选服务需要跳出特定功能开发，从架构角度强调业务的重用性(reusable)、自主性(autonomous)以及组合扩展性(composable)等特点，特别考虑候选服务在企业业务范围内潜在的重用可能，充分发挥SOA设计理念的优势，而不是仅仅作为技术实现方式(图6)。

图6 候选服务分析聚焦SOA架构的服务接口层4. 系统架构设计

系统架构设计的目的是设计和得到服务到架构要素的映射，以及要素间服务调用关系。下图中蓝色小圆圈代表分析得到的服务，通过系统架构设计，被映射至不同的架构要素( Platform A~C)(图7)。在这里，架构要素对应汽车上搭载不同控制器平台(Platform)。

图7 系统架构设计：服务与系统要素的映射

4. 软件架构设计

软件架构设计的目的是设计和得到服务（service）到服务组件（Service Component）的映射关系，过程与系统架构的设计过程类似，但需要将关注点转移到控制器内部。

在图8，SOA架构中，软件架构设计的行为发生在蓝色阴影区。软件架构的设计受到诸多因素的限制(以太网通讯Port口资源，客户具体用例场景的迭代变更等等)。总体设计思想上，高内聚，低耦合仍是设计的通用原则和架构评价的关键指标。额外需要强调的，应对智能网联软件需求迭代多变的特性，在SOA服务架构的设计中，还需强调重用性和扩展性，充分的灵活度才能以最小的软件变更应对大量的需求输入。

图9为一示意图，表达了针对某一服务Service A，有一个服务提供组件(Service Component)提供A服务，有三个服务消费组件消费服务A。