摘 要：。设计一种基于SOA 的车辆服务平台，包括传感执行层、服务层、应用层3层系统，既可以监测车辆各电气设备的运行状态，又能够响应外界的控制请求。用户通过开发者工具自定义应用场景，通过SOME/IP（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP，基于IP 可扩展的面向服务的通信中间件协议）和MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）两种以太网通信方式调用车辆服务，可以实现提神模式、迎宾模式等车辆新功能。
0 引 言
智能化、网联化是汽车产业发展的重要方面。汽车新功能的开发速度越来越快，软件布署更加复杂，用户要求愈加丰富，这些对传统电子电气架构提出了挑战，新的电气架构开发模式逐渐出现。从IT 领域引入的SOA （Service-Oriented Architecture，面向服务架构）被认为是能够支持未来汽车软件发展的核心技术之一[1]。
SOA 自20 世纪90 年代被提出后，在IT 领域获得快速发展和广泛应用[2]。将汽车软件封装成服务以提高软件的可维护性和可重用性的思想[3]是汽车SOA架构的核心理念。这些服务软件模块具有低耦合、自治的特点和标准接口，通过SOME/IP（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP，基于IP 可扩展的面向服务的通信中间件协议）被其他模块调用。SOME/IP 是面向服务的通信协议，不同ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）之间通过Client/Server （客户端/服务端） 或Sender/Reciever（发送端/接收端）方式进行通信，数据只在有需要时进行传输，有效降低总线负载[4]。
目前，汽车领域多家企业已进行了相关探索。联合汽车电子有限公司提出将AP （Adaptive Platform，自适应平台）中间件集成于所开发的XCU（域控制器）平台，以完成 SOA 汽车软件的实现和布署[1]。宝马公司在新一代E/E （Electrical/Electronic，电子电气）架构中引入SOA 方法，为整个系统提供大量抽象服务[5]。
本文构建一种基于SOA 的车辆服务平台，其上运行车身域和娱乐域的多种基础服务，包括电气件状态服务如门锁状态、灯状态等，电气件控制服务如打开雨刮、播放音乐等。这些服务对外提供SOME/IP 接口和MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）接口，方便其他应用调用。用户可对各类服务自由灵活调用编排，使之成为定制的车辆新功能。
1 SOA服务平台系统
1.1 系统组成
SOA 服务平台系统由应用层、服务层和传感执行层3 部分组成。（1）应用层布署和实现SOA 场景功能APP 软件，例如提神模式、自定义场景等，并且可调用服务层服务，基于预设逻辑、时序等实现特定的应用场景功能。应用层的应用场景由场景编辑器开发，操作流程如图1所示，编辑场景时首先定义进入场景的条件，包括触发条件和状态条件两类，之后设置对应场景的执行动作，并确定是否定义退出场景。全部内容定义完成后，将场景配置文件下载至车端。（2）服务层布署和实现SOA 服务软件，例如外灯服务、导航服务等，该层一方面接收传感执行层状态信号，向传感执行层发送控制信号，封装信号为服务，另一方面向应用层提供服务能力，供应用层调用。（3）传感执行层提供车辆基础的传感、执行能力，主要包括娱乐域、车身域。
图1 场景编辑器操作流程
1.2 服务划分
服务作为面向服务设计的最基本单元，承载了特定责任，为降低服务间的耦合，服务划分应满足单一责任、低依赖和基于场景划分的原则[6]。据此将常见的车身域和娱乐域功能抽离出来封装成元服务，总计46 个服务、281 个服务接口，见表1，其中每个服务均由若干子服务（接口）组成，包括车辆已定义并实现的服务（车辆支持）、车辆已定义未实现的服务（车辆未支持）以及车辆未定义的服务（预留）。
表1 服务划分
续表1
注：①TTS（Text To Speech，语音合成）；②HMI（Human Machine Interface，人机界面）；③DMS（Driver Monitor System，驾驶员监控系统）。
1.3 硬件布署
SOA 服务平台系统的硬件布署如图2 所示。应用层布署在Scene Engine（场景引擎控制器）上，保存场景编辑器中的新应用。服务层布署在BU（中央域控制器）上，实现全部服务的独立运行。传感执行层布署在HU（HMI Unit，人机交互单元）和其他车身域电气件上，提供车辆状态和实现具体执行动作。BU 上运行Adaptive AUTOSAR（自适应平台），既可通过SOME/IP 接口对外提供服务，又可借助一个应用代理模块通过MQTT接口对外提供服务。服务层和传感执行层之间通过CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）进行交互。此外，新应用的开发通过布署在PAD（Portable Android Device，便携式安卓设备）上的场景编辑器实现，可将应用下载到Scene Engine中。
图2 硬件布署
2 SOA服务平台软件
图3 Scene Engine组成
Scene Engine是SOA车辆服务平台的核心组成部分。
2.2 BU
BU 为运行车辆SOA 中间件的平台，实现车身域和娱乐域全部服务的逻辑和对外提供接口，其软件模块包括MQTT 通信模块、CAN 通信模块、SOME/IP 通信模块和服务逻辑模块，如图4 所示。（1）服务逻辑模块负责车身和娱乐域服务逻辑的实现，并与CAN 进行交互，完成车辆状态的获取和车辆操作的执行；（2）CAN 通信模块负责车辆CAN 解析，同时接收和发送CAN 信号；（3）SOME/IP 通信模块将各车辆服务通过SOME/IP方式对外提供；（4）MQTT 通信模块将各车辆服务通过MQTT 方式对外提供。
图4 BU组成
BU 是车辆SOA 服务平台的服务层，可进行服务的动态布署和更新。
2.3 场景编辑器
场景编辑器是一款安装在车载PAD 端可创建车辆运行时各种场景的软件，包括两个模块：场景管理和场景编辑。（1）场景管理可通过在主页面点击“我的场景”进入，显示了当前车辆拥有的所有场景，可对场景进行新增、编辑、删除和执行操作；（2）场景编辑是允许用户为场景编辑场景名称、场景描述、场景触发条件和场景执行操作，即创建车辆新功能应用。
当车辆满足触发条件时，已安装在车端的场景会执行相应操作。
场景编辑器匹配安卓操作系统，可由引擎Cocos Creator 开发。编辑器使用单场景模式，即只有一个主场景，多个预制体进行页面切换，通信协议为MQTT。
3 新功能实例
通过SOA 车辆服务平台，用户使用场景编辑器编辑车辆新功能并下载到车端。本文以迎宾模式和分心模式为例说明新功能的实现过程。
3.1 迎宾模式
迎宾模式为用户自定义的新功能，当用户拉开车门时被触发，执行一系列动作，包括调节座椅、开启空调、播放音乐、变换座舱主题等，实车测试如图5所示。
图5 迎宾模式实车数据
由图5 可知，根据实车CAN 信号，迎宾功能的触发条件为：挡位为P 挡（信号3）、主驾门关闭（信号2）、主驾无人（信号4）、用户解锁车辆（信号1）；触发后执行迎宾功能：危险警报灯闪烁2 s（信号6）、位置灯和近光灯打开（信号5、7）、座椅X 向位置调节至最大腿部空间（信号8、9）。从解锁车辆（信号1 对应的第1 条竖直虚线）到第1 个执行动作被触发（信号6 对应的第2 条竖直虚线）的时间约为800 ms，并发的执行动作也同时被触发，满足自定义的迎宾场景的功能和性能要求。
3.2 分心模式
车辆行驶中，当识别出用户分心行为如打电话、低头等时，需通过语音、屏幕图文、车窗下降、空调调节等方式提醒用户注意行车安全，实车测试如图6 所示。
图6 分心模式实车数据
由图6 可知，根据实车CAN 信号，分心模式的触发条件为：挡位为D 挡（信号2）、主驾有人（信号3）、系统识别到驾驶员注意力不集中（信号1）；触发后执行分心模式动作：打开左前和右前车窗（信号4、5）。从识别出驾驶员分心（信号1 对应的第1 条竖直虚线）到车辆执行动作被触发（信号4 对应的第2 条竖直虚线）的时间约为400 ms，满足自定义的分心模式的功能和性能要求。
4 结束语
本文基于SOA 的开发理念，提出一种车辆服务平台系统及软硬件设计方案，通过自定义新功能迎宾模式和分心模式，验证设计方案有效可行。
参考文献
[1]刘佳熙，施思明，徐振敏，等.面向服务架构汽车软件开发方法和实践[J]. 中国集成电路，2021，30（Z1）：82-88.
[2]ERL T. Service-Oriented Architecture：Concepts， Technology，and Design [M]. Prentice Hall International， 2005.
[3]邢小英.基于 SOA 的汽车软件本体研究[J]. 宁波工程学院学报，2012（9）：53-58.
[4]张弛，吴志红，朱元，等.基于AUTOSAR 标准的ETH 基础通信及SOME /IP 通信实现[J]. 信息通信，2020（2）：7-12.
[5]李丹，吕颖，李骏，等.面向服务的体系架构[J]. 汽车文摘，2021（10）：52-57.
[6]栾辉，刘聪.基于SOA 的车载服务及软件开发设计与研究[J]. 上海汽车，2022（3）：24-30.
