SOA：整车架构下一代的升级方向

2022-03-02 17:48

软件定义汽车时代，OEM转型的三部曲：

整车E／E架构升级，硬件架构上从分布式ECU向域集中式，进一步向中央集中式＋区域控制器升级；

Linux、QNX 和其他 RTOS等只提供内核，主机厂在此基础上实现硬件抽象化，形成支持应用开发的中间层操作系统，定义开发者交互逻辑，搭建应用层，目的在于通过简化车辆软件开发和增加更新频率，向所有人（企业）开放车辆编程，进而掌握开发者生态资源；

进一步利用庞大的用户保有量构建开发者生态，整车厂利润中心由“硬件制造”变为“软件开发”。

短期来看，大部分OEM主机厂仍处于硬件架构升级的阶段，汽车软硬件解耦处于发展初期，主机厂纷纷将底层基础软件（系统内核、AP Autosar、中间层等）作为发展重点。

长期来看，为了实现软件定义汽车，智能汽车软件架构正在向SOA（Service－Oriented Architecture，面向服务的分布式架构）转型升级。SOA（Service－Oriented Architecture面向服务的架构）将重构汽车生态，汽车行业很可能复制PC和智能手机的“底层硬件、中间层操作系统、上层应用程序”的软件分工模式，同时涌现出智能汽车中间件的行业巨头，上层APP开发者无须关注底层硬件架构，而专注于应用开发。

一、什么是SOA架构？

SOA，即Service－Oriented Architecture，也就是面向服务的架构。

这个概念其实并不新鲜，早在20多年前，WebService出现的时候，SOA就已被誉为是下一代Web服务的基础框架。但是用在汽车上确是近年来随着软件定义汽车的发展，SOA在汽车上才开始得到应用。

汽车SOA是对整车智能化的底层能力进行组织。将车端的硬件能力和各种功能SOA化，划分为不同的服务，拆分成颗粒度更小的接口。这些服务根据SOA标准进行接口设计，基于SOA标准协议进行通信。这样，各服务组件之间就可以相互访问，从而扩展了服务的组合形。

SOA软件架构的特性就是高内聚、松耦合、服务平台无关化、服务动态部署／动态发现。因而为汽车出厂后的持续升级和服务降低难度、拓展出更多的可能性。

二、为什么要在汽车上使用SOA架构

在整车架构上，“面向服务”是相对应的是传统汽车软件架构中“面向信号”的开发范式。

所谓“面向信号”就是：为了实现某一项功能，ECU从底层到应用层开发了一整套的软件，并根据事先设定的特定信号与外部进行交互。传统EE架构中，ECU 由不同的供应商开发，框架无法复用，无法统一，集成难度大。如果开发新的功能，那么整条软件链路上所有相关的参数都需要重新编写和配置，也就是说模块之间的耦合度太高，其中一个升级会影响其他模块都得跟着升级。功能模块复用率非常低，牵一发而动全身，任何功能的更改，都会带来非常大的工作量。

而“面向服务”的SOA架构对于ECU的更新版本、更新信号库、代码修改等过程更加简便和灵活，基于服务的架构开发，实际上是以服务的方式对整车的功能进行拆解，将黑盒子的ECU白盒化，为未来扩展和功能更新，提供了良好的基础。软件架构白盒化之后，功能的更新和重新部署都更为透明，快速和便捷。

所谓软件定义汽车，只有当我们把硬件的边界打破，软件之间能够互相“看得到”对方，彼此之间用同一种语言交流，才能形成更大的生态系统。

这也就是为什么我们要在汽车上使用SOA架构。

三、EE架构的升级需求和车载以太网为SOA奠定了基础

当我们将目光投向今天的智能汽车，也会发现，EE架构（电子电气）的升级和车载以太网应用，也让SOA的出生顺理成章。

EE架构的升级奠定硬件基础。

以往的传统汽车采用分布式的EE架构，需要上百个ECU（电子控制单元）。传统架构下，各个ECU不但直接驱动执行器和传感器，还承担了业务功能的很多控制逻辑。因此，功能的更新迭代，往往需要多个控制器配合修改，而各个ECU采购至不同的供应商，这导致软件变更周期长、难度大。

随着整车EE架构朝着域集中式的发展，几个域控制器承担了整车主要逻辑运算的任务，将执行器和传感器与控制命令分离，变成纯粹的执行机构。ECU实现业务逻辑和控制逻辑的解耦，功能接口模块化、标准化。这样，只要通过几个域控制器，就能实现对底层硬件的控制，在架构设计上为SOA提供了良好的基础。

以太网的应用奠定通信基础

传统的车载网络架构主要由CAN总线组成，按照功能划分出不同的功能域，比如动力总成、车身控制等总线域。各个ECU都有自己独立的通信渠道，使得整车线束成本高昂，总装复杂程度也较大。而且同一个CAN总线上的所有节点共享带宽，普通CAN总线的通信带宽仅1Mb／s。

目前整车主干网都选择用以太网取代传统的CAN总线，作为新的车载网络架构。以太网是交换机式（Switched Network）通信方式，所有的终端节点通过交换机连接到一起，通过交换机转发传递的信息，拥有更高的带宽（大于100 Mb／s）和更低的延时。

有了更好的硬件基础架构，加上带宽更宽、延时更低的网络，才为SOA的应用和实现奠定了基础。

在软件定义汽车的今天，汽车软件需要更快速的迭代——这是智能汽车的核心能力。SOA将给汽车软件生态带来巨大的变革。

四、SOA为主机厂带来了什么？

1、软硬件解耦，打造良好的汽车软件生态

整车SOA架构的实现，让应用开发与整车硬件平台解耦，一次开发可以适配不同的车型，为智能汽车的功能和场景带来更多的想象。基于整车SOA架构，能够为应用开发提供一个标准的基础平台，有利于打造一个良好的汽车软件生态。

以零束的SOA架构为例，零束银河全栈3．0采用模块化开发，分为轻应用开发环境、图形化开发环境、集成IDE开发环境、软件开发组件、应用商城、场景商场、数字汽车。其中基于数字汽车的SOA架构走在行业领先的位置，基于区域控制器的开发思路，将运算逻辑上移，底层完成信号的采集和IO输入，Zone控制完成路由，最终由控制中央计算系统完成逻辑运算和云端交互。其中HPC1＆HPC2为两个主要的计算大脑，HPC1同步负责与云端通讯，同时完成OTA的功能。

2、实现更加强大的OTA升级能力与更快的迭代速度，极大提升车厂服务周期，创造长期价值。

SOA基于软硬件解耦的优势所发挥的核心价值在于彻底实现软件独立“生长”（或者说算力架构可以迭代，共享算力变成了可能），而硬件同样可以独立“生长”（跨车型平台，或者在车辆生命周期内为用户提供OTA升级服务，而这些在传统架构中实现的成本是不可控的）。因此，SOA的实现为“面向服务”的OTA提供了更好的框架基础，OTA升级将变得更加简单、灵活、安全、可控。

OTA提供商艾拉比在OTA行业趋势报告中提到，随着持续的架构改革，艾拉比OTA也将由前期“面向功能”的OTA逐步向“面向服务”的OTA迈进。SOA为OTA提供了强大的支撑能力和基础，随着软件定义汽车的发展和SOA架构的实现，更好的发挥了OTA的潜力，降低了OTA难度降低、提升了升级效率。同时OTA的升级反哺软件定义，加速软件定义下商业模式、开发模式、用户体验的进一步升级。

艾拉比：面向服务的OTA

目前，主机厂纷纷布局SOA软件架构的开发，未来2－3年将是SOA量产的高峰期，车企通过自建或与供应商合作搭建操作系统和SOA平台，以及“面向服务”的OTA平台，向用户提供全生命周期的软件服务。

3、主机厂利润中心“由硬入软”，软件将成为整车BOM成本的主要成本项之一

随着软件定义汽车的不断演进，整个汽车行业的商业模式随之改变，从长期以来依赖新车制造和销售获取利润，转向规模更大的软件×保有量市场收费。整车厂将通过向C端收取软件授权和OTA更新服务费以完成商业模式闭环。

以特斯拉为例，特斯拉正积极推动FSD从一次性前装收费的模式转变成订阅服务持续收费的模式，以扩大潜在的付费客户群。

特斯拉的软件服务收费项目

五、SOA能给消费者带来什么？

1、更开放的开发者平台

SOA架构是底层硬件与上层服务应用的桥梁，还能将汽车的硬件能力向第三方开发者开放，这样其他行业也能接入智能汽车软件的开发。就好比IOS等智能手机系统在开放了开发者平台后，消费者可以下载应用，用手机看知乎、刷微博；新的应用如微信、抖音，也改变了我们的生活。

2、更丰富的使用场景

SOA架构可以承载丰富的互联网资源，帮助不同背景的开发者将自身业务与车端深度融和，以用户体验为中心，才能孵化出跨界的智能汽车软件产品，诞生我们暂时还想不到的智能汽车使用场景。打个比方，以前手机地图就是单纯用来查找目的地、定位和导航。但是当地图服务商将API接口提供出来后，其他公司也可以使用已有的地图＋定位功能去做自己的业务，比如美食地图、景点地图等应用，不需要再自己开发一次地图。

3、千人千面的用户体验

SOA架构在吸引足够多的开发者之后，就会出现更多的应用。通过软件功能的快速更新，让消费者更便捷、快速的获取更多功能、应用和服务。以艾拉比OTA运营为例，在完善的功能基础上，通过大数据分析和灵活、经济、快速、无忧的全新OTA软件迭代能力，满足用户多样的用车需求，实现真正的千人千面的用户体验。

结语：

在软件定义车的时代，软件在车上的分量越来越重，用户对于车内软件的需求越来越多样，高通信速率、高度可定制的基础架构对于智能汽车来说尤为重要。而SOA架构主要优势是可以很大程度上实现软硬解耦，服务高内聚，软件易重用，服务的灵活部署，让功能改变只需要升级某个服务就可以实现，大大提高了整车软件OTA升级的潜力。未来，在SOA的服务架构下，借助强大的OTA通道，最大限度的激发汽车全生命周期的价值潜力。