全面SOA化的電子電氣架構(gòu)是什么樣的？

在汽車產(chǎn)業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型的過程中，汽車的開發(fā)模式、消費(fèi)者對車的認(rèn)知，以及汽車銷售的商業(yè)模式都在發(fā)生著顛覆性的改變。傳統(tǒng)的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)越來越無法適應(yīng)現(xiàn)如今消費(fèi)者對汽車智能化的要求。

工程師在傳統(tǒng)電子電氣架構(gòu)上開發(fā)新功能時(shí)，耗時(shí)長且迭代難，此外，工程師在開發(fā)時(shí)還需要考慮種種限制條件并且要針對不同車型做定制化開發(fā)。

△傳統(tǒng)電子電氣架構(gòu)的痛點(diǎn)

為避免上述問題，越來越多的車企傾向于選擇區(qū)域接入+中央計(jì)算的SOA架構(gòu)。華為在這次上海車展前夕發(fā)布的iDVP智能數(shù)字底座，便是這樣一套滿足區(qū)域接入+中央計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的SOA架構(gòu)。

1.?華為iDVP智能汽車數(shù)字底座的結(jié)構(gòu)與預(yù)期功能

在底盤等機(jī)械硬件之上，華為將整車分為幾個(gè)層次，從下往上依次為硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、應(yīng)用生態(tài)以及車云。

iDVP包含硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩部分，其中，硬件平臺(tái)是指計(jì)算與通信架構(gòu)基礎(chǔ)硬件平臺(tái)，軟件平臺(tái)又分為操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)管理框架以及SOA軟件框架。為方便用戶在iDVP上開發(fā)軟件，華為還開發(fā)了配套的工具鏈，如下圖所示：

?△iDVP結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 計(jì)算與通信架構(gòu)硬件平臺(tái)

計(jì)算和通信架構(gòu)平臺(tái)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)車輛的計(jì)算和通信方式，目前主要包括星型組網(wǎng)和以太環(huán)網(wǎng)，如下圖所示：

△?通信架構(gòu)示意圖

VDC代表智能車控域控制器，MDC代表智能駕駛域控制器，CDC代表智能座艙域控制器。域控制器可以通過VIU連接到傳感器和執(zhí)行器。

在星型組網(wǎng)中，VDC通過以太網(wǎng)和分布于車身的VIU相連，從而控制車身上的傳感器和執(zhí)行器，MDC和CDC通過連接VDC來控制傳感器和執(zhí)行器。

在以太環(huán)網(wǎng)中，各個(gè)域控制器和VIU均通過以太網(wǎng)有直接的連接，并且VIU可以組成一個(gè)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，某一段網(wǎng)絡(luò)斷掉時(shí)還有備份路線，通信的可靠性和安全性更能得到保障。

1.2 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)包括VOS和AOS。

VOS：智能車控操作系統(tǒng)，可以支持存量應(yīng)用平滑地從CP向AP遷移，并且可以在多核部署的同時(shí)保證應(yīng)用對多核無感知，還支持?jǐn)?shù)字孿生和整車OTA。

AOS：智能駕駛操作系統(tǒng)，支持車規(guī)級(jí)安全，具備豐富的AI原生開發(fā)庫，可以提高模型化仿真、驗(yàn)證、智能駕駛開發(fā)的效率。

1.3 SOA軟件框架

SOA軟件框架包括了設(shè)備抽象層和原子服務(wù)層，方便用戶在iDVP上開發(fā)軟件。

根據(jù)4月16日華為智能汽車解決方案發(fā)布會(huì)上的信息，華為的SOA架構(gòu)涵蓋了車身域、動(dòng)力域、底盤域、智能駕駛域，以及熱管理域，相關(guān)的應(yīng)用均可以在SOA架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)。

1.3.1 設(shè)備抽象層

據(jù)華為方面的設(shè)計(jì)理念，設(shè)備抽象層對傳感器、執(zhí)行器、Legacy ECU 等硬件資源進(jìn)行抽象，通過API向上為服務(wù)提供設(shè)備訪問接口，屏蔽設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)差異（硬件差異&廠家差異），減少定制化與重復(fù)勞動(dòng)。工程師在開發(fā)相關(guān)功能時(shí)，不用考慮硬件設(shè)備的電氣參數(shù)差異，直接調(diào)用相應(yīng)接口即可。

例如，當(dāng)工程師需要調(diào)用電機(jī)時(shí)，只需要輸入“轉(zhuǎn)動(dòng)方向”，“轉(zhuǎn)速”的參數(shù)，然后調(diào)用電機(jī)的接口就可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，而無需了解及考慮電機(jī)的控制電氣信號(hào)差異性。

根據(jù)4月16日華為智能汽車解決方案發(fā)布會(huì)上的信息，目前，華為已經(jīng)開發(fā)了符合中汽協(xié)SDV標(biāo)準(zhǔn)的300+個(gè)設(shè)備抽象API。設(shè)備抽象服務(wù)涵蓋了車身域、熱管理域、動(dòng)力域、底盤域等，而可以提供抽象服務(wù)的設(shè)備包括了電機(jī)、按鈕開關(guān)、繼電器、車燈、溫度傳感器等各類執(zhí)行器和傳感器。

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△SDV設(shè)備抽象API

1.3.2?原子服務(wù)

原子服務(wù)將硬件設(shè)備的基礎(chǔ)動(dòng)作封裝成API，從而給上層應(yīng)用提供最基本的操作單元。如此一來，硬件設(shè)備和軟件端口就可以實(shí)現(xiàn)解耦。例如，調(diào)整車窗的車窗開度，打開車窗，關(guān)閉車窗，停止開啟或關(guān)閉車窗，在原子服務(wù)里都會(huì)根據(jù)基礎(chǔ)操作封裝成一個(gè)個(gè)接口。

根據(jù)4月16日華為智能汽車解決方案發(fā)布會(huì)上的信息，目前，華為已經(jīng)開發(fā)了符合中汽協(xié)SDV標(biāo)準(zhǔn)的400+個(gè)原子服務(wù)API，服務(wù)涵蓋了車身控制、交互域、運(yùn)動(dòng)控制、能量管理、智能駕駛域等各個(gè)方面，包括了車門服務(wù)、霧燈服務(wù)、通風(fēng)服務(wù)、座艙溫控等各類服務(wù)，方便工程師在開發(fā)軟件時(shí)調(diào)用。

?△SDV原子服務(wù)

1.4 基礎(chǔ)管理框架

基礎(chǔ)管理框架主要負(fù)責(zé)分布式通信、整車OTA、功能安全、診斷等基本功能。

1.5 工具鏈

工具鏈可以提供車輛軟件開發(fā)過程中的工具，匹配軟件開發(fā)工作流程。

按照工作流程，工具鏈產(chǎn)品可分為：整車級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)工具——包括iDVP API服務(wù)定義庫、iDVP SWC工程庫、iDVP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋷斓?，主要用于整車?jí)的服務(wù)化設(shè)計(jì)；然后是模型化開發(fā)工具——包括iDVP底軟配置工具包、iDVP行為模型庫等，主要用于模型化開發(fā)與配置；最后是數(shù)字底座仿真器——包括時(shí)序分析工具等，主要用于整車級(jí)的服務(wù)化驗(yàn)證。

?△iDVP工具鏈

2.?iDVP的優(yōu)勢

在4月16日的華為智能汽車解決方案發(fā)布會(huì)上，iDVP被稱為是軟件定義汽車的“黑土地”，在軟件定義汽車時(shí)代，iDVP可以大幅提升軟件開發(fā)的效率，平衡用戶體驗(yàn)的基礎(chǔ)一致性和個(gè)性化。那么，iDVP有哪些優(yōu)勢呢？

2.1 區(qū)域接入+中央控制架構(gòu)，提升架構(gòu)靈活性

iDVP采用區(qū)域接入+中央控制的架構(gòu)。在這樣的架構(gòu)下，整車ECU可以減少20～30個(gè)，節(jié)省約50w的功耗。

△iDVP典型架構(gòu)

如上圖所示，車輛上一般會(huì)部署VIU，車上的傳感器和執(zhí)行器會(huì)連接到VIU上，然后域控制器就可以通過VIU對傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行統(tǒng)一控制。

在區(qū)域接入+中央控制的架構(gòu)下，OTA較為簡單。相比于在分散的ECU式架構(gòu)下，在iDVP架構(gòu)下，整車OTA可以節(jié)省約50%的時(shí)間。

而且，中央控制之后，車內(nèi)的空氣質(zhì)量、溫度等信息都可以通過傳感器傳到車身域控制器，然后進(jìn)行集中控制。集中控制的好處是跨域的應(yīng)用會(huì)變得非常容易，?如果某個(gè)應(yīng)用既包括了熱管理系統(tǒng)也包括了車身域，我們不會(huì)被跨域調(diào)用困擾。

另外，iDVP對執(zhí)行器和傳感器采取就近接入和二次智能配電的方式，可以節(jié)省20～30%的線束，有助于車身減重。

同時(shí)，iDVP引入高速以太環(huán)網(wǎng)，能夠把百兆級(jí)的網(wǎng)絡(luò)提升到千兆級(jí)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

除此之外，有了合理的分層方式，SOA服務(wù)化的標(biāo)準(zhǔn)接口，整車軟件的復(fù)雜度大大降低，各個(gè)軟件的開發(fā)模塊單元可以分工協(xié)作，軟件迭代的速度快，質(zhì)量也更容易得到保障。

2.2 軟硬解耦，方便擴(kuò)展，開發(fā)效率提高

iDVP將汽車的電子電氣架構(gòu)按照層次分類，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的解耦，提高了開發(fā)效率。

分層之后，各個(gè)分支的軟硬件之間的耦合性大大降低，工程師不用擔(dān)心“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的問題。未來不管硬件如何改變，都不會(huì)影響到軟件，每個(gè)層之間沒有必然聯(lián)系，任何一個(gè)層的變化只會(huì)影響相鄰層，不會(huì)影響不直接相鄰的層。

軟硬解耦之后，工程師只要對硬件做好適配工作，就可以很方便地調(diào)用這個(gè)硬件，然后做應(yīng)用開發(fā)。甚至于，假如硬件廠商按照中汽協(xié)SDV工作組的標(biāo)準(zhǔn)接口的要求做好硬件的標(biāo)準(zhǔn)化，屆時(shí)，廠商生產(chǎn)出的硬件就可以直接接入iDVP的架構(gòu)，而無需再做適配。

華為在設(shè)計(jì)原子服務(wù)層和設(shè)備抽象層時(shí)，遵循中汽協(xié)SDV標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范定義，這樣可以適應(yīng)更多廠商的開發(fā)習(xí)慣，方便不同的硬件設(shè)備廠商接入。

假如軟件供應(yīng)商按照SDV標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)軟件或者硬件設(shè)備生產(chǎn)商按照SDV標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)硬件，可以省去很多適配工作。

在實(shí)踐中，工程師需要實(shí)現(xiàn)新功能或更改某個(gè)功能時(shí)，基本只需要在應(yīng)用服務(wù)層對原子服務(wù)做一些組合或者對組合的方式做一些更改，偶爾需要兼顧一下硬件適配的問題，而無需改變原子服務(wù)之上的架構(gòu)。

在傳統(tǒng)的基于信號(hào)開發(fā)的架構(gòu)下，假如車企希望將座椅從a型號(hào)更換成b型號(hào)，那么一系列的架構(gòu)都需要相應(yīng)地改變，包括通信矩陣、接口等，而在iDVP平臺(tái)下，工程師只需要在設(shè)備抽象層做一些適配就可以完成座椅更換工作。

此外，iDVP架構(gòu)是跨車型適用的，基礎(chǔ)應(yīng)用在不同車型上的復(fù)用率較高。

對于不同車型的可以采用相同的電子電氣架構(gòu)，差異主要在于硬件配置以及應(yīng)用服務(wù)，更上層的設(shè)備抽象、原子服務(wù)、基礎(chǔ)軟件等幾乎沒有差異，因此工程師可以復(fù)用已開發(fā)好的基礎(chǔ)應(yīng)用，那么開發(fā)的工作量就可以大大節(jié)省。

假如一個(gè)車企在同時(shí)開發(fā)多款車型，在車型a的開發(fā)中，它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些設(shè)備抽象和原子服務(wù)，那么在車型b的開發(fā)中，這些設(shè)備抽象和原子服務(wù)都可以直接復(fù)用，已經(jīng)開發(fā)好的功能也可以復(fù)用，額外的工作量主要來自于硬件的適配以及新功能的開發(fā)。

采用iDVP的開發(fā)方式，車企可以把新功能的開發(fā)周期從幾個(gè)月甚至一年縮短到一個(gè)月。

2.3 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)可靠性高、性能好

根據(jù)4月16日華為智能汽車解決方案發(fā)布上的信息，借用華為過去30年的ICT的通信經(jīng)驗(yàn)，iDVP智能汽車數(shù)字底座基于全自研的高可靠的以太協(xié)議棧，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全速率可靠傳輸，且數(shù)據(jù)傳輸過程中沒有丟包、震蕩、擁堵等問題。傳統(tǒng)以太協(xié)議棧在車上應(yīng)用時(shí)可能出現(xiàn)的啟動(dòng)慢、抖動(dòng)時(shí)間長導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞等諸多問題，在華為自研的以太協(xié)議棧上可以得到明顯的改善。

此外，業(yè)務(wù)調(diào)度引擎可以保證通信處理數(shù)據(jù)低至30us的穩(wěn)定時(shí)延。

基于高性能的通信引擎，iDVP可以基于業(yè)務(wù)需求靈活分配系統(tǒng)的算力資源，來保障系統(tǒng)的性能。

2.4 車控功能安全可靠

車控功能的安全主要依賴于架構(gòu)的可靠性以及網(wǎng)絡(luò)安全。

2.4.1 環(huán)網(wǎng)倒換和最小系統(tǒng)保障架構(gòu)可靠

華為推薦用戶將VIU的通信鏈路設(shè)計(jì)成環(huán)網(wǎng)模式，有利于保障通信鏈路的安全，因?yàn)榄h(huán)網(wǎng)比較容易快速倒換。

正常情況下，數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)絡(luò)中順時(shí)針傳輸，假設(shè)某段網(wǎng)絡(luò)突然斷掉，在這段網(wǎng)絡(luò)斷掉后，系統(tǒng)可以立馬檢測到故障（一般來說是20毫秒內(nèi)），然后數(shù)據(jù)可以很快變成逆時(shí)針傳輸。如此一來，正常的通信仍然可以得到保障，而且不會(huì)丟包。

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△通信鏈路示意圖

VDC和一個(gè)VIU可以組成一個(gè)最小系統(tǒng)，也就是說VIU上備份了與之連接的VDC的最基本的行車安全功能。

假如行車過程中出現(xiàn)一些故障，例如通信線路斷掉、突然斷電、車輛物理受損等，那么VDC無法給VIU發(fā)送指令。此時(shí)，VIU可以在幾十毫秒內(nèi)把最基本的行車和安全相關(guān)的內(nèi)容接管過來，保證車以一定的時(shí)速平穩(wěn)運(yùn)行，駕駛員可以選擇靠邊停車，或者以一定的時(shí)速將車開到維修點(diǎn)。

另外，iDVP采用了二級(jí)配電的方式，并且用cmos取代了傳感器的保險(xiǎn)絲和繼電器。傳統(tǒng)情況下，當(dāng)電路過載或者短路時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷，此時(shí)工程師只能更換保險(xiǎn)絲來使得車輛恢復(fù)正常狀態(tài)，而采用cmos后，當(dāng)電流電壓恢復(fù)平穩(wěn)以后，線路會(huì)自動(dòng)復(fù)原，不需要手工維護(hù)。

此外，采用cmos后，故障診斷的時(shí)間大幅縮短，保險(xiǎn)絲的診斷時(shí)間一般是毫秒級(jí)甚至是秒級(jí)。當(dāng)電流突然變大時(shí)，保險(xiǎn)絲不會(huì)馬上燒掉，而是會(huì)在高電流狀態(tài)持續(xù)一段時(shí)間，溫度達(dá)到一定高度之后才會(huì)燒掉。而cmos方案下，只要電流超過了一定范圍，相應(yīng)線路就會(huì)自動(dòng)斷開，從而保護(hù)其他電流正常的線路，而且這個(gè)反應(yīng)時(shí)間是微妙級(jí)的。

2.4.2 網(wǎng)絡(luò)安全

針對網(wǎng)絡(luò)安全，iDVP也有相應(yīng)的對策。

iDVP有三層防御能力，針對車外網(wǎng)絡(luò)，iDVP通過設(shè)備認(rèn)證，安全服務(wù)，安全協(xié)議等技術(shù)，防止黑客從車云批量攻擊車輛，提升遠(yuǎn)程操控指令操作的安全性；針對車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，iDVP有車載信任環(huán)，防止假冒件/水貨接入車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)后觸發(fā)錯(cuò)誤行車動(dòng)作，規(guī)避駕駛安全隱患；針對車身部件，iDVP采用一車一授權(quán)的方式，確保車身部件都是正版，實(shí)行部件級(jí)的安全啟動(dòng)和升級(jí)。

3.?華為與客戶的合作模式

有了iDVP的平臺(tái)，車企可以聚焦于和用戶體驗(yàn)直接相關(guān)的應(yīng)用層，迅速開發(fā)新功能，滿足用戶對智能化的需求，在軟件定義汽車時(shí)代更好地服務(wù)用戶。

那在實(shí)踐中，車企等客戶如何與華為合作，讓iDVP給自己賦能呢？

車企可以采用平臺(tái)模式——華為提供基礎(chǔ)管理軟件和設(shè)備抽象，車企自己開發(fā)原子服務(wù)和應(yīng)用軟件；也可以采用共創(chuàng)模式——華為提供基礎(chǔ)管理軟件和設(shè)備抽象，車企和第三方共同開發(fā)原子服務(wù)和應(yīng)用軟件；或者直接采用全棧交付模式——華為提供包括基礎(chǔ)管理軟件、設(shè)備抽象、原子服務(wù)、應(yīng)用軟件等全套服務(wù)。如下圖所示：