车载通信架构 —— SOME/IP-SD 协议介绍

车载通信架构 —— SOME/IP-SD 协议介绍

我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。

老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:

屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力,任何消耗你的人和事,多看一眼都是你的不对。非必要不费力证明自己,无利益不试图说服别人,是精神上的节能减排。

车载通信架构 —— SOME/IP-SD 协议介绍_第1张图片

本文主要

-> 1、SOME/IP-SD 基本概述

-> 2、主要功能

-> 3、通信行为

一、SOME/IP-SD 基本概述

SOME/IP-SD 协议是 SOME/IP 协议的一种,其中 SD 是服务发现 Service Discovery 的简称。基于服务的通信需要由 Server 和 Client 共同完成,因此在服务创建并且可用之后,Server 和 Client 需要通过SOME/IP-SD 动态创建两者之间的连接。Client 可以远程调用 Server 提供的服务,或者订阅Server发布的内容,Client 调用服务或者订阅内容之前,需要知道 Server 提供哪些服务,这个过程就是通过服务发现来实现的。

SOME/IP-SD 是服务的信息清单及管理机制,主要实现服务寻址及事件订阅两种功能。对服务进行寻址时,服务提供者(Server 端)通过服务发现(SD)通知其他 ECU(Client 端)某服务可用,并间接地通知该服务的地址信息(Server 端 IP 地址,端口号,协议),服务消费者(Client 端)了解到某服务状态后,能够调用该服务的相关内容。

二、主要功能

SOME/IP-SD 有两个主要功能:

1、是应用程序之间传达自己的服务或获取对方的服务是否可用。二是向其他应用程序订阅服务,也就是通过 SOME/IP-SD 对服务进行订阅,然后再用 SOME/IP 里的 Notification 类型消息发布订阅内容。

SOME/IP-SD 报文主要有以下几类:

(1)OfferService:Server 服务 Ready 并满足服务发布条件后,主动发出 OfferService 报文,告知组播内其他节点,该服务已经启动,可以创建服务连接。

(2)FindService:当 Client 在网络中未收到相关服务的 OfferService 报文或者暂时未收到,而 Client又需要访问该服务,那么 Client 可以发送 FindService 报文主动寻找服务,如果 Server 服务 Ready,会回复 OfferService 报文。

(3) StopOfferService:当 Server 发现服务不可用,不满足服务发布条件时,会主动发送 StopOfferService 报文,告知组播内其他节点,该服务已不可用,停止服务支持。

(4)Subscribe:事件组的交互采用 “订阅 - 发布” 机制,当 Client 收到 OfferServic 报文之后,通过发送 Subscribe 报文主动跟 Server 订阅相关事件组。

(5)SubscribeACK/SubscribeNACK:当 Server 收到 Client 的订阅报文之后,需要先行判断是否符合可订阅的条件,如果该 Client 满足事件组订阅条件,则发送 SubscribeACK,告知 Client 订阅成功。当事件组内的事件准备就绪之后,Server 会以约定好的形式发送相关事件给成功订阅的 Client。如果该Client 不符合事件组订阅条件,Server 会直接回复 SubscribeNACK,告知订阅不成功。

(6)StopSubscribe:当 Client 订阅某个事件组之后,发现后续并不在需要该事件组的数据了,可发送StopSubscribe 报文向 Server 取消订阅相应事件。

三、通信行为

服务端和客户端的通信行为如图所示,包含以下几个阶段:

车载通信架构 —— SOME/IP-SD 协议介绍_第2张图片

服务端通信行为:

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1、Down Phase

在这个阶段,Service 是不可用的,即服务端无法提供服务。

2、Initial Wait Phase

-> 准备完毕 (Available) 后,进入此阶段。

-> 如果此阶段收到 Find Service 报文,服务端忽略此消息,不做任何处理。

-> 如果服务不可用了,将返回进入 Down Phase。

-> 此阶段需要定义时间参数 INITIAL_DELAY_Min 和 INITIAL_DELAY_Max,初始化时间取其之间的随机值,当定时器超时后,发送第一帧 OfferService,标志着进入下一个阶段。

3、Repetition Phase

-> 为了让客户端快速找到有哪些 Service,此阶段重复发送 OfferService,重复次数由 REPETITIONS_MAX 决定。

-> 发送间隔以 REPETITIONS_BASE_DELAY 为基本时间,每发送一次,间隔是前一间隔的 2 倍。

-> 如果收到某客户端的 FindService,不影响当前阶段的发送计数和计时,延迟一定时间 (REQUEST_

RESPONSE_DELAY) 后,单独发送单播 OfferService 给服务请求端。

-> 如果收到 SubscribeEventgroup 后,发送单播 Ack/Nack,启动此订阅 Entry 的 TTL 计时器。

-> 如果收到 StopSubscribeEventgroup 后,停止此订阅 Entry 的 TTL 计时器。

-> 如果服务不可用,离开此阶段进入 Down Phase,并发送 StopOfferService 通知所有客户端。

4、Main Phase

-> 此阶段将周期性发送 OfferService,周期时间为 CYCLIC_OFFER_DELAY。

-> 如果收到某客户端的 FindService,不影响发送计数,延迟一定时间 (REQUEST_RESPONSE_DELAY) 后,发送单播 OfferService 给服务请求端。

-> 如果收到 SubscribeEventgroup 后,发送单播 Ack/Nack,启动此订阅 Entry 的 TTL 计时器。

-> 收到 StopSubscribeEventgroup 后,停止此订阅 Entry 的 TTL 计时器。

-> 如果服务不可用,离开此阶段进入 Down Phase,并发送 StopOfferService。

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客户端通信行为

客户端通信行为如图:

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A:Down Phase

-> 服务未被应用请求。

-> 收到 OfferService,存储当前服务实例状态,启动 TTL 计时器,此时服务若被应用请求,直接进入 Main Phase。

B:nitial Wait Phase

-> 服务被请求后,进入此阶段。

-> 等待 INITIAL_DELAY 时间(最大和最小值之间的随机值)。

-> 如果此时收到 Offer Service,则取消计时器,直接进入 Main Phase。

-> 如果服务请求被释放,进入 Down Phase。

-> 计时器超时后,发送第一个 Find service,进入下一阶段。

C:Repetition Phase

-> 重复发送 Find service,重复次数由 REPETITIONS_MAX 决定,发送间隔以 REPETITIONS_BASE_DELAY 为基时间,每发送一次,间隔加倍。

-> 收到 Offer Service,停止发送计数和计时,立即进入 Main Phase,触发发送 SubscribeEventgroup( 延迟一定时间)。

-> 如果服务请求被释放,进入 Down Phase,若此时有订阅行为,则发送 StopSubscribeEventgroup

D:Main Phase

-> 不再周期发送 Find Service。

-> 收到 Offer Service,触发发送 SubscribeEventgroup( 延迟一定时间)。

-> 如果收到 StopOfferService,则停止所有计时器。

-> 如果服务请求被释放,进入 Down Phase,若此时有订阅行为,则发送 StopSubscribeEventgroup。

客户端状态机转化图如图:

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四、SOME/IP 在 SOA 中的应用

SOA 是一种面向服务的架构模型。它可以根据需求将不同的应用服务进行拆分,并通过定义好的服务接口联系起来,从而使得在构建不同系统时,服务可以以一种统一的方式进行交互。在基于 SOA 的软件架构中,服务是最小的功能逻辑块。为了实现一项功能,整车的某个或某些子系统需要进行数据交互,而数据交互的接口就是服务的接口。服务通过服务接口实现信息的交互,进而完成服务本身的功能。

SOA 的关键技术是要求有统一的、标准的通信协议及中间件。SOME/IP 作为一种基于车载以太网协议的、面向服务的灵活中间件,解决 SOA 通信的中间件技术。

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根据当前的汽车电子电气架构,汽车将主要由中央域控制器及区域控制器构成。如何在异构平台域控制器上实现SOA软件架构,实现基于面向服务的通信,以及信号与服务的转换,主要有以下两种方案。

软件实现方案一:在M核进行服务化。将大部分服务部署在M核上,由M核和其他控制器进行基于服务的通信;

优点:M 核现有资产复用度高,基于信号的应用部分改动小;数据传输实时性高。

限制:M 核 SOA 程度较低,部署 SOMEIP 协议,M 核资源占用较大。

软件实现方案二:在A核进行服务化。将大部分服务部署在A核上,由A核和其他控制器进行基于服务的通信,

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优点:M 核不需要专门部署 SOME/IP 协议,对 M 核的资源占用少;

限制:需根据芯片特性开发不同 IPC 机制,数据传输的实时性低。

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