自动驾驶 —— 面向服务的车规级通信协议 SOME/IP 通讯原理 学习笔记

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作者：Aliven888

1、简述

  SOME/IP 协议于2011年由当时在 BMW 集团的 Lars Völker 设计，并于2013年纳入 AUTOSAR 4.1规范。目前主要实现了 SOME/IP 的通信和服务发现功能，并在此基础上增加了少许的安全机制。

  SOME/IP 全称为 可扩展的面向服务的基于IP的中间件（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP），是用于控制消息的汽车中间件解决方案。此中间件是为典型的汽车用例设计的，并且与 AUTOSAR 兼容(至少在线格式级别上)。

 SOME/IP 是一种面向服务的可伸缩的协议。

2、VSOME/IP 协议网络架构

  SOME/IP 在以太网协议栈中处于四层协议之上，属于应用层协议，底下的传输可以使用 TCP 或者 UDP 协议。基于 UDP 协议的 SOME/IP 实现限制了单条消息长度不能超过单个 UDP 包的大小，为解决这个问题2016年的 AUTOSAR 4.3 规范中添加了SOME/IP-TP 协议，定义了如何在 UDP 上分段传输更大的 SOME/IP 消息。

  SOME/IP 在 标准的网络七层架构中的位置。

3、VSOME/IP 的几种服务接口

  服务是 SOME/IP 的最核心概念。在一个服务中，定义了 Server 和 Client 两个角色：Server 提供服务，Client 调用服务。对于同一个服务，只能存在一个 Server，但可以同时存在多个Client调用服务。一个 Service 由 0~多个 Event/Method/Field 组成。

  SOME/IP 定义服务的接口包含方法（Methods），事件（Events），字段（Fields）和事件组（Eventgroups），可以支持请求/响应模式的远程服务调用，也可以支持订阅/发布模式的消息通知。

  SOME/IP 的一个主要用例是控制消息的通讯，类似于传统 CAN 总线架构的控制信号传输， SOME/IP 在以太网上支持低延时的周期性和事件性的消息传输。所以说，与 CAN 相比，面向服务的通讯方式能够大大降低总线的负载率。

3.1、Method

  调用或引用一个进程/函数/子程序，通常由 Client 发起，并由 Server 答复。Request 是最常见的一种 Method，由 Client 向 Server 请求数据；Response 是 Request 的结果，由 Server 答复Client 的 Request 。而 Method Fire & Forget 方式，只 Client 向 Server 发起，但 Server 对该请求不回复。

3.2、Event

一个单向的数据传输，只能是 on change 类型，用于 Server 主动向订阅（Subscribe）了相关服务的Client 发布（Publish）信息。

3.3、Field

由以下三项内容构成：

• Notifier：通知，Server 的 Client 订阅了服务后第一时间主动向其发送数据。

• Getter：获取，由 Client 向 Server 请求数据。

• Setter：设置，由 Client 修改 Server 的数据。

4、VSOME/IP 数据格式（消息组成）

 SOME/IP 的数据报文格式如下图，包头部分包含服务 ID，方法 ID，消息体长度，客户端 ID，会话 ID，协议版本，消息类型等数据。

  SOME/IP 的消息有两部分：消息头 (Header) 和 有效负载 (Payload) 。如下图中所示的消息头主要由标识符组成：

4.1、Message ID

  用于唯一标示消息。消息为Method类型时，由 Service ID 和 Method ID 组成；当消息为Event类型时，由Service ID和Event ID组成，如下图所示：

• Service ID：单个服务唯一的标识( unique identifier for each service)。
• Method ID： 0-32767 for methods，32768-65535 for events

4.2、Length

• Length：length of payload in byte (covers also the next IDs, that means 8 additional bytes)

4.3、Request ID

  服务提供者和调用者可用于区分相同消息的不同调用，由 Client ID 和 Session ID 组成。如下图所示：

  通常我们称服务提供者为 Service，服务调用者为 Client，Service ID 和 Client ID 用于区分，一般会在一个 SOA 架构中统一地配置这些 ID 的数值。简单理解，在 SOA 中，每个服务就好像我们每一个人在社会中扮演的角色，在对别人提供着服务的同时，同时也享受着别人提供出来的服务，人与人之间，既是彼此独立的，又是需要互相通讯的。服务提供者将功能具象为一组接口，这样使用者就能知道如何调用服务，完成某件事情，得到某个结果。

• Client ID：vehicle ECU里的发出请求的客户端的唯一标识，在整车中都必须是唯一的 (unique identifier for the calling client inside the ECU; has to be unique in the overall)。
• Session ID：会话ID，自动增加 (identifier for session handling; has to be incremented for each call)。

4.4、Protocol Version：

  协议头版本号，目前该值必须为1 。

4.5、Interface Version：

  服务接口的主要版本(major version of the service interface)。接口版本号，一般由服务提供者定义。

4.6、Message Type：

  用于标识消息的类型；期望回复的请求、只请求不回复、通知/事件（不回复）。

Number	Value	Description
0x00	REQUEST	A request expecting a response (even void)
0x01	REQUEST_NO_RETURN	Afire & forget request
0x02	NOTIFICATION	A request of a notification/event callback expecting no response
0x80	RESPONSE	The response message
0x81	ERROR	The respones containing an error

4.7、Return Code：

  用于标识请求是否成功的处理，不同的消息类型，他们在传输过程中所携带的 Return Code 也是不同的。

Number	Value	Description
0x00	REQUEST	N/A set to 0x00 (E_OK)
0x01	REQUEST_NO_RETURN	N/A set to 0x00 (E_OK)
0x02	NOTIFICATION	N/A set to 0x00 (E_OK)
0x80	RESPONSE	See Return Codes in [PRS_SOMEIP_00191]
0x81	ERROR	See Return Codes in [PRS_SOMEIP_00191]

Error Code Table：

ID	Name	Description
0x00	E_OK	No error occurred
0x01	E_NOT_OK	An unspecified error occurred
0x02	E_UNKONWN_SERVICE	The requested Service ID is unknown
0x03	E_UNKONWN_METHOD	The requested Method ID is unknown, Service ID is known
0x04	E_NOT_READY	Service ID and Method ID are known, Application not running
0x05	E_NOT_REACHABLE	Syetem running the service is not reachable (internal error code only)
0x06	E_TIMEOUT	A timeout occurred (internal error code only)
0x07	E_WRONG_PROTOCOL_VERSION	Version of SOME/IP protocol not supported
0x08	E_WRONG_INTERFACE_VERSION	Interface version mismatch
0x09	E_MALFORMED_MESSAGE	Desirialization error, so that payload cannot be deserialized.
0x0A	E_WRONG_MESSAGE_TYPE	An unexpected message type was recelved (eg:REQUEST_NOT_RETURN for method defined as REQUEST)
0x0B	E_E2E_REPEARED	Repeated E2E calculation error
0x0C	E_E2E_WRONG_SEQUENCE	Wrong E2E specified error
0x0D	E_E2E	Not further specified E2E error
0x0E	E_E2E_NOT_AVAILABLE	E2E not available
0x0F	E_E2E_NOT_NEW_DATA	No new data for E2E calculation present
0x10-1F	RESERVED	Reserved for generic SOME/IP errors. These errors will be specified in future version of this document
0x20-5E	RESERVED	Reserved for specific errors of services and methods. These errors are specified xxx.

4.8、Payload

  通常在传输数据时，为了使数据传输更可靠，要把原始数据分批传输，并且在每一批数据的头和尾都加上一定的辅助信息，比如数据量的大小、校验位等，这样就相当于给已经分批的原始数据加一些外套，这些外套起标示作用，使得原始数据不易丢失，一批数据加上“外套”就形成了传输通道的基本传输单元，叫做数据帧或数据包，而其中的原始数据就是 payload 。