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        SOA:整車架構下一代的升級方向

        2022年02月28日來源:艾拉比發布分享朋友圈
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        軟件定義汽車時代,OEM轉型的三部曲:
        1. 整車E/E架構升級,硬件架構上從分布式ECU向域集中式,進一步向中央集中式+區域控制器升級;

        2. Linux、QNX 和其他 RTOS等只提供內核,主機廠在此基礎上實現硬件抽象化,形成支持應用開發的中間層操作系統,定義開發者交互邏輯,搭建應用層,目的在于通過簡化車輛軟件開發和增加更新頻率,向所有人(企業)開放車輛編程,進而掌握開發者生態資源;

        3. 進一步利用龐大的用戶保有量構建開發者生態,整車廠利潤中心由“硬件制造”變為“軟件開發”。

        短期來看,大部分OEM主機廠仍處于硬件架構升級的階段,汽車軟硬件解耦處于發展初期,主機廠紛紛將底層基礎軟件(系統內核、AP Autosar、中間層等)作為發展重點。
        長期來看,為了實現軟件定義汽車,智能汽車軟件架構正在向SOA(Service-Oriented Architecture,面向服務的分布式架構)轉型升級。SOA(Service-Oriented Architecture面向服務的架構)將重構汽車生態,汽車行業很可能復制PC和智能手機的“底層硬件、中間層操作系統、上層應用程序”的軟件分工模式,同時涌現出智能汽車中間件的行業巨頭,上層APP開發者無須關注底層硬件架構,而專注于應用開發。

        一、什么是SOA架構?

        SOA,即Service-Oriented Architecture,也就是面向服務的架構。
        這個概念其實并不新鮮,早在20多年前,WebService出現的時候,SOA就已被譽為是下一代Web服務的基礎框架。但是用在汽車上確是近年來隨著軟件定義汽車的發展,SOA在汽車上才開始得到應用。
        汽車SOA是對整車智能化的底層能力進行組織。將車端的硬件能力和各種功能SOA化,劃分為不同的服務,拆分成顆粒度更小的接口。這些服務根據SOA標準進行接口設計,基于SOA標準協議進行通信。這樣,各服務組件之間就可以相互訪問,從而擴展了服務的組合形式。
        SOA軟件架構的特性就是高內聚、松耦合、服務平臺無關化、服務動態部署/動態發現。因而為汽車出廠后的持續升級和服務降低難度、拓展出更多的可能性。

        二、為什么要在汽車上使用SOA架構

        在整車架構上,“面向服務”是相對應的是傳統汽車軟件架構中“面向信號”的開發范式。
        所謂“面向信號”就是:為了實現某一項功能,ECU從底層到應用層開發了一整套的軟件,并根據事先設定的特定信號與外部進行交互。傳統EE架構中,ECU 由不同的供應商開發,框架無法復用,無法統一,集成難度大。如果開發新的功能,那么整條軟件鏈路上所有相關的參數都需要重新編寫和配置,也就是說模塊之間的耦合度太高,其中一個升級會影響其他模塊都得跟著升級。功能模塊復用率非常低,牽一發而動全身,任何功能的更改,都會帶來非常大的工作量。
        而“面向服務”的SOA架構對于ECU的更新版本、更新信號庫、代碼修改等過程更加簡便和靈活,基于服務的架構開發,實際上是以服務的方式對整車的功能進行拆解,將黑盒子的ECU白盒化,為未來擴展和功能更新,提供了良好的基礎。軟件架構白盒化之后,功能的更新和重新部署都更為透明,快速和便捷。
        所謂軟件定義汽車,只有當我們把硬件的邊界打破,軟件之間能夠互相“看得到”對方,彼此之間用同一種語言交流,才能形成更大的生態系統。
        這也就是為什么我們要在汽車上使用SOA架構。

        三、EE架構的升級需求和車載以太網為SOA奠定了基礎

        當我們將目光投向今天的智能汽車,也會發現,EE架構(電子電氣)的升級和車載以太網應用,也讓SOA的出生順理成章。
        EE架構的升級奠定硬件基礎。
        以往的傳統汽車采用分布式的EE架構,需要上百個ECU(電子控制單元)。傳統架構下,各個ECU不但直接驅動執行器和傳感器,還承擔了業務功能的很多控制邏輯。因此,功能的更新迭代,往往需要多個控制器配合修改,而各個ECU采購至不同的供應商,這導致軟件變更周期長、難度大。
        隨著整車EE架構朝著域集中式的發展,幾個域控制器承擔了整車主要邏輯運算的任務,將執行器和傳感器與控制命令分離,變成純粹的執行機構。ECU實現業務邏輯和控制邏輯的解耦,功能接口模塊化、標準化。這樣,只要通過幾個域控制器,就能實現對底層硬件的控制,在架構設計上為SOA提供了良好的基礎。
        以太網的應用奠定通信基礎
        傳統的車載網絡架構主要由CAN總線組成,按照功能劃分出不同的功能域,比如動力總成、車身控制等總線域。各個ECU都有自己獨立的通信渠道,使得整車線束成本高昂,總裝復雜程度也較大。而且同一個CAN總線上的所有節點共享帶寬,普通CAN總線的通信帶寬僅1Mb/s。
        目前整車主干網都選擇用以太網取代傳統的CAN總線,作為新的車載網絡架構。以太網是交換機式(Switched Network)通信方式,所有的終端節點通過交換機連接到一起,通過交換機轉發傳遞的信息,擁有更高的帶寬(大于100 Mb/s)和更低的延時。
        有了更好的硬件基礎架構,加上帶寬更寬、延時更低的網絡,才為SOA的應用和實現奠定了基礎。
        在軟件定義汽車的今天,汽車軟件需要更快速的迭代——這是智能汽車的核心能力。SOA將給汽車軟件生態帶來巨大的變革。

        四、SOA為主機廠帶來了什么?

        1、軟硬件解耦,打造良好的汽車軟件生態
        整車SOA架構的實現,讓應用開發與整車硬件平臺解耦,一次開發可以適配不同的車型,為智能汽車的功能和場景帶來更多的想象?;谡嘢OA架構,能夠為應用開發提供一個標準的基礎平臺,有利于打造一個良好的汽車軟件生態。
        以零束的SOA架構為例,零束銀河全棧3.0采用模塊化開發,分為輕應用開發環境、圖形化開發環境、集成IDE開發環境、軟件開發組件、應用商城、場景商場、數字汽車。其中基于數字汽車的SOA架構走在行業領先的位置,基于區域控制器的開發思路,將運算邏輯上移,底層完成信號的采集和IO輸入,Zone控制完成路由, 最終由控制中央計算系統完成邏輯運算和云端交互。其中HPC1&HPC2為兩個主要的計算大腦,HPC1同步負責與云端通訊,同時完成OTA的功能。
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        2、實現更加強大的OTA升級能力與更快的迭代速度,極大提升車廠服務周期,創造長期價值。
        SOA基于軟硬件解耦的優勢所發揮的核心價值在于徹底實現軟件獨立“生長”(或者說算力架構可以迭代,共享算力變成了可能),而硬件同樣可以獨立“生長”(跨車型平臺,或者在車輛生命周期內為用戶提供OTA升級服務,而這些在傳統架構中實現的成本是不可控的)。因此,SOA的實現為“面向服務”的OTA提供了更好的框架基礎,OTA升級將變得更加簡單、靈活、安全、可控。
        OTA提供商艾拉比在OTA行業趨勢報告中提到,隨著持續的架構改革,艾拉比OTA也將由前期“面向功能”的OTA逐步向“面向服務”的OTA邁進。SOA為OTA提供了強大的支撐能力和基礎,隨著軟件定義汽車的發展和SOA架構的實現,更好的發揮了OTA的潛力,降低了OTA難度降低、提升了升級效率。同時OTA的升級反哺軟件定義,加速軟件定義下商業模式、開發模式、用戶體驗的進一步升級。
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        艾拉比:面向服務的OTA
        目前,主機廠紛紛布局SOA軟件架構的開發,未來2-3年將是SOA量產的高峰期,車企通過自建或與供應商合作搭建操作系統和SOA平臺,以及“面向服務”的OTA平臺,向用戶提供全生命周期的軟件服務。
        3、主機廠利潤中心“由硬入軟”,軟件將成為整車BOM成本的主要成本項之一
        隨著軟件定義汽車的不斷演進,整個汽車行業的商業模式隨之改變,從長期以來依賴新車制造和銷售獲取利潤,轉向規模更大的軟件×保有量市場收費。整車廠將通過向C端收取軟件授權和OTA更新服務費以完成商業模式閉環。
        以特斯拉為例,特斯拉正積極推動FSD從一次性前裝收費的模式轉變成訂閱服務持續收費的模式,以擴大潛在的付費客戶群。
        特斯拉的軟件服務收費項目
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        五、SOA能給消費者帶來什么?

        1、更開放的開發者平臺
        SOA架構是底層硬件與上層服務應用的橋梁,還能將汽車的硬件能力向第三方開發者開放,這樣其他行業也能接入智能汽車軟件的開發。就好比IOS等智能手機系統在開放了開發者平臺后,消費者可以下載應用,用手機看知乎、刷微博;新的應用如微信、抖音,也改變了我們的生活。
        2、更豐富的使用場景
        SOA架構可以承載豐富的互聯網資源,幫助不同背景的開發者將自身業務與車端深度融和,以用戶體驗為中心,才能孵化出跨界的智能汽車軟件產品,誕生我們暫時還想不到的智能汽車使用場景。打個比方,以前手機地圖就是單純用來查找目的地、定位和導航。但是當地圖服務商將API接口提供出來后,其他公司也可以使用已有的地圖+定位功能去做自己的業務,比如美食地圖、景點地圖等應用,不需要再自己開發一次地圖。
        3、千人千面的用戶體驗
        SOA架構在吸引足夠多的開發者之后,就會出現更多的應用。通過軟件功能的快速更新,讓消費者更便捷、快速的獲取更多功能、應用和服務。以艾拉比OTA運營為例,在完善的功能基礎上,通過大數據分析和靈活、經濟、快速、無憂的全新OTA軟件迭代能力,滿足用戶多樣的用車需求,實現真正的千人千面的用戶體驗。

        結語:
        在軟件定義車的時代,軟件在車上的分量越來越重,用戶對于車內軟件的需求越來越多樣,高通信速率、高度可定制的基礎架構對于智能汽車來說尤為重要。而SOA架構主要優勢是可以很大程度上實現軟硬解耦,服務高內聚,軟件易重用,服務的靈活部署,讓功能改變只需要升級某個服務就可以實現,大大提高了整車軟件OTA升級的潛力。未來,在SOA的服務架構下,借助強大的OTA通道,最大限度的激發汽車全生命周期的價值潛力。


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