SOME/IP及其應(yīng)用
1 前言
車載信息娛樂系統(tǒng)（In-Vehicle Infotainment，IVI）由收音機(jī)逐步發(fā)展而來，目前IVI系統(tǒng)已成為車內(nèi)的重要信息顯示單元，并已安裝于大多數(shù)主流車型。隨著信息技術(shù)和汽車電子的迅速發(fā)展，IVI系統(tǒng)集成的功能越來越多，包括音頻播放、視頻播放、移動電視、生活資訊、導(dǎo)航定位、移動上網(wǎng)、輔助駕駛、遠(yuǎn)程診斷、云端升級和行車安全。功能眾多對信息顯示的實時性提出了較高要求，傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)CAN受信息傳輸帶寬的限制，已無法滿足需求。1998年，車載以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3推出的超低質(zhì)量雙絞線使每一條鏈路都可以專享100 Mb/s的傳輸速率[1]，2004年，雙同軸電纜的傳輸速率可達(dá)1 Gb/s[2]，解決了傳統(tǒng)車載架構(gòu)的瓶頸，形成了新一代車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
2 SOME/IP簡介
SOME/IP是基于IP的可擴(kuò)展、面向服務(wù)的中間件(Scalable service-Oriented Middleware over IP)的縮寫。
車載以太網(wǎng)的5層模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。SOME/IP是TCP/IP層上面的一層協(xié)議，位于車載以太網(wǎng)的四層以上。
圖1 車載以太網(wǎng)的5層模型結(jié)構(gòu)
車載以太網(wǎng)5層模型的每個層級功能不同，使用的支撐協(xié)議也不同。圖2所示為車載以太網(wǎng)協(xié)議架構(gòu)。
圖2 車載以太網(wǎng)協(xié)議架構(gòu)
由圖2可見，SOME/IP協(xié)議位于應(yīng)用層，提供面向服務(wù)的通訊接口。不同于傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)的通訊方式，當(dāng)有請求發(fā)出時，SOME/IP才會發(fā)送數(shù)據(jù)，否則不發(fā)送。這樣總線上就沒有不必要的數(shù)據(jù)，降低了負(fù)荷。這種通訊方式將節(jié)點分成兩個角色：客戶端（Client）和服務(wù)端（Server），而SOME/IP是實現(xiàn)這種遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用的接口。
SOME/IP向上層應(yīng)用程序提供API接口，創(chuàng)建Cli?ent/Server客戶端，通過TCP/IP協(xié)議對應(yīng)的以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，通訊接口如圖3所示。
圖3 SOME/IP通訊接口
SOME/IP的訪問方式分為事件通知（Notifica?tion）、遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Call，RPC）和訪問進(jìn)程數(shù)據(jù)（Getter、Setter）3種。
事件通知與傳統(tǒng)CAN通信消息類似，服務(wù)端（Server）周期性或者事件變化時向客戶端（Client）發(fā)送特定消息，過程如圖4所示。
圖4 事件通知通信方式
遠(yuǎn)程過程調(diào)用是當(dāng)客戶端有請求的時候，向服務(wù)端發(fā)送一個請求消息，服務(wù)端根據(jù)情況返回響應(yīng)，其框架如圖5所示。
圖5 遠(yuǎn)程過程調(diào)用（PRC）訪問方式
訪問進(jìn)程數(shù)據(jù)可以使客戶向服務(wù)器端寫入（Setter）或者讀?。℅etter）數(shù)據(jù)。訪問進(jìn)程數(shù)據(jù)方式如圖6所示。
圖6 訪問進(jìn)程數(shù)據(jù)方式
3 詳細(xì)設(shè)計
3.1 車載娛樂系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
在實際應(yīng)用中，整車的車聯(lián)網(wǎng)功能通過T-BOX來實現(xiàn)。IVI系統(tǒng)通過車內(nèi)網(wǎng)關(guān)與T-BOX相連，通過SOME/IP協(xié)議獲取需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)IVI系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功能，IVI系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖7所示。
圖7 IVI系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 3.2 IVI軟件架構(gòu)
SOME/IP在IVI車載以太網(wǎng)軟件上的實現(xiàn)分為以下5部分：應(yīng)用、服務(wù)（Server）、操作系統(tǒng)、SDK及SOME/IP庫。
操作系統(tǒng)的選擇是基于Linux平臺的GENIVI，它是應(yīng)用于車載娛樂系統(tǒng)的開放式操作系統(tǒng)，具有一定的定制性。目前GENIVI平臺的應(yīng)用包括連接消費電子設(shè)備、顯示互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容、進(jìn)行無線連接、播放音頻/視頻和高質(zhì)量多媒體內(nèi)容以及安裝和更新APP的基本結(jié)構(gòu)。車載以太網(wǎng)模塊的軟件框架如圖8所示。
圖8 車載以太網(wǎng)模塊軟件架構(gòu) 3.3 硬件實現(xiàn)
IVI模塊使用基于博通（BroadR-Reach）[6]技術(shù)的博通BCM89811芯片，實現(xiàn)以太網(wǎng)物理層收發(fā)器（PHY）的功能。該芯片的主要特點如下[7]：
（1）符合汽車級要求的低功耗工藝，降低功耗多達(dá)30%；
（2）集成芯片的低通濾波器可降低排放（符合EMC要求）；
（3）集成的內(nèi)部穩(wěn)壓器可為芯片提供電源，無需外部穩(wěn)壓器；
（4）滿足汽車高規(guī)格要求，消除噪音并減少傳輸抖動；
（5）在單對非屏蔽雙絞線上的傳輸速度可以達(dá)到100 Mb/s。3.4 軟件實現(xiàn)
SOME/IP主要實現(xiàn)以下功能：
（1）事件通知T-BOX狀態(tài)信息；
（2）遠(yuǎn)程調(diào)用完成對T-BOX設(shè)置；
（3）讀取T-BOX數(shù)據(jù)。
3.4.1 事件通知T-BOX狀態(tài)
T-BOX周期性的發(fā)送T-BOX狀態(tài)給IVI，包括TBOX的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等，軟件調(diào)用流程如圖9所示。
圖9 事件通知軟件調(diào)用流程
3.4.2 遠(yuǎn)程調(diào)用實現(xiàn)
IVI通過遠(yuǎn)程調(diào)用完成對T-BOX的設(shè)置，包括WIFI連接設(shè)置等，軟件調(diào)用流程如圖10所示。
圖10 遠(yuǎn)程調(diào)用軟件實現(xiàn)流程
3.4.3 讀取T-BOX數(shù)據(jù)實現(xiàn)
IVI通過SOME/IP的Getter獲取T-BOX數(shù)據(jù)，實現(xiàn)讀取T-BOX的日志等功能，軟件接口調(diào)用如圖11所示。
圖11 讀取數(shù)據(jù)調(diào)用流程
4 SOME/IP測試
對SOME/IP的測試硬件上使用VN5610A，軟件使用CANoe實現(xiàn)。搭建的測試環(huán)境如圖12所示。
圖12 測試環(huán)境搭建
CANoe加載自帶的SOME/IP庫SomeIP_IL.dll完成仿真節(jié)點與IVI的通訊測試。
截取SOME/IP通訊數(shù)據(jù)，如圖13所示。
圖13 通訊數(shù)據(jù)
例如對第155條數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖14所示。
圖14 數(shù)據(jù)包分析
這條數(shù)據(jù)包是ID為0xD005的通知類消息，與此車型的信息娛樂系統(tǒng)定義的SOME/IP消息矩陣吻合。通過這種測試方式完成了協(xié)議一致性測試。5 結(jié)束語綜上，完成了SOME/IP在信息娛樂系統(tǒng)的搭載，實現(xiàn)了信息娛樂系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、通訊功能。
目前國內(nèi)外主要芯片廠都提出了車載以太網(wǎng)的解決方案，并且車載以太網(wǎng)帶寬已經(jīng)達(dá)到100 Mb/s甚至1 Gb/s，SOME/IP在車載以太網(wǎng)上的應(yīng)用使得車聯(lián)網(wǎng)，音視頻傳輸成為可能，實現(xiàn)傳統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)的功能。車載以太網(wǎng)推進(jìn)了車輛智能化的發(fā)展，未來，SOME/IP在車載以太網(wǎng)方面的應(yīng)用將越來越廣泛。
附錄：縮略語
SOME/IP Scalableservice-Oriented Middlewareover IP（基于IP的可擴(kuò)展面向服務(wù)的中間件）IVI In-Vehicle Infotainment（車載信息娛樂系統(tǒng)）CAN Controller Area Network（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers（電氣和電子工程師協(xié)會）IP Internet Protocol（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）Client The ECUusingtheserviceinstanceof aserver（使用服務(wù)器服務(wù)實例的ECU稱為客戶端）Server The ECUofferingaserviceinstance（提供服務(wù)實例的ECU稱為服務(wù)端）RPC Remote Procedure Call（遠(yuǎn)程過程調(diào)用）Getter A Request/Response call that allows read access to afield（允許對字段進(jìn)行讀訪問的請求/響應(yīng)調(diào)用）Setter A Request/Response call that allows write access to afield（允許對字段進(jìn)行寫訪問的請求/響應(yīng)調(diào)用）Request A message of the client to the server invoking a method（客戶端調(diào)用服務(wù)端方法的消息）Response A message of the server to the client transporting re?sults of amethod invocation（服務(wù)端反饋給客戶端的調(diào)用結(jié)果消息）
T-BOX Telematics BOX（遠(yuǎn)程通訊終端）
SDK Software Development Kit（軟件開發(fā)工具包）
APP Application（應(yīng)用程序）
PHY Physical（物理層）
下載文檔
