SOME/IP在實(shí)踐中到底應(yīng)該如何使用

前言

首先，請(qǐng)問(wèn)大家?guī)讉€(gè)小小問(wèn)題，你清楚：

你知道什么是SOME/IP嗎？

你知道為什么會(huì)產(chǎn)生SOME/IP即相關(guān)背景嗎？

你知道SOME/IP與SOA又有著哪些千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系呢？

SOME/IP在實(shí)踐中到底應(yīng)該如何使用呢？

今天，我們就來(lái)一起探索并回答這些問(wèn)題。為了便于大家理解，以下是本文的主題大綱：

正文

總體介紹

車載以太網(wǎng)協(xié)議?？偣部蓜澐譃槲鍖樱謩e為物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，應(yīng)用層，其中今天所要介紹的內(nèi)容SOME/IP就是一種應(yīng)用層協(xié)議。 SOME/IP協(xié)議內(nèi)容按照AUTOSAR中的描述，我們可以更進(jìn)一步的拆分為三類子協(xié)議：應(yīng)用層的SOME/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，SOME/IP-SD協(xié)議以及TP層的SOME/IP-TP協(xié)議，這三部分內(nèi)容相輔相成，完整詳細(xì)的闡述了SOME/IP協(xié)議的全部?jī)?nèi)容，是研究SOME/IP協(xié)議的必經(jīng)之路。 由于SOME/IP協(xié)議內(nèi)容較多且關(guān)聯(lián)復(fù)雜，為了讓大家對(duì)SOME/IP有一個(gè)循序漸進(jìn)的了解過(guò)程，限于篇幅本文將主要講解應(yīng)用層的SOME/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其他協(xié)議內(nèi)容會(huì)在下篇繼續(xù)給大家分享，敬請(qǐng)大家多多關(guān)注！

產(chǎn)生背景與動(dòng)機(jī)

2011年寶馬公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套中間件，該中間件能夠?qū)崿F(xiàn)以服務(wù)為導(dǎo)向的通信方式，該中間件區(qū)別于傳統(tǒng)以信號(hào)為導(dǎo)向的通信方式，不僅能夠大大減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載以提高通信雙方的效率，同時(shí)引入以太網(wǎng)通信也能夠大大滿足未來(lái)車輛不斷增長(zhǎng)的通信需求。 面向信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸不管網(wǎng)絡(luò)需不需要始終會(huì)不斷循環(huán)發(fā)送，而面向服務(wù)的通信方式則不同，只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中至少存在一個(gè)接收方需要這些數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送方才會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，這是一種面向服務(wù)通信方式的顯著優(yōu)點(diǎn)。 寶馬將該面向服務(wù)的通信方式叫做SOME/IP(全稱為：Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP)。正如其名，可見(jiàn)該協(xié)議跟以太網(wǎng)密切相關(guān)。 沒(méi)錯(cuò)！SOME/IP就是運(yùn)行在車載以太網(wǎng)協(xié)議?；A(chǔ)之上的中間件，或者也可以稱為應(yīng)用層軟件。 SOME/IP正由于其知名度逐漸被AUTOSAR接納并計(jì)劃納入其正式標(biāo)準(zhǔn)，并且在2014年集成進(jìn)AUTOSAR 4.X中，幾個(gè)關(guān)鍵發(fā)展節(jié)點(diǎn)如下：

AUTOSAR 4.0 - 完成寶馬SOME/IP消息的初步集成；

AUTOSAR 4.1 - 支持SOME/IP-SD及其發(fā)布/訂閱功能；

AUTOSAR 4.2 - 添加transformer用于序列化以及其他相關(guān)優(yōu)化；

AUTOSAR 4.3 - 修復(fù)一些transformer bug同時(shí)添加針對(duì)大量UDP數(shù)據(jù)包的SOME/IP-TP協(xié)議以及其他SOME/IP-SD的優(yōu)化工作；

持續(xù)優(yōu)化中。。。。。。

什么是SOME/IP

正如上節(jié)所提到SOME/IP的全稱，接下來(lái)我們就來(lái)通過(guò)其全稱一起來(lái)了解下SOME/IP到底是個(gè)什么東西：

Scalable 該協(xié)議設(shè)計(jì)的初衷之一就是為了實(shí)現(xiàn)不同硬件平臺(tái)、不同操作系統(tǒng)或嵌入式固件以及不同應(yīng)用軟件的異構(gòu)設(shè)備之間的可擴(kuò)展性和互操作性。

service-Oriented 表明它是一種面向服務(wù)的基本協(xié)議。因此僅當(dāng)客戶端請(qǐng)求或服務(wù)器通知特定訂閱者時(shí)，才在客戶端-服務(wù)器配置中交換數(shù)據(jù) ，這就確保了永遠(yuǎn)不會(huì)浪費(fèi)帶寬，并且僅在需要的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信/交換。

MiddlewarE 它也是一種中間件。即其位于應(yīng)用層，有自己的通用協(xié)議層來(lái)處理更具體的操作及應(yīng)用；

over IP 它也是一個(gè)基于以太網(wǎng)的協(xié)議。它使用類似的硬件接口，確保高達(dá) 100Mbps 的帶寬。同時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)中間件（即應(yīng)用層）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電纜使用 TCP/IP 或 UDP 協(xié)議進(jìn)行通信。 當(dāng)客戶端需要來(lái)自服務(wù)器的數(shù)據(jù)時(shí)，它可由客戶端使用 TCP 協(xié)議進(jìn)行請(qǐng)求。如果服務(wù)器必須將數(shù)據(jù)傳送給所有活動(dòng)的訂閱者，則可通過(guò) UDP 協(xié)議傳輸。UDP 協(xié)議上的數(shù)據(jù)通信可以是單播、多播或廣播。

如下圖1所示，就十分清晰地展示了SOME/IP在車載以太網(wǎng)協(xié)議棧中的位置以及與其他模塊的關(guān)系： 圖1 SOME/IP 與車載以太網(wǎng)協(xié)議棧關(guān)系 那么在AUTOSAR協(xié)議棧中，SOME/IP協(xié)議又處于一個(gè)什么樣的位置呢？如下圖所示： 如上圖可知，SOME/IP協(xié)議涉及到與RTE，COM，PDUR以及SOAd這些AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)模塊的交互，而用于服務(wù)發(fā)現(xiàn)的SOME/IP-SD則涉及到BswM，SD以及SoAd模塊的交互。 SOME/IP協(xié)議與各個(gè)模塊的交互關(guān)系會(huì)在后續(xù)文章講到，提及于此讓大家對(duì)SOME/IP協(xié)議與AUTOSAR協(xié)議棧的關(guān)聯(lián)有個(gè)整體概念，此文中不做過(guò)多展開(kāi)。 SOME/IP 最初是作為另一種 RPC 機(jī)制開(kāi)發(fā)的，以確保與 AUTOSAR 設(shè)備的兼容性并提供汽車用例所需的最大功能，同時(shí)它也是專為ECU間客戶端-服務(wù)器序列化而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。 目前，該協(xié)議可以在多種不同的操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，包括AUTOSAR、OSEK 和 GENIVI。它也可以在不運(yùn)行操作系統(tǒng)的嵌入式固件上實(shí)現(xiàn)。 攝像頭、主機(jī)、遠(yuǎn)程信息處理設(shè)備、AUTOSAR 設(shè)備，甚至信息娛樂(lè)系統(tǒng)等大型設(shè)備，都可以使用 SOME/IP 協(xié)議有效地交換 ECU 間消息。自Wireshark 3.2SOME/IP 發(fā)布以來(lái)，SOME/IP 支持就已公開(kāi)，可以在 Wireshark 上解析SOME/IP數(shù)據(jù)。 綜上所述，我們便可以總結(jié)出SOME/IP作為一種面向服務(wù)的通信協(xié)議，一種基于車載以太網(wǎng)協(xié)議?；A(chǔ)上的應(yīng)用層協(xié)議的基本特點(diǎn)有哪些，如下表1所示展現(xiàn)了SOME/IP協(xié)議的五大基本特點(diǎn)： ? 表1 SOME/IP協(xié)議五大基本特點(diǎn)

SOME/IP與SOA的關(guān)系

SOA SOA簡(jiǎn)而言之就是一種面向服務(wù)的架構(gòu)(Service-Oriented Architecture), 當(dāng)然也是一種軟件設(shè)計(jì)的重要方式，IT研究與顧問(wèn)咨詢公司 Gartner 在 1996 年提出的，其本身并不是新鮮概念，而且已經(jīng)在IT互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域風(fēng)靡了20余年。 按照W3C對(duì)它的定義 : “SOA是一種應(yīng)用程序架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，所有功能都定義為獨(dú)立的服務(wù)，這些服務(wù)帶有定義明確的可調(diào)用接口，能夠以定義好的順序調(diào)用這些服務(wù)來(lái)形成業(yè)務(wù)流程。 服務(wù)：服務(wù)是一種比構(gòu)件粒度更大的信息集合，實(shí)際是包含實(shí)現(xiàn)了多個(gè)關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)需求的邏輯組合，并且允許每個(gè)服務(wù)使用特定的平臺(tái)，架構(gòu)或技術(shù)方案； 可調(diào)用接口：面向服務(wù)的接口不同于構(gòu)件的接口，他的實(shí)現(xiàn)與特定語(yǔ)言無(wú)關(guān)，與特定的平臺(tái)也無(wú)關(guān)，可十分方便的實(shí)現(xiàn)不同異構(gòu)平臺(tái)的交互； 聯(lián)系與區(qū)別：

首先需要明確的是SOME/IP不是SOA，SOA也不是SOME/IP；

由于SOME/IP本身也是一種面向服務(wù)的協(xié)議，所以一般認(rèn)為SOME/IP只不過(guò)是一種實(shí)現(xiàn)SOA可行的協(xié)議選擇；

一般而言，基于消息的通信與RPC(Remote Procedure Call 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用)通信都可以實(shí)現(xiàn)SOA，而SOME/IP就是一種基于RPC框架的協(xié)議；

可以通過(guò)SOME/IP用來(lái)實(shí)現(xiàn)SOA，但SOA的實(shí)現(xiàn)卻不一定非得用SOME/IP;

SOME/IP協(xié)議解析

接下來(lái)就讓小T帶領(lǐng)大家通過(guò)解析SOME/IP一起來(lái)揭開(kāi)SOME/IP的神秘面紗！，以便為后續(xù)車載以太網(wǎng)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

相關(guān)標(biāo)識(shí)符與版本說(shuō)明

如下圖2所示為SOME/IP協(xié)議的Header結(jié)構(gòu)體： 圖2 SOME/IP協(xié)議Header 如上圖中標(biāo)記的Message ID，Request ID, Protocal Version 以及Interface Version的詳細(xì)解釋如下表2所示： 表2 相關(guān)標(biāo)識(shí)符與版本說(shuō)明 ? Length Length正如上圖2所示，其涵蓋的范圍是Request ID開(kāi)始至SOME/IP報(bào)文結(jié)束。

Message Type

用來(lái)識(shí)別不同的消息類型，目前存在的類型如下圖3所示，其中TP表示分包的報(bào)文,按照AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)(R21-11)定義如下： 圖3 Message Type表

Return Code

Return Code用來(lái)指示Message是否被成功處理了，或針對(duì)請(qǐng)求中的錯(cuò)誤內(nèi)容進(jìn)行反饋，如下圖4為AUTOSAR(R21-11)中定義的Return Code類型： 圖4 Return Code定義表 ?

SOME/IP通信機(jī)制

認(rèn)識(shí)完了SOME/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)定義內(nèi)容之后，接下來(lái)就需要來(lái)探討車載ECU需要按照何種規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，因此熟悉這部分內(nèi)容將對(duì)車載以太網(wǎng)SOME/IP的開(kāi)發(fā)與測(cè)試至關(guān)重要。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)(Service Discovery)

服務(wù)發(fā)現(xiàn)的通信機(jī)制是通過(guò)SOME/IP-SD協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，主要是為了實(shí)現(xiàn)在車載以太網(wǎng)中告知客戶端當(dāng)前服務(wù)實(shí)例的可用性及訪問(wèn)方式，可通過(guò)Find Service 和Offer Service來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在通過(guò)SOME/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)之前，我們需要知道當(dāng)前整個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)到底存在哪些服務(wù)，服務(wù)的可用性如何，客戶端如果訂閱服務(wù)端所提供的服務(wù)。 由于SOME/IP-SD協(xié)議也是一塊十分重要的內(nèi)容，在此就不過(guò)多展開(kāi)，僅簡(jiǎn)要介紹其基本功能與作用機(jī)理，后續(xù)會(huì)單獨(dú)介紹SOME/IP-SD協(xié)議的具體內(nèi)容，敬請(qǐng)關(guān)注！ 如下圖5所示即為SOME/IP-SD的基本功能，展現(xiàn)了Client與Server之間的交互關(guān)系。 ? 圖5 SOME/IP-SD Client與Server交互關(guān)系圖 由上圖可知，SOME/IP 服務(wù)發(fā)現(xiàn)流程可以分為以下三大基本步驟：

Client通過(guò)發(fā)送Find Service的報(bào)文去尋找車載網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)實(shí)例；

Server接收到Client的Find Server后通過(guò)UDP發(fā)送Offer Service響應(yīng)；

Client通過(guò)發(fā)送Subcribe Event Group去訂閱相關(guān)Event；

Server檢查是否滿足Client是否滿足訂閱條件，如果滿足回復(fù)ACK，如果不滿足，則回復(fù)NACK；

Client成功訂閱相關(guān)事件后，Server會(huì)按照事件本身屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)已訂閱該事件的Client的發(fā)布；

遠(yuǎn)程進(jìn)程調(diào)用(RPC)

遠(yuǎn)程進(jìn)程調(diào)用主要可分為四種通信模式：

Request/Response通信模式，可歸納為Method中的一種；其基本通信模型如下圖6所示： Request-Response模型作為一種最為常見(jiàn)的通信方式，其主要任務(wù)就是客戶端發(fā)送請(qǐng)求信息，服務(wù)端接收到請(qǐng)求，進(jìn)行相關(guān)處理之后進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)。

? 圖6 Request-Response通信模型

Fire&Forget通信模式，可歸納為Method中的一種； 該通信模型的主要任務(wù)就是客戶端向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)端無(wú)需進(jìn)行任何響應(yīng)，有點(diǎn)類似診斷服務(wù)中的抑制正響應(yīng)。

圖7 Fire&Forget通信模型

Notification Event通信模式； 該通信模式主要描述了發(fā)布 /訂閱消息內(nèi)容，主要任務(wù)就是為了實(shí)現(xiàn)客戶端向服務(wù)端訂閱相關(guān)的事件組，當(dāng)服務(wù)端的事件組發(fā)生或者值發(fā)生變化時(shí)，就需要向已訂閱該事件組的客戶端發(fā)布更新的內(nèi)容。

? 圖8 Notification event通信模型 ?

遠(yuǎn)程進(jìn)程控制(Field) 訪問(wèn)進(jìn)程通信機(jī)制主要是為了實(shí)現(xiàn)針對(duì)對(duì)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)獲取與更改，主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)客戶端通過(guò)Getter獲取Server的值，通過(guò)Setter設(shè)置Server的值。 Field就可理解為一個(gè)Service的基本屬性，可包含Getter，Setter，Notifier三種方式。其中Getter就是讀取Field中某個(gè)值的方法，Setter就是一種改變Field值的方法，而Notifier則是一種當(dāng)Field中的值發(fā)生變化的觸發(fā)事件。 ? 圖9 Field的通信模型

由上圖可知，在Getter與Setter的方式中我們使用的Request/Response機(jī)制。在Getter的請(qǐng)求報(bào)文中是一個(gè)空的Payload，響應(yīng)報(bào)文中的Payload才是需要獲取的值；使用Setter請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求消息中的Payload則是要設(shè)置的值，如果設(shè)置成功，那么響應(yīng)報(bào)文中Payload就是設(shè)定成功的值。 同時(shí)我們也可得出服務(wù)實(shí)體在SOME/IP協(xié)議中是一個(gè)十分重要的概念。一個(gè)服務(wù)實(shí)體可以是Field，Events以及Method的任意組合。

SOME/IP錯(cuò)誤處理機(jī)制

在任何通信過(guò)程中總是會(huì)存在各種各樣的 錯(cuò)誤，SOME/IP作為一種面向服務(wù)的應(yīng)用協(xié)議也不例外，因此AUTOSAR為了更為高效的定位到通訊過(guò)程中的問(wèn)題所在，因此制定了一套檢查SOME/IP協(xié)議格式內(nèi)容的錯(cuò)誤處理機(jī)制。 比如版本信息檢查，服務(wù)ID等，其他故障信息可以在Payload中進(jìn)行詳細(xì)定義。目前SOME/IP支持以下兩種錯(cuò)誤處理機(jī)制，這兩種uowu處理機(jī)制可以根據(jù)配置進(jìn)行選擇。

消息類型0x80，Response信息，即可以通過(guò)Response Message中的Return Code來(lái)定位到問(wèn)題所在；

消息類型0x81，顯式的錯(cuò)誤信息；

如下圖10為SOME/IP處理一般性錯(cuò)誤的基本流程： ? 圖10 SOME/IP錯(cuò)誤處理流程 ? 如果大家想進(jìn)一步學(xué)習(xí)SOME/IP協(xié)議棧內(nèi)容具體如何實(shí)現(xiàn)，可以參考由BMW公司主導(dǎo)在GitHub上的開(kāi)源代碼，在GitHub中搜索"vsomeip"關(guān)鍵字便可找到對(duì)應(yīng)的開(kāi)源代碼學(xué)習(xí)。 值得注意的是vsomeip是一種基于Linux平臺(tái)采用C++語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)的SOME/IP協(xié)議棧。