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蓋斯特研報:“新汽車”SOA發展趨勢與實施策略研究(上篇)
2024-04-01 關鍵詞:新汽車,SOA 點擊量:82

因本文篇幅較長,故分上下兩篇發布,此文為上篇

SOA(面向服務的架構)成為了“軟件定義汽車”時代的熱門話題,對于什么是SOA?為什么汽車要做SOA?傳統車和智能車在架構上有哪些本質變化?業內的討論很多,同時還出現部分企業盲目跟風開發的現象。但是目前對于SOA的內涵、價值潛力、發展路徑等,普遍缺乏系統全面的認知,如果企業沒有認清SOA的真正本質并做好布局,就著急下場,有可能事倍功半,達不到預期的效果。

其實,SOA是決定智能汽車產品體驗的基礎,也是智能汽車技術架構的演進方向。而開發SOA需要車企內部體系能力和外部生態的支撐,因此需要系統布局和規劃。對于業內最關注的汽車SOA系列問題,蓋斯特咨詢研究團隊在本文中進行了詳細解析,不僅包括汽車SOA的概念和價值潛力分析,還有汽車SOA發展趨勢研究,并為企業推進SOA落地提供相應的建議。


一、什么是架構?


SOA作為一種汽車架構,在討論其之前,首先要對汽車的“架構”做一個概念界定?!凹軜嫛笔腔凇跋到y”衍生出來的概念,用于描述系統內組件之間的組織關系,汽車架構的本質就是系統內軟、硬件的組織關系。

對于傳統汽車,汽車架構主要指的是硬件主導的平臺架構,即硬件模塊化平臺和決定硬件之間連接關系的EEA(電子電氣架構),這是大家非常熟悉的架構。因為傳統汽車由硬件主導功能的實現,車上的軟件均是嵌入硬件,輔助硬件發揮性能,與硬件之間是強綁定關系。而且軟件之間是相互獨立和割裂的,所以沒有“軟件架構”的概念。

與傳統汽車不同的是,智能汽車將依靠軟件實現產品的差異化和快速迭代,這就要求軟件與硬件必須解耦,將軟件集中形成分層系統,并通過相互調用實現不同的、可迭代的功能組合,這些軟件模塊彼此連接就形成了“軟件架構”。因此,智能汽車的“架構”不僅包括硬件架構EEA,還包括軟件架構,并且軟件架構占據主導地位。由軟件架構定義硬件架構,硬件架構則變為基礎支撐,為軟件架構運行提供計算和通信能力的支撐。


二、智能汽車的架構內涵有什么變化?


從傳統汽車架構向智能汽車架構的演變,本質上就是一個物理與邏輯的分離過程。從內涵角度來看,汽車架構可以分為物理視圖與邏輯視圖。物理視圖通常以物理實體(硬件)為組件,以具體的線束或機械結構來連接實體組件;邏輯視圖通常以“功能”等抽象概念為組件,以邏輯交互關系來連接抽象組件。

具體參見圖1,傳統汽車架構的內涵包括功能架構、電氣架構和網絡架構,三個架構統稱為EEA。其中功能架構負責系統功能的定義與設計,電氣架構負責系統及組件的供電配電,網絡架構負責系統及組件的信息交互。由于傳統汽車中軟件嵌入硬件的特征,不僅功能架構的設計思路由硬件主導,電氣架構和網絡架構的邏輯視圖與物理視圖也是強綁定關系,所以邏輯層面的功能實現與物理實體保持高度一致。

在智能汽車中,隨著軟件與硬件的解耦,功能架構的設計由軟件思維主導,并由軟件負責實現,原本電氣架構和網絡架構中的能量管理策略、通信協議等邏輯關系,也將由與硬件解耦后的軟件組件獨立實現。而當所有的軟件組件連接構成軟件架構,就使汽車架構的邏輯視圖與物理視圖分離。也就是說,智能汽車的邏輯視圖完全由軟件實現,軟件架構成為了產品開發的頂層設計。

為了方便表述,本文將智能汽車EEA的內涵定義在物理(硬件)層面,僅包括原有電氣架構和網絡架構的物理視圖,從而與軟件架構的概念進行區分。



圖1汽車架構內涵的演變


汽車架構的演變意味著整車產品定義流程的變革,軟件架構變得更加重要。軟件架構將作為頂層設計,優先于硬件架構EEA進行設計,即所謂的軟件先行。

傳統汽車與智能汽車產品定義流程對比如圖2所示??梢钥闯?,智能汽車用戶需求的分解和實現都將先在軟件層面進行定義和開發,這是與傳統汽車完全不同的。汽車產品定義由用硬件語言描述整體功能性能并拆解落實到各硬件系統及零部件上,變為用軟件語言描述實現場景化用戶體驗的功能組合與性能需求。此外,EEA的設計也從只考慮硬件的物理連接關系轉向“邏輯定義物理、硬件配合軟件”的思路。



圖2汽車產品定義流程的變化


三、什么是SOA?


前面談到,SOA是面向服務的架構,但是目前業內對于SOA的概念范圍沒有統一的界定,常有人將SOA、EEA、中間件等概念混為一談。筆者認為,SOA作為一種軟件架構設計理念,在智能汽車的七層架構圖中(如圖3所示),SOA的核心內涵是在中間件和應用軟件之間構建一層支持實現軟件靈活調用各功能硬件的軟件架構。



圖3智能汽車七層架構圖


SOA的特征包括以下三點:

第一,以“服務”為基本組成要素?!胺铡钡牡讓幽芰碓词侵悄芷囍泄δ苡布某橄蠡?、知識化,即將硬件抽象成為知識模型,并用軟件語言表述出來,將其封裝成為調用它就可控制相應硬件的軟件包。業內普遍認為硬件知識化是實現SOA的前提。

第二,采用“面向服務”的通信方式來實現信息與數據交互。所謂“面向服務”即開發者只需通過“服務接口”了解該服務可提供的功能或性能,而不需要了解服務內部的具體實現方式,從而以一種更加靈活、可拓展的方式建立連接。

第三,通過“服務”分層排列組合的架構,為上層應用提供更靈活、更輕量化的軟件開發基礎?!胺铡奔蠟樯蠈討瞄_發者提供了一系列可供調用的基本能力,靈活的通信方式使得開發者能夠靈活地創建服務之間的連接,不同的交互連接就可以實現不同的服務排列組合,從而創造出不同的應用。


四、SOA與其他技術要素之間是什么關系?


除SOA自身以外,軟件定義汽車的其他技術要素也與SOA緊密關聯。

其一,計算平臺和EEA分別為SOA提供了計算與通信的硬件支撐。SOA對于軟件的集中需要更高的計算能力來支撐其運行,同時對于硬件的頻繁調用則需要更大的通信帶寬來支撐其交互,因此需要計算平臺和EEA的共同支撐。

其二,OS(操作系統)內核和中間件構成了SOA的軟件運行環境。一方面通過管理調度軟硬件資源、屏蔽底層軟硬件差異,實現了不同硬件平臺與服務的適配;另一方面定義了一套服務的交互規則,提供了一個供服務運行和開發的環境。

其三,應用軟件是SOA的服務對象。開發者利用SDK(軟件開發工具包)調用服務來開發應用軟件,從而實現完整的場景化體驗。


五、SOA具有哪些要素與特征?


SOA設計的關鍵在于標準化服務層的分層、分解、組合與適配。筆者以一個應用軟件——車載地圖導航APP為案例,來說明SOA的具體要素。

標準化服務層主要分為三層:最上層是業務服務層,例如導航、語音交互或地點推薦等;第二層是邏輯服務層,例如定位、語音播報、語音識別、路線規劃等;最底層為原子服務,即最小的功能實現單元,主要來源有兩個,一是硬件的知識化和抽象化,例如揚聲器對應的聲音播放服務、GPS對應的車輛位置信息;二是源自純軟件,例如云端數據庫對應的地圖或詞庫服務等。具體如圖4所示。



圖4汽車SOA要素案例-車載地圖導航APP


業務服務層的服務,是通過排列組合邏輯服務層的服務,形成共性業務流程的服務,例如,導航服務就需要調用定位和路線規劃服務;而邏輯服務層又通過調用原子服務作為輸入或輸出,同時進行邏輯判斷或處理而形成服務,例如定位服務需要調用車輛位置信息服務和地圖服務。

縱觀整個標準化服務層,從上到下可以理解為共性部分的逐步拆解,從下到上可以理解為多元服務的個性化組合,這樣的分層設計使SOA具備如下三大特征:

(1)靈活訪問,上層服務或應用可以直接調用下層的所有服務,而不需要了解其具體實現原理;

(2)高度復用,同一個服務可以被上層服務或應用重復調用;

(3)高內聚低耦合,每個原子服務封裝的都是一個相對完整獨立的功能,其運行與更新不依賴或者少依賴其他的同層級服務。


六、汽車SOA的價值與潛力


為什么汽車軟件架構要走向SOA?實際上,在SOA應用于汽車領域之前,早已在互聯網等實現軟硬件充分解耦的領域內得到了廣泛應用。因此,在汽車軟硬解耦的趨勢下,開發者基于技術慣性而采用SOA似乎是順水推舟的,但是汽車行業并非簡單地借用其他領域的開發理念。智能汽車的架構更加復雜,所以汽車研發人員,特別是車企的管理者和決策者,更應該站在戰略高度思考,SOA真正會對用戶和企業產生怎樣的影響。

1.從用戶體驗視角來看,SOA能夠及時滿足用戶需求并實現場景創新

傳統汽車產品開發主要關注功能和性能,功能指產品能夠完成的目標任務,性能是評價任務完成好壞的指標。而在智能化時代,用戶體驗成為產品開發的重心,其核心是產品能夠結合場景需求為用戶創造因時而異、因人而異的良好的綜合感受,這就要求產品能夠快速響應用戶需求,實現全新的功能組合與性能優化。圖5展現了不同汽車架構下的功能實現方式。



圖5不同汽車架構的功能實現方式


圖5中的左側是傳統汽車架構,一個功能對應一套軟硬件,各功能之間相互獨立。這種分布式架構和嵌入式軟件的組合方式,使產品升級難度大,所以以往的傳統汽車產品一經推出,整體功能性能就是固化的,而且隨著時間推移,整體功能或性能逐漸退化。

那么在汽車軟硬解耦之后,如果繼續延續傳統架構的設計理念,雖然應用算法可以脫離硬件做到獨立升級,但架構不變,仍是一個功能對應一套硬件和一個應用軟件,各種軟件之間沒有打通,所以功能實現仍然是由“硬件主導、軟件輔助”模式,即圖5中間部分所示。這樣設計雖然能夠支持部分單一維度的性能提升(如制動特性、動力性等),但是無法支持功能的快速重構和拓展,那么帶給用戶的體驗提升有限。

如果軟硬解耦且采用SOA的架構設計(詳見圖5右側),把整車硬件抽象為標準化服務,應用軟件面向場景需求來調用服務,能夠進行各種服務的排列組合,那么汽車的功能實現方式將變為“軟件定義,硬件支撐”,而且整車功能可以跨域融合,各種服務也可以靈活組合。

也就是說,在軟硬解耦和SOA架構設計中,軟件可以獨立于硬件進行迭代和在線優化,硬件也可以實現可插拔式替換或升級,同時支持軟硬件進一步協同,從而更充分地釋放出硬件的性能潛力。也意味著將全面支持智能汽車實現功能的快速重構與性能的快速迭代,并在數據驅動下實現場景的自我迭代創新,由此滿足“因人而異、因時而異”的用戶個性化體驗需求。

2.從企業開發視角來看,SOA將顛覆汽車的產品開發模式

當前傳統汽車的硬件已呈現出同質化趨勢,如果軟件依舊面向特定硬件進行開發,且整車采用以往開發模式,必然導致汽車產品的功能固化和同質化。而SOA支持將產品開發的共性需求轉化為服務中臺能力,通過共享中臺去靈活適配底層硬件與上層應用,實現硬件的貨架式組合和應用的靈活多變,將使企業的產品開發效率顯著提高、開發成本大幅降低。具體體現在以下五方面:

(1)加速應用迭代:在服務中臺不變的情況下,應用軟件可以靈活重組,大幅縮短產品迭代周期;

(2)降低應用開發門檻:硬件知識被封裝成為原子服務,應用軟件的開發者不需要深入掌握硬件技術,只要按服務所需調用相應的原子服務,硬件即可被調用來實現相應的功用;

(3)軟件架構持續演進:各個原子服務之間是松耦合關系,因此可以持續地對軟件架構進行拓展,接入新的服務或者更新優化已有服務;

(4)軟件架構可遷移:在硬件實現標準化之后,接口統一,就可更換不同型號或版本的產品,甚至更換更好的硬件供應商,那么同一套SOA即可適配不同的車型和硬件平臺;

(5)減少軟硬件冗余:由于共性服務可以被高度復用,就可以減少大量的冗余的軟硬件,不僅降低了系統的復雜度,還可大幅降低成本。

綜上所述,SOA作為一種面向服務的架構設計理念,被智能汽車使用,絕對不是盲目遷移其他領域的技術和方法,而是切實從用戶需求和企業需求思考而做的選擇。企業只有真正認識到SOA的內涵、價值與潛力,才能設計好并用好SOA。

未完待續,請繼續關注《蓋斯特研報:“新汽車”SOA發展趨勢與實施策略研究(下篇)》

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