SOA在汽車行業(yè)的應(yīng)用和前景

面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）是一個(gè)典型的從IT／互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)引入到汽車的軟件技術(shù)，現(xiàn)在汽車行業(yè)圍繞SOA有很多討論和實(shí)踐，主要集中于SOA本身的概念和在智能汽車中的實(shí)際應(yīng)用，有些觀點(diǎn)把SOA捧得很高，認(rèn)為SOA是一勞永逸的方案，用了SOA就可以具備和特斯拉一較高下的軟件能力，也有人覺得SOA比較虛，上了SOA用戶也沒什么直接的體驗(yàn)，不見得能多賣幾輛車。

毫無疑問，新技術(shù)的引入總是伴隨著爭(zhēng)議，主要還是專業(yè)背景的不同，站在汽車電子，通信或者電氣工程師的角度去看待一個(gè)軟件問題，總會(huì)有各種懷疑，也有很多與SOA無關(guān)的需求和問題，想讓SOA來解決，這些都跨專業(yè)的理解偏差。而汽車軟件，畢竟還是軟件，不是信號(hào)、電子或芯片，很多疑問還得回到軟件的領(lǐng)域，才能正確理解SOA的概念以及它能解決的問題。

第一個(gè)問題

智能汽車到底需不需要SOA？這里需要先看一下智能駕駛時(shí)代的汽車架構(gòu)和汽車軟件的實(shí)際需求：

傳統(tǒng)的整車架構(gòu)，尤其是電子和電氣部分，主要就是分布式ECU，嵌入式軟件和現(xiàn)場(chǎng)總線級(jí)別的通信網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的EEA很大程度上是一套硬件集成方案（當(dāng)然復(fù)雜度比手機(jī)高出幾個(gè)量級(jí)），如果沒有特斯拉，可能這套成熟的體系還能用上很多年，沒有人考慮過把IT行業(yè)的軟硬件架構(gòu)直接套用到汽車上，但現(xiàn)在這事被特斯拉做成了，而且類似科技公司背景的入局者和模仿者越來越多，各類汽車軟件也大幅增加。對(duì)于傳統(tǒng)OEM，根據(jù)自己的專業(yè)背景，在這一輪技術(shù)升級(jí)中，基本都能看到域控制器、新型傳感器、車載以太網(wǎng)、操作系統(tǒng)、APP和各種算法等新技術(shù)，但如何把它們有效地集成在一起，做成用戶體驗(yàn)卓越的智能產(chǎn)品，還能保證成本可控，是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)。新硬件好學(xué)，拆來看看，大概也能明白對(duì)手怎么做的，但是軟件和代碼，還有基于這些軟件的運(yùn)維方式和盈利模式，對(duì)于傳統(tǒng)汽車行業(yè)來說，是所謂的虛擬經(jīng)濟(jì)和“靈魂”，既看不太懂也有內(nèi)部變革的阻力。所以O(shè)EM需要的是在現(xiàn)有EEA基礎(chǔ)上，想辦法把這些五花八門的新技術(shù)用更快更有效的方式集成到一起，而且采用成本和風(fēng)險(xiǎn)可控的迭代方式，而不是推倒現(xiàn)有架構(gòu)和供應(yīng)鏈重來。這個(gè)目標(biāo)從軟件的角度來看，其實(shí)就是要求OEM要具備整車軟件的集成能力。

但大型系統(tǒng)軟件的集成正是傳統(tǒng)EEA缺失的能力，因?yàn)楝F(xiàn)有零部件都是軟硬件耦合的，傳統(tǒng)車內(nèi)嵌入式軟件的集成基本是零部件和CAN網(wǎng)絡(luò)調(diào)通即可，由于CAN是基于廣播的，所以各個(gè)零部件軟件之間實(shí)際并沒有直接對(duì)接。而隨著新的非嵌入式的軟件越來越多進(jìn)入到車內(nèi)，相互之間會(huì)通過基于以太網(wǎng)的軟件接口(API)來直接傳輸數(shù)據(jù)，API調(diào)用和CAN信號(hào)廣播完全是兩回事，API設(shè)計(jì)是軟件問題不是通信問題，同時(shí)新的汽車軟件會(huì)有獨(dú)立的生命周期線，為了保證讓大量的新軟件能通過以太網(wǎng)絡(luò)在一起協(xié)同工作，OEM必須引入全新的獨(dú)立于硬件的大型軟件集成能力，相當(dāng)于需要一套單獨(dú)的整車軟件架構(gòu)。

這套軟件架構(gòu)的基本作用是：

能集成整車各個(gè)ECU、DCU(域控制器)、ZCU(區(qū)域控制器)、分布式網(wǎng)關(guān)/中央網(wǎng)關(guān)等的軟件，而軟件集成最重要的環(huán)節(jié)就是，設(shè)計(jì)一套統(tǒng)一的軟件接口和數(shù)據(jù)傳輸格式，當(dāng)然還有安全、性能等一系列規(guī)范。有了這套整車軟件集成方案，OEM才能讓各個(gè)供應(yīng)商或服務(wù)商的軟件按事先約定好的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來傳輸數(shù)據(jù)。否則就會(huì)演變成各供應(yīng)商自行定義接口名稱和參數(shù)，輸出各式各樣的數(shù)據(jù)，安全標(biāo)準(zhǔn)也不一致，最終還得由OEM來適配和對(duì)接，成百上千的新軟件集成到車內(nèi)，接口聯(lián)調(diào)和適配的復(fù)雜度和工作量是OEM無法承受的，這會(huì)比CAN矩陣設(shè)計(jì)高出幾個(gè)量級(jí)。

那么現(xiàn)在汽車行業(yè)選擇了面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)來作為汽車的整車軟件架構(gòu)，主要是為了解決各個(gè)零部件間的數(shù)據(jù)交換和通信。這個(gè)方向?qū)Σ粚?duì)？我們可以從IT行業(yè)設(shè)計(jì)SOA的初衷來分析。

廣義的面向服務(wù)架構(gòu)，或者廣義的“服務(wù)”本身，是從單機(jī)軟件到網(wǎng)絡(luò)軟件都一直存在的最基本的概念。傳統(tǒng)汽車的ECU嵌入式軟件，都算是單機(jī)軟件，功能界面數(shù)據(jù)處理基本都在同一個(gè)硬件上，沒有前臺(tái)界面+后臺(tái)服務(wù)的概念，但在IT/軟件行業(yè)，從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等，軟件早已完成了分層架構(gòu)，從最早局域網(wǎng)軟件的Client/Server(C/S)架構(gòu)，到web時(shí)代的B/S架構(gòu)，最近十幾年又迭代出SOA、微服務(wù)、無服務(wù)架構(gòu)等等，服務(wù)這個(gè)概念始終存在且保持進(jìn)化，貫穿了整個(gè)軟件發(fā)展。簡(jiǎn)單來講，軟件的復(fù)雜業(yè)務(wù)代碼都是運(yùn)行在所謂的“服務(wù)器”上，這些服務(wù)器都是遠(yuǎn)程部署在機(jī)房的高性能計(jì)算機(jī)，運(yùn)行在這些服務(wù)器上的軟件被統(tǒng)稱為“后臺(tái)服務(wù)”，而運(yùn)行在用戶終端上的，比如PC、手機(jī)或智能硬件的軟件，都叫做“前臺(tái)界面”，其實(shí)就是汽車行業(yè)經(jīng)常提的HMI。這種把交互界面和業(yè)務(wù)模塊(算法)分離的主要原因是終端算力有限，同時(shí)為了避免重復(fù)開發(fā)可共用的復(fù)雜模塊，才把這類模塊都放到后臺(tái)服務(wù)器上去做成“服務(wù)”來共享使用。
所以汽車軟件從嵌入式逐步升級(jí)為大型系統(tǒng)軟件的趨勢(shì)下，只要有網(wǎng)絡(luò)，那么基于服務(wù)的架構(gòu)是不可避免的。高算力平臺(tái)或域控制器就是車內(nèi)的服務(wù)器，這些服務(wù)器把各種汽車零部件的控制權(quán)以軟件接口的方式，提供給車內(nèi)或車外以太網(wǎng)的其他軟件使用。

但狹義上的SOA (Service-Oriented Architecture), 尤其是汽車行業(yè)目前多從IBM借鑒的那套SOA和企業(yè)總線理念，是不是必須的呢？并不是，而且IBM的SOA解決方案已經(jīng)是過時(shí)的技術(shù)了，原因有很多，總的來說，和商業(yè)軟件公司的沒落有關(guān)系。

在IT時(shí)代(1995年-2005年間) 是商業(yè)軟件公司的天下，IBM、Oracle、微軟及SAP這樣的IT軟件公司達(dá)到巔峰，那時(shí)候互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式和技術(shù)才萌芽，當(dāng)時(shí)的新技術(shù)和軟件理念都是商業(yè)軟件公司引領(lǐng)的，特點(diǎn)就是代碼封閉，按License收費(fèi)，數(shù)據(jù)不在線等等，最關(guān)鍵的是商業(yè)模式很封閉，如果想在一個(gè)企業(yè)內(nèi)部使用IBM的方案來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)字化，需要很復(fù)雜的咨詢、采購(gòu)、實(shí)施流程，無論軟件還是硬件，成本都很高，好處是一站式服務(wù)，也就是汽車行業(yè)習(xí)慣的“交鑰匙”模式，當(dāng)時(shí)還衍生出帶資質(zhì)認(rèn)證的各類細(xì)分領(lǐng)域的工程師，需要各種考核，否則沒法落地這些公司的軟件，這類商業(yè)軟件公司把閉源生態(tài)玩到了極致(和現(xiàn)在的汽車行業(yè)的軟件工具商，Autosar聯(lián)盟搞的這套閉環(huán)很類似)。

從2000年之后，互聯(lián)網(wǎng)公司崛起，最早也是用這些商業(yè)公司的軟件，發(fā)現(xiàn)成本太高，技術(shù)也無法支持海量用戶(商業(yè)軟件多是企業(yè)用戶，用戶數(shù)量從幾萬幾十萬的情況居多，像互聯(lián)網(wǎng)這樣動(dòng)輒幾千萬上億的用戶量，傳統(tǒng)的商業(yè)軟件架構(gòu)支持不了，這類公司的升級(jí)思路是scale up），谷歌亞馬遜率先開始大規(guī)模創(chuàng)新架構(gòu)，采用開源技術(shù)和分布式計(jì)算(通過scale out提供擴(kuò)展性)，到后來國(guó)內(nèi)興起的去IOE浪潮（很重要的一次技術(shù)浪潮，改變了整個(gè)軟件業(yè)的方向），基本就把所有的商業(yè)軟件從產(chǎn)品軟件棧中剔除了，采用了大量開源方案和二次開發(fā)來自研。

2005年開始，傳統(tǒng)IT公司就開始明顯走下坡路，IBM針對(duì)企業(yè)IT提出的這套狹義上的“SOA”架構(gòu)，與它的企業(yè)總線ESB一起，變得鮮有人問津。而過去十幾年，大多數(shù)軟件架構(gòu)都基本是采用互聯(lián)網(wǎng)公司創(chuàng)建的軟件架構(gòu)，實(shí)際也是基于服務(wù)的，比如用的最多的“微服務(wù)”，是廣義的面向服務(wù)架構(gòu)的最新迭代，也算是狹義的SOA的實(shí)際“量產(chǎn)”案例，所以廣義的SOA一直在使用并迭代。而服務(wù)這個(gè)概念過于普及和基礎(chǔ)，導(dǎo)致大多數(shù)科技行業(yè)的開發(fā)人員基本都不提這事了。（有一點(diǎn)需要注意的是，從之前的去IOE浪潮來看，汽車行業(yè)現(xiàn)在這些商業(yè)工具提供商，是有可能被替代的，尤其是特斯拉和一些科技公司造車，都基本不會(huì)使用Autosar這樣學(xué)習(xí)門檻高，價(jià)格貴，封閉體系，還得等工具商緩慢迭代的軟件方案。）

上面講了面向服務(wù)架構(gòu)的來龍去脈，就比較容易澄清SOA的用處，面向服務(wù)架構(gòu)是在IT行業(yè)軟硬件運(yùn)行環(huán)境都很成熟的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的架構(gòu)，用于軟件模塊之間分層，對(duì)于部分公用的，消耗計(jì)算資源的代碼，被抽象成服務(wù)，單獨(dú)運(yùn)行在專門的服務(wù)器上，被其他軟件模塊共享使用。十幾年前SOA的提出顯然沒有考慮過汽車行業(yè)現(xiàn)在還需要先實(shí)現(xiàn)車載以太網(wǎng)通信，域控制器和操作系統(tǒng)升級(jí)的情況。如果說IT行業(yè)搞SOA是從0到1，那么汽車行業(yè)搞SOA就是從-1到0，再?gòu)?到1，因?yàn)檫€得先解決硬件升級(jí)的問題，-1到0就是OEM先得補(bǔ)齊的硬件功課（當(dāng)然自動(dòng)駕駛或者座艙應(yīng)用本來也需要升級(jí)這些硬件），這里面又涉及到成本和長(zhǎng)期ROI，以及傳統(tǒng)OEM如何看待SOA的價(jià)值問題。從整車成本的角度來看，SOA會(huì)給OEM每次新車換代節(jié)省一定比例的零部件開發(fā)費(fèi)，但是在使用了SOA的第二代車開始才會(huì)節(jié)省，而第一代使用SOA的汽車，又要升級(jí)網(wǎng)絡(luò)又要引入中間件，各種新增成本，OEM未必能買單，所以如果對(duì)軟件架構(gòu)的長(zhǎng)期價(jià)值理解不清楚，這個(gè)總賬算起來很有難度。而從技術(shù)上看，OEM其實(shí)需要在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)完成通信網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、硬件升級(jí)、軟件升級(jí)(生態(tài)建立,盈利模式)的三步走，這三步可能在其他行業(yè)都經(jīng)歷了十年以上的時(shí)間，所以汽車行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)要復(fù)雜不少。

第二個(gè)問題

SOA本身能解決哪些問題，不能解決哪些問題，到底能帶來什么好處？

SOA的范圍包括：

設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)全車各個(gè)零部件的軟件（用以太網(wǎng)通信的軟件）的接口定義和數(shù)據(jù)格式。需要注意的是，軟件接口的定義，從來沒有強(qiáng)制的標(biāo)準(zhǔn)，雖然有所謂的六大接口設(shè)計(jì)原則，也有Restful接口風(fēng)格之類的規(guī)范，但都不是非實(shí)現(xiàn)不可，實(shí)際需由軟件架構(gòu)師根據(jù)業(yè)務(wù)情況和經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)，這點(diǎn)對(duì)于傳統(tǒng)OEM和非軟件開發(fā)人員來說尤其難受，因?yàn)榻涌诙x沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可參考，參考互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，各公司的系統(tǒng)架構(gòu)和接口基本都是自己的技術(shù)骨干設(shè)計(jì)的，汽車行業(yè)幾乎沒有這樣的人，因?yàn)樵瓉砬度胧杰浖⒉恍枰@類架構(gòu)師，傳統(tǒng)汽車需要的CAN通信矩陣實(shí)際是通信或者電子專業(yè)的工程師來負(fù)責(zé)，他們幾乎沒有軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，而IT行業(yè)的軟件工程師又不懂整車架構(gòu)，所以找到對(duì)汽車網(wǎng)絡(luò)和軟件都精通的經(jīng)驗(yàn)豐富的軟件團(tuán)隊(duì)才是OEM需要解決的首要問題。

全車的數(shù)據(jù)安全規(guī)則，統(tǒng)一的加密算法，密鑰管理機(jī)制，權(quán)限管理體系等

備份和冗余機(jī)制：如果是中心化的架構(gòu)，中間件要考慮很多負(fù)載均衡，故障切換的功能，如果是去中心化的架構(gòu)，需要考慮各節(jié)點(diǎn)的選舉機(jī)制和資源占用

CAN信號(hào)轉(zhuǎn)化為服務(wù)API的數(shù)據(jù)報(bào)文

SOA最重要的作用：

SOA能保證車內(nèi)和車外所有使用以太網(wǎng)通信的軟件采用同一套數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，避免大量的軟件接口適配和數(shù)據(jù)不兼容，給OEM和供應(yīng)商雙方都省去大量的集成成本。長(zhǎng)期來看，SOA會(huì)是未來汽車開放平臺(tái)的基礎(chǔ)，如果有一天特斯拉開放和蘋果類似的應(yīng)用商店，面向服務(wù)架構(gòu)必然是最底層的技術(shù)基礎(chǔ)。

SOA不包含：

車載以太網(wǎng)升級(jí)（以太網(wǎng)通信是SOA的前置條件，但本身這是兩件事），以及車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)管理，比如網(wǎng)絡(luò)休眠喚醒、功耗節(jié)能等等，這些屬于網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)范疇。

TSN以及網(wǎng)絡(luò)延時(shí)解決方案，這些和SOA沒有直接聯(lián)系。另外還有方案還希望通過SOA去定義不同軟件的通信優(yōu)先級(jí)，保證部分高安全等級(jí)功能的信道通暢，思路是好的，但是實(shí)際應(yīng)用很難實(shí)現(xiàn)，具體原因可以參考十年前基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)商和通信巨頭想搞的SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)），最后都不了了之。

以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議的選擇：這也只是SOA的前置條件，SOA是針對(duì)軟件分層的架構(gòu)，和使用的通信協(xié)議無直接關(guān)系，要實(shí)施SOA確實(shí)要先選一個(gè)以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議，但是選哪個(gè)并不影響SOA的實(shí)現(xiàn)，不管是DDS、MQTT、SOME/IP還是HTTP、Socket、SOAP，都可以實(shí)現(xiàn)SOA，如何選擇還是主要看SOA中間件的具體功能是否強(qiáng)大和車載以太網(wǎng)的成本情況，（目前很多工具商和供應(yīng)商在推SOME/IP，但實(shí)際上SOME/IP無論從協(xié)議定義和測(cè)試情況來看，并沒有比其他協(xié)議更有特別的優(yōu)勢(shì)，對(duì)應(yīng)的軟件甚至問題更多，同時(shí)汽車行業(yè)的廠商絕大多數(shù)并不太清楚一個(gè)軟件中間件應(yīng)該具備哪些功能才能量產(chǎn)，花了大量時(shí)間去討論應(yīng)用層協(xié)議）其實(shí)爭(zhēng)論哪個(gè)以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議更好，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的軟件開發(fā)者來說，就像爭(zhēng)論C++, JAVA, PHP誰是最好的編程語言一樣沒什么意義。應(yīng)用軟件功能是否強(qiáng)大，性能是否最優(yōu)，從來都取決于開發(fā)者，而非開發(fā)語言，更非通信協(xié)議。應(yīng)用層協(xié)議是上層協(xié)議，目的是為最終的應(yīng)用場(chǎng)景服務(wù)，并不會(huì)像底層通信協(xié)議一樣，是一個(gè)非此即彼的選擇，只要能讓應(yīng)用層軟件提供最終的用戶價(jià)值，上層協(xié)議的差別并不大，而且很容易切換。

自動(dòng)駕駛中間件的功能，自動(dòng)駕駛有專門用于傳感器數(shù)據(jù)傳輸和融合的中間件ROS，ROS也是面向服務(wù)架構(gòu)的，但由于設(shè)計(jì)的初衷是機(jī)器人使用，機(jī)器人就一個(gè)大腦，所以ROS更適合單域控制，并不適合解決跨域通信問題，加上全車應(yīng)用DDS的成本和資源消耗，短期內(nèi)ROS還很難從ADAS/AD域拓展到整車。

另外OEM需要的軟硬件解耦能力，須由操作系統(tǒng)和SOA中間件開發(fā)商共同提供，操作系統(tǒng)可以通過驅(qū)動(dòng)模型、硬件抽象和設(shè)備樹等方式把常用的標(biāo)準(zhǔn)零部件轉(zhuǎn)成系統(tǒng)接口，但各OEM的零部件很多都是非標(biāo)準(zhǔn)化的，操作系統(tǒng)并沒自帶這些零部件系統(tǒng)接口，所以還需要SOA這樣的架構(gòu)來補(bǔ)充這部分零部件的協(xié)議轉(zhuǎn)化和為應(yīng)用層提供API。

在實(shí)際SOA項(xiàng)目落地過程中，會(huì)有各種車載網(wǎng)絡(luò)和硬件的限制條件，尤其是SOA整體性能問題，會(huì)牽涉到車內(nèi)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和ECU的性能和負(fù)載瓶頸，需要OEM和零部件廠商共同解決，都是有不小的挑戰(zhàn)。另外SOA雖然是后臺(tái)架構(gòu)，但也會(huì)被質(zhì)疑能帶來什么用戶體驗(yàn)，這涉及到應(yīng)用層開發(fā)，確實(shí)需要一些新的APP或新場(chǎng)景來驗(yàn)證SOA的作用。

總結(jié)

汽車行業(yè)的工程師多年來習(xí)慣了先找行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工具，然后才是研發(fā)，制造，最后再用標(biāo)準(zhǔn)來測(cè)試驗(yàn)證的閉環(huán)，這套流程是典型的制造行業(yè)的模式，凡事都得先看看有沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和成熟工具，上下游各公司都用同一套標(biāo)準(zhǔn)，最后以最小的成本和最低的風(fēng)險(xiǎn)把汽車造出來，流程很穩(wěn)定，但這種思維模式會(huì)讓工程師過分依賴標(biāo)準(zhǔn)和工具，失去真正的研發(fā)和創(chuàng)新能力，尤其是整車架構(gòu)中很多標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議都是歐美日定義的，大量的資金都投給了國(guó)外的工具商和外資Tier-1，給到工程團(tuán)隊(duì)的研發(fā)費(fèi)用反而很少?，F(xiàn)在這套閉環(huán)被特斯拉帶頭用更先進(jìn)的理念和技術(shù)打破了，還造出了跨代領(lǐng)先的產(chǎn)品，證明了開源軟件在車內(nèi)的可行性。而且新的智能軟件并不像硬件或者嵌入式軟件需要那么多規(guī)范，傳統(tǒng)汽車軟件開發(fā)類似于做填空題，題干都被固定了，我們只能做最沒有技術(shù)含量的部分，而智能軟件都是根據(jù)用戶需求自行開發(fā)，更像是寫作文，就一個(gè)題目，剩下的自由發(fā)揮。這個(gè)變化對(duì)于新一代智能汽車或者新一代的汽車軟件供應(yīng)商，都是研發(fā)能力升級(jí)的最佳機(jī)會(huì)，也有充分的商業(yè)動(dòng)機(jī)去完成新一代核心軟件和工具的國(guó)產(chǎn)化。

作者：Luke Chen

快控科技 CEO