车载以太网SOME/IP在信息娱乐系统的应用


随着汽车智能化和娱乐化的不断发展,传统CAN通讯已经无法满足车载娱乐系统对传输带宽的要求,迫切需求高带宽的新一代车载网络技术及架构。因此,车载以太网应运而生,其高传输速率能够满足现代汽车娱乐系统的音频、视频、云端等数据传输的要求。SOME/IP协议是车载以太网的重要应用层协议之一,掌握SOME/IP的应用方法对车载信息娱乐模块至关重要。

1 前言

车载信息娱乐系统(In-Vehicle Infotainment,IVI)由收音机逐步发展而来,目前IVI系统已成为车内的重要信息显示单元,并已安装于大多数主流车型。随着信息技术和汽车电子的迅速发展,IVI系统集成的功能越来越多,包括音频播放、视频播放、移动电视、生活资讯、导航定位、移动上网、辅助驾驶、远程诊断、云端升级和行车安全。

功能众多对信息显示的实时性提出了较高要求,传统的车载网络架构CAN受信息传输带宽的限制,已无法满足需求。1998年,车载以太网标准IEEE 802.3推出的超低质量双绞线使每一条链路都可以专享100 Mb/s的传输速率,2004年,双同轴电缆的传输速率可达1 Gb/s,解决了传统车载架构的瓶颈,形成了新一代车载网络架构。

2 SOME/IP简介

SOME/IP是基于IP的可扩展、面向服务的中间件(Scalable service-Oriented Middleware over IP)的缩写。


车载以太网的5层模型结构如图1所示,包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。SOME/IP是TCP/IP层上面的一层协议,位于车载以太网的四层以上。

图1 车载以太网的5层模型结构

车载以太网5层模型的每个层级功能不同,使用的支撑协议也不同。图2所示为车载以太网协议架构。

图2 车载以太网协议架构

由图2可见,SOME/IP协议位于应用层,提供面向服务的通讯接口。不同于传统车载网络的通讯方式,当有请求发出时,SOME/IP才会发送数据,否则不发送。这样总线上就没有不必要的数据,降低了负荷。这种通讯方式将节点分成两个角色:客户端(Client)和服务端(Server),而SOME/IP是实现这种远程服务调用的接口。

SOME/IP向上层应用程序提供API接口,创建Cli⁃ent/Server客户端,通过TCP/IP协议对应的以太网进行通讯,通讯接口如图3所示。

图3 SOME/IP通讯接口

SOME/IP的访问方式分为事件通知(Notifica⁃tion)、远程过程调用(Remote Procedure Call,RPC)和访问进程数据(Getter、Setter)3种。

事件通知与传统CAN通信消息类似,服务端(Server)周期性或者事件变化时向客户端(Client)发送特定消息,过程如图4所示。

图4 事件通知通信方式

远程过程调用是当客户端有请求的时候,向服务端发送一个请求消息,服务端根据情况返回响应,其框架如图5所示。

图5 远程过程调用(PRC)访问方式

访问进程数据可以使客户向服务器端写入(Setter)或者读取(Getter)数据。访问进程数据方式如图6所示。

图6 访问进程数据方式

3 详细设计

3.1 车载娱乐系统网络架构

在实际应用中,整车的车联网功能通过T-BOX来实现。IVI系统通过车内网关与T-BOX相连,通过SOME/IP协议获取需要的数据,实现IVI系统联网功能,IVI系统的网络架构如图7所示。

图7 IVI系统网络架构

3.2 IVI软件架构

SOME/IP在IVI车载以太网软件上的实现分为以下5部分:应用、服务(Server)、操作系统、SDK及SOME/IP库。

操作系统的选择是基于Linux平台的GENIVI,它是应用于车载娱乐系统的开放式操作系统,具有一定的定制性。目前GENIVI平台的应用包括连接消费电子设备、显示互联网内容、进行无线连接、播放音频/视频和高质量多媒体内容以及安装和更新APP的基本结构。车载以太网模块的软件框架如图8所示。

图8 车载以太网模块软件架构

3.3 硬件实现

IVI模块使用基于博通(BroadR-Reach)技术的博通BCM89811芯片,实现以太网物理层收发器(PHY)的功能。该芯片的主要特点如下:

(1)符合汽车级要求的低功耗工艺,降低功耗多达30%;

(2)集成芯片的低通滤波器可降低排放(符合EMC要求);

(3)集成的内部稳压器可为芯片提供电源,无需外部稳压器;

(4)满足汽车高规格要求,消除噪音并减少传输抖动;

(5)在单对非屏蔽双绞线上的传输速度可以达到100 Mb/s。

3.4 软件实现

SOME/IP主要实现以下功能:

(1)事件通知T-BOX状态信息;

(2)远程调用完成对T-BOX设置;

(3)读取T-BOX数据。

3.4.1 事件通知T-BOX状态

T-BOX周期性的发送T-BOX状态给IVI,包括TBOX的网络状态等,软件调用流程如图9所示。

图9 事件通知软件调用流程

3.4.2 远程调用实现

IVI通过远程调用完成对T-BOX的设置,包括WIFI连接设置等,软件调用流程如图10所示。

图10 远程调用软件实现流程

3.4.3 读取T-BOX数据实现

IVI通过SOME/IP的Getter获取T-BOX数据,实现读取T-BOX的日志等功能,软件接口调用如图11所示。

图11 读取数据调用流程

4 SOME/IP测试

对SOME/IP的测试硬件上使用VN5610A,软件使用CANoe实现。搭建的测试环境如图12所示。

图12 测试环境搭建

CANoe加载自带的SOME/IP库SomeIP_IL.dll完成仿真节点与IVI的通讯测试。

截取SOME/IP通讯数据,如图13所示。

图13 通讯数据

例如对第155条数据进行分析,如图14所示。

图14 数据包分析

这条数据包是ID为0xD005的通知类消息,与此车型的信息娱乐系统定义的SOME/IP消息矩阵吻合。通过这种测试方式完成了协议一致性测试。

5 结束语

综上,完成了SOME/IP在信息娱乐系统的搭载,实现了信息娱乐系统联网、通讯功能。

目前国内外主要芯片厂都提出了车载以太网的解决方案,并且车载以太网带宽已经达到100 Mb/s甚至1 Gb/s,SOME/IP在车载以太网上的应用使得车联网,音视频传输成为可能,实现传统CAN网络无法实现的功能。车载以太网推进了车辆智能化的发展,未来,SOME/IP在车载以太网方面的应用将越来越广泛。

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