車載以太網SOA架構下ECU間的互通性研究

作者簡介：糜斌（1971— ），男，江蘇揚州人，工程師，學士；研究方向：車載以太網。

摘要：文章從車載以太網SOA架構下AUTOSAR與GENIVI的關系出發，闡述了采用不同類型SOME/IP協議棧的設備之間實現互通的需求。通過對實際項目中互聯問題的深入分析，揭示了問題來源，給出相應場景下的解決方法。最后，文章提出了工具化檢查方法，以利于采用不同協議棧設備之間的互聯互通。

關鍵詞：車載以太網；SOA架構；SOME/IP協議

中圖分類號：中圖分類號 文獻標志碼：文獻標志碼

0 引言

車載以太網適合用于橋接車內多個域的骨干網絡［1］。服務導向架構（Service Oriented Architecture，SOA）有助于構建靈活可變的平臺系統。SOA架構下車內ECU之間的互聯互通，可能會面臨不同的框架、不同的信息交互需求表述格式、不同的SOME/IP協議棧等方面的問題，需要對其進行研究。

1 項目背景與互聯需求

2020—2021年，筆者參與開發某車載以太網項目，車載以太網拓撲，如圖1所示。IVI通過Switch與IVC，Meter，DVR，HUD相連。

IVI與其他ECU間通過SOME/IP交互信息。由于設備架構不同，所以存在互操作性問題。在AUTOSAR與GENIVI框架下，采用不同接口定義語言的設備綁定各自的SOME/IP協議棧實現信息交互的示意圖，如圖2所示。

項目組遵循TC8 V3.0 ［4］標準，對IVI采用的協議棧能否通過SOME/IP_ETS測試進行了評估。測試結果表明vsomeip3是可用的。

2 互聯問題分析歸類

在系統聯調階段，ECU間不能正常交互的問題較多。通過分析，這些問題歸類如下：

2.1 測試規范的版本問題

有部分設備的ETS測試采用的是TC8V2.0版本。與V3.0相比，V2.0在一些細節方面定義不清晰，不能保證協議棧細節實現上的一致性。

2.2 協議棧配置問題

vsomeip3增加了對E2E［5］的支持，但需要在json配置文件中對E2E進行配置，且要求client端和server端的E2E配置一致。有部分設備采用的是XML格式的配置文件，其中E2E配置的profile參數項不一致導致協議棧不能正常解析E2E Header，造成互聯問題。

2.3 協議棧完成度問題

SOME/IP并不是“1個”協議，SOME/IP包含多個部分：SOME/IP基本協議［6］、SOME/IP-SD服務發現協議［7］、SOME/IP-TP傳輸協議［8］等。無論是TC8V2.0還是V3.0，其對SOME/IP協議棧的測試用例針對的是基本協議和服務發現協議，后來被AUTOSAR納入標準的傳輸協議并不在其范圍之內。SOME/IP-TP支持在協議棧層面對大數據進行UDP方式傳輸。vsomeip3目前尚未支持SOME/IP-TP，造成互聯問題。

2.4 中間文件的兼容問題

中間文件作為不同廠家之間表達接口需求的數據文件，最好采用同一種標準。但如前述，AUTOSAR采用的是ARXML；GENIVI則是采用FIDL/FDEPL。轉換面臨兼容性問題，FIDL的表達與SOME/ IP的序列化需求存在差距，在面對定長字符串、定長數組、枚舉基類型以及可選字段的結構時，FIDL/FDEPL與ARXML之間的轉換存在困難，這給不同陣營的設備互聯帶來了問題。

2.5 原始需求的表達與解讀問題

FIDL/FDEPL與ARXML還不能一一對應，有些地方須參照原始需求來確定序列化。車廠對信息交互的原始需求一般以xlsx文件形式給出。但各家模板不一致導致歧義，造成互聯問題。

3 互聯問題的解決

解決方案采用了從上到下、從需求→實現→測試的次序。

3.1 針對原始需求表達

SOME/IP相關的原始需求是在車廠提供的網絡設計規范中給出的。但信息表述比較分散，格式不夠規范，通常各ECU開發方采用各自的xlsx文件模板整理規格化的SOME/IP需求表格，以便工具的后續處理。但需求表格會因為理解上的原因或版本更新原因而不一致。

筆者推薦的解決辦法是xlsx文件由服務提供方按統一的模板填寫，并提供給使用方。這樣做有效避免了歧義的產生。

3.2 針對中間文件

在GENIVI與AUTOSAR框架下，從用戶需求→接口定義的中間文件→接口代碼和配置文件的順序（見圖3）。在各自框架下，中間文件都起到了承上啟下的作用。但不同框架下的中間文件轉換存在兼容性問題，對此，可以采用以下兩種方法。

（1）規避：在xlsx文件中定義業務相關的接口時，參數的定義盡量避免引入兼容性問題，如：給字符串/數組加入長度定義。

（2）后處理：在服務接口代碼生成后再處理，如：根據FIDL/FDEPL生成的接口代碼中枚舉基類型與基于ARXML生成的代碼中類型不一致時，對生成的代碼進行手動修改/工具軟件掃描修改。

FIDL/FDEPL規范定義也在不斷完善中，最新資料表明，FDEPL文件中可以設置EnumBackingType來改變枚舉的默認數據類型，這樣枚舉基類型的問題就不復存在了。

3.3 針對協議棧完成度

vsomeip3不支持SOME/IP-TP，但項目最初需求中存在超長的UDP數據報文。針對不同情況，可以采用以下3種對策。

（1）規避：在定義業務相關的接口時，對采用UDP傳輸的數據包長度進行檢查，確保數據包長度不超過1 400字節。

（2）調整傳輸方式：部分消息的傳輸方式改成TCP。

（3）引入其他協議處理：基本信息采用SOME/IP傳輸，而擴展信息采用TFTP傳輸。

3.4 針對協議棧配置

協議棧的配置與協議棧的具體實現關系很大。如問題中提到的E2E配置項，在本地配置是完整的，但與對端配置不一致，造成雙方不能正常交互信息，將E2E的profile配置項更正一致后，這個問題就解決了。

配置不正確或者不一致會導致很多莫名其妙的問題，需要認真檢查。

3.5 針對測試驗證

統一按TC8V3.0進行SOME/IP_ETS測試，以保證一致性。

在測試過程中，有時需要分析是協議棧在實現方面的問題還是測試程序的問題。在進行SOMEIP_ETS_034：echoUINT8E2E測試時，就出現了E2E Header數據順序錯誤的情況。好在TC8V3.0比V2.0中多了對echoUINT8E2E_req的參數順序的明確規定，采用抓取測試程序發出的數據包進行比對的方法明確了是測試程序的問題，更正測試程序后問題解決。

4 檢查工具的開發

在對SOA架構下采用不同SOME/IP協議棧的設備互聯問題的分析與解決過程中，筆者萌生了開發檢查工具的想法。檢查工具可以將項目中積累的知識經驗保留下來，在以后的項目中發揮作用，提高開發效率。

當前，檢查工具包括如下模塊：（1）xlsx需求文件檢查模塊。對格式規范的檢查和信息完整性檢查。（2）ARXML文件檢查模塊。檢查是否存在FIDL/FDEPL文件不支持的定義。（3）FIDL/FDEPL文件檢查模塊。檢查FIDL和FDEPL文件之間的一致性。（4）協議棧管理模塊。管理各協議棧的基本信息及協議棧對規范的完成情況。（5）json配置文件檢查模塊。檢查格式正確性和配置項完整性。

5 結語

本文通過對車載以太網實際項目中ECU間互聯問題的分析，給出了解決方案。檢查工具的開發則進一步提高了解決互聯問題的能力和效率。車載以太網在不斷發展，SOA架構下ECU間的互通性研究不會止步。

參考文獻

［1］CHARLES M，ROBERT B，JEFFREY Q.Automotive Ethernet-The Definitive Guide［M］.America：Intrepid Control Systems，2014.

［2］AUTOSAR.ARXML Serialization Rules 4.3.1［EB/OL］.（2017-12-08）［2022-10-27］.https：//www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/classic/4-3/AUTOSAR_TPS_ARXMLSerializationRules.pdf.

［3］Wiki.Franca IDL［EB/OL］.（2018-04-13）［2022-10-27］.https：//www.detailedpedia.com/wiki-Franca_IDL.

［4］OPEN ALLIANCE.Automotive Ethernet ECU TestSpecification V3.0［EB/OL］. （2020-05-08）［2022-10-27］.http：//www.opensig.org/download/document/275/OA_Automotive_Ethernet_ECU_TestSpecifications_Version_3.0.zip.

［5］AUTOSAR.E2E Protocol Specification R19-11［EB/OL］.（2017-10-27）［2022-10-27］.https：//www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/foundation/19-11/AUTOSAR_PRS_E2EProtocol.pdf.

［6］AUTOSAR. Requirements on SOME/IP Protocol［EB/OL］.（2020-11-30）［2022-10-27］.https：//www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/foundation/20-11/AUTOSAR_RS_SOMEIPProtocol.pdf.

［7］AUTOSAR.SOME/IP Service Discovery Protocol Specification［EB/OL］. （2017-03-31）［2022-10-27］.https：//www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/foundation /1-1/AUTOSAR_PRS_SOMEIPServiceDiscoveryProtocol.pdf .

［8］AUTOSAR.Specification on SOME/IP Transport Protocol［EB/OL］.（2017-10-27）［2022-10-27］.https：//www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/classic/21-11/AUTOSAR_SWS_SOMEIPTransportProtocol.pdf.

（編輯 姚 鑫）

Abstract： Starting from the relationship between AUTOSAR and GENIVI under the on-board Ethernet SOA architecture， this article elaborates on the requirements for interoperability between devices using different types of SOME/IP protocol stacks. Through in-depth analysis of interconnection issues in actual projects， the sources of the problems were revealed and corresponding solutions were provided in the corresponding scenarios. Finally， the article proposes a tool based inspection method to facilitate interconnectivity between devices using different protocol stacks.

Key words： vehicle Ethernet; SOA architecture; SOME / IP protocol