SOME/IP到底讲什么

2011年,BWM设计和提出了SOME/IP,SOME/IP全称为Scalable service-OrientedMiddlewarE over IP,拆分起来理解就是以Server-Client服务形式进行通信,并且服务具备高度可扩展性,同时作为应用层协议运行于车载以太网四层以上,作为以太网通信中间件来实现应用层和IP层的数据交互,使其不依赖于操作系统,又能兼容AUTOSAR和非AUTOSAR平台,因此SOME/IP可以独立于硬件平台,操作系统和编程语言。

01 SOME/IP

2011年,BWM设计和提出了SOME/IP,SOME/IP全称为Scalable service-OrientedMiddlewarE over IP,拆分起来理解就是以Server-Client服务形式进行通信,并且服务具备高度可扩展性,同时作为应用层协议运行于车载以太网四层以上,作为以太网通信中间件来实现应用层和IP层的数据交互,使其不依赖于操作系统,又能兼容AUTOSAR和非AUTOSAR平台,因此SOME/IP可以独立于硬件平台,操作系统和编程语言。

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众所周知,在传统以太网中,OSI将以太网分层七层,但是汽车行业,只有5层,将OSI 5-7层统称为应用层,其中SOME/IP协议是一种应用层协议,运行在TCP/UDP传输协议之上。从图中可知,SOME/IP还有一个控制协议,称为SOME/IP-SD,用于服务发现,跟SOME/IP各司其职。

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讲了SOME/IP所在层级,再来介绍下,SOME/IP报文的封装风格。不管是SOME/IP还是SOME/IP-SD报文,统一作为TCP/UDP Payload进行封装,四层以下封装格式遵循以太网本身的封装风格。

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02 整车软件平台

目前整车电子电器软件平台如图所示,分为Classic AUTOSAR Platform(简称CP),Adaptive AUTOSAR Platform(简称AP)和非AUTOSAR Platform。这三者是共同运行在整车电子电器架构之上,不存在谁取代谁,尤其是AP并不会取代CP和非AUTOSAR,相反AP可以很好的和其他平台交互,以丰富整车应用。

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CP,AP和非AUTOSAR平台之间的通信交互主要由SOME/IP实现,借助SOME/IP协议的高度平台扩展性,实现不同平台的数据交互,因此统一的SOME/IP通信机制是不同平台通信的前提。

BWM设计SOME/IP协议之后,通过CP规范发布公开从而被广泛用于车载以太网,所以说SOME/IP起源于CP也不为过:

  • AUTOSAR 4.0:支持初步的SOME/IP报文
  • AUTOSAR 4.1:增加SOME/IP-SD控制机制和发布-订阅机制
  • AUTOSAR 4.2:增加序列化机制
  • AUTOSAR 4.3:修复序列化机制的bug,同时增加大数据包基于UDP报文分片机制,此时的SOME/IP已经是完善的版本

为了在不同软件平台上运行SOME/IP,使得整车以太网上实现SOA架构通信机制,所以AP规范中也同步引入了SOME/IP,因此对于AUTOSAR系统,CP和AP之间实现SOME/IP通信,是比较容易的。

非AUTOSAR软件平台为了和车内CP和AP 

ECU更好的交互,GENIVI系统同样也开发了一套开源vSOME/IP软件源码,以便和CP/AP交互,但vSOME/IP是开源的,所以性能会差一些,因此需要统一的规范来做约束,从而做一些深层次的二次开发,我们基于AUTOSAR SOME/IP规范指定出自己的企业规范,以限制不同平台SOME/IP的通信行为。

03 SOME/IP特性

1.序列化和反序列化

将结构化的数据按照一定规则进行排序,将排完序的对象以一定形式封装到SOME/IP报文Payload中,发送给网络中。接收端收到后,通过反序列化将SOME/IP Payload按一样的排序规则重新组合成结构化数据,可以理解为将并行的结构化数据序列化成串行数据,通过以太网发送到网络中。

如图结构体中张三的个人信息按照特定规则进行编码,之后以二进制数据串形式通过以太网传输到对端,接收端收收到后反序列化出张三的个人信息。

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CAN没有结构化数据这种概念,但为了实现一组功能相关信号打包在一起,从而引入信号组的概念,信号组就是人为的将CAN信号重组成结构体的一种做法。SOME/IP自身有序列化和反序列化的机制,因此SOME/IP通信行为中是绝对不会存在信号组的,所以如果你在设计CP Arxml后出现信号组的属性,那么这个Arxml就不在是SOME/IP,而是类CAN的一种基于信号的以太网通信。

2. 服务发现

服务发现称为Service Discovery,简称SOME/IP-SD,在服务创建并且可用之后,Server和Client需要通过SOME/IP-SD动态的创建两者连接,SOME/IP-SD报文主要:

  • OfferService:Server服务就绪后,满足服务发布条件后,主动发出OfferService,用以告知组播内其他节点,该服务已经启动,可以创建服务连接。
  • FindService:当网络中未收到相关服务的OfferService或者暂时未收到,而且Client又需要该访问该服务,那Client可以使用FindService去主动寻找服务,如果Server服务Ready的话,会回复响应的OfferService报文。
  • StopOfferService:Server端发现服务不可用,不满足提供服务条件时,会主动发送StopOfferService报文,用以告知组播内其他节点,该服务已不可用,取消服务请求和订阅。
  • Subscribe:事件组的交互机制采用订阅-发布形式,当收到服务OfferService之后,Client通过Subscribe报文主动跟Server订阅相关事件组。
  • 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,则返回SubscribeACK,告知Client订阅成功,当事件组内的事件准备就绪之后,Server会以某种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,那Server就会直接回复SubscribeNACK,告知订阅不成功。
  • StopSubscribe:当Client订阅某个事件组之后,发现后续并不在需要改事件组的数据了,则通过StopSubscribe报文来通知Server,以断开两者事件组的交互。

下面结合下图详细说明,服务可用之后,Server通过SD OfferService组播报文告诉client,该服务已经可用,Client收到offerService报文之后,首先启动了事件组订阅流程,先发送Subscribe报文给Server,Server验证相关权限之后,发送订阅成功SubscribeACK给Client,之后,当Server该事件组的事件准备就绪之后,会主动发送Event给Client。同时Client在OfferService有效期内,随时都可以发送服务请求Request,跟Server进行相关数据的交互。

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3.服务接口

服务发现章节讲了服务发现相关报文的交互机制,那大家对SOME/IP控制报文有了一定的了解,同时对服务双方如何建立连接有一定的认识,接下来我们来讲下服务数据交互。

所有的服务数据交互所采用的报文我们统称为服务接口,服务接口主要分为两大类:

  • Method:一种远程过程调用,采用Request-Response机制进行通信,由Client发送远程过程调用请求Request,用于请求相关数据或者请求执行相关操作,Server收到Request,根据内容做一些操作之后,通过Response对Client的Request做出一些反馈。Method是一种可靠传输的服务接口,需要关系Request是否被送达。
  • Event:订阅-发布机制是控制事件组的交互,之后事件组是以单个Event报文进行就交互,从而向Client发送相关数据。Event是一种单向传输,无法保证数据是否被准确送达。

针对以上两类服务接口,SOME/IP进行了服务接口扩展,从而还有了Fire&Forget报文和Field:

  • Fire&Forget:一种特殊的Method,但和Method又有本质的区别,因为Fire&Forget只有Request,没有Response报文,主要有两种作用,一种是作为某些Trigger触发Server做相应操作,一种是充当Client的Event,向Server发送相关数据
  • Field:Field关联三种服务接口,以组合的形式来呈现,三者对同一个数据做相关联的操作。
  • Getter:Client主动获取相关操作的当前数据,该服务接口Request不携带任何数据
  • Setter:Client主动设置相关操作的数据,同时Server要将Client设置的数据通过Response反馈给Client,以便Client确认设置的数据是否成功。
  • Notification:通信行为和Event极为类似,也遵循订阅-发布机制,以事件组的形式来订阅,但所发布的数据和Getter/Setter是同一套。

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以上是我对SOME/IP的一些见解,因为篇幅有限,并不能完整的讲述SOME/IP的内容,比如SOME/IP报文格式,Server和Client服务启动流程等等也都是比较重要的内容,如果大家感兴趣,可以自己看看AUTOSAR SOME/IP相关规范,就会有比较深入的了解。规范列表如下:

《AUTOSAR_SWS_ServiceDiscovery.pdf》

《AUTOSAR_SWS_SOMEIPTransformer.pdf》

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