在消費者對自動駕駛和網(wǎng)聯(lián)需求的推動下，以及通信帶寬和原始計算能力的技術飛躍，汽車行業(yè)正在迅速轉型。這些變化需要汽車設計的架構轉變，因為傳統(tǒng)的電氣/電子架構無法為運行未來汽車軟件系統(tǒng)互連系統(tǒng)所需的新數(shù)據(jù)中心方法提供必要的可擴展性。

AUTOSAR和DDS是兩個可以適應這些新需求的軟件標準。AUTOSAR是為汽車ecu設計的標準化汽車開放系統(tǒng)架構。AUTOSAR的兩個平臺AUTOSAR Classic和AUTOSAR Adaptive為不同的車輛用例提供了分層的軟件體系結構方法。特別是，AUTOSAR Adaptive平臺解決了車內(nèi)高性能計算的設計挑戰(zhàn)，解決了下一代汽車所需的連接性和持續(xù)軟件更新。它還可以作為來自多個供應商的軟件的集成平臺。

數(shù)據(jù)分發(fā)服務 (DDS) 標準是將分布式系統(tǒng)的組件集成在一起的中間件協(xié)議和以數(shù)據(jù)為中心的連接框架。它通過實現(xiàn)低延遲數(shù)據(jù)連接、極高的可靠性和可擴展的靈活架構，使數(shù)據(jù)成為未來移動數(shù)字平臺的中心。DDS 促進了松散耦合、模塊化和開放式架構系統(tǒng)的開發(fā)，從而降低了復雜性、上市時間和系統(tǒng)成本。

為了滿足互聯(lián)數(shù)字車輛的需求，AUTOSAR 和 DDS 這兩個強大的標準現(xiàn)在可以協(xié)同工作。在 AUTOSAR Adaptive 平臺中，DDS 組件針對端到端數(shù)據(jù)共享進行了優(yōu)化，無需自定義集成。AUTOSAR Adaptive 定義了 DDS 網(wǎng)絡綁定，以支持具有生產(chǎn)就緒通信框架的自治系統(tǒng)，該框架提供復雜系統(tǒng)所需的可靠性、可擴展性和性能。AUTOSAR 和 DDS 共同為汽車制造商提供了設計和操作下一代汽車的高性能方法。

數(shù)字網(wǎng)聯(lián)汽車

在消費者對持續(xù)連接和數(shù)據(jù)驅動技術的需求推動下，汽車行業(yè)正處于顛覆性變革狀態(tài)，這些技術正在推動互聯(lián)汽車、自動駕駛、共享和數(shù)字服務以及電動汽車的進步。制造商和供應商必須應對構建互聯(lián)數(shù)字汽車的各種挑戰(zhàn)。未來的汽車必須設計為在不同的實時環(huán)境中運行、與車內(nèi)的其他系統(tǒng)互操作、連接到車外系統(tǒng)并提供內(nèi)置的汽車級網(wǎng)絡安全和功能安全。

制造商現(xiàn)在使用新的硬件組件，如相機、激光雷達、毫米波雷達和高性能計算機硬件來感知和處理高度自動化駕駛所需的汽車環(huán)境數(shù)據(jù)。為了將這些系統(tǒng)與汽車的控制單元連接起來并處理其數(shù)據(jù)，需要以太網(wǎng)等高帶寬鏈路和越來越多的軟件。隨著汽車與外部世界的互動，連接量甚至會進一步增加，這樣用戶就可以使用聯(lián)網(wǎng)傳感器、設備和機器提供的數(shù)字服務，這些設備統(tǒng)稱為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。例如，客戶可以通過手機收到關于附近服務和更換汽車零件的建議。或者，汽車可以從附近的停車場接收數(shù)據(jù)來定位、預訂和支付車位。汽車正在變成系統(tǒng)中的系統(tǒng)，因為幾乎所有汽車都將連接到集體物聯(lián)網(wǎng)景觀，并成為其中的一部分，在汽車的整個使用壽命中，更新和升級都需要安全連接。

這需要改變傳統(tǒng)汽車設計的架構。面向領域的電氣/電子(E/E)體系結構無法在聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字汽車的整個生命周期內(nèi)進行更新和升級，因為通信網(wǎng)絡使用的是在汽車設計時定義的預定義消息。因此，它不允許動態(tài)訂閱數(shù)字服務。此外，這種E/E架構的汽車軟件架構沒有針對新應用程序的靈活更新機制，也無法訪問外部世界，因為它們的設計目的是替換車輛中電子控制單元(ECU)的整個軟件，而不能通過遠程OTA。

例如，智能傳感器是通過一個或多個ecu分配數(shù)據(jù)的智能嵌入式設備。它們可以通過其定義的網(wǎng)絡域內(nèi)的通信網(wǎng)絡進行控制。智能傳感器是必不可少的車輛功能的一部分，但如果有一種允許將智能傳感器集成到數(shù)字服務中的通信協(xié)議，它們可以在聯(lián)網(wǎng)數(shù)字汽車中發(fā)揮更重要的作用。正確的通信協(xié)議可以提升直接連接到簡單傳感器的簡單控制單元的功能，使其能夠通過新的動態(tài)數(shù)據(jù)交換成為數(shù)字服務。

這為新的數(shù)字服務提供了新的應用用例，例如用于預測性維護和調整保險費的駕駛員使用情況，使用人工智能檢測駕駛員疲勞或前方不斷變化的路況，或遠程OTA。

制造商正在轉向更加集中和靈活的 E/E 架構，其中連接由靈活可靠的通信協(xié)議以及新的汽車級軟件架構框架控制。一種方法是創(chuàng)建一個具有自己操作系統(tǒng)功能的全集團軟件平臺，用戶可以從汽車外部對其進行升級和擴展。大量的軟件代碼由軟件供應商和制造商的數(shù)字軟件團隊處理。

數(shù)字網(wǎng)聯(lián)汽車的E/E架構

由于數(shù)字網(wǎng)聯(lián)汽車是與外部數(shù)字服務相連接的，因此需要靈活的E/E架構，而這又需要一種通信協(xié)議，能夠與汽車內(nèi)外的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和新的數(shù)字服務協(xié)同工作。這種體系結構的組件和通信網(wǎng)絡如圖1所示。


圖1 數(shù)字網(wǎng)聯(lián)汽車的組件和通信網(wǎng)絡

傳統(tǒng)汽車架構中的基本汽車功能是眾所周知的，并且可靠且適用于聯(lián)網(wǎng)數(shù)字汽車。它的車輛部件，如動力系統(tǒng)傳感器和執(zhí)行器被移到一個傳感器和執(zhí)行器區(qū)域。傳感器和執(zhí)行器的值由區(qū)域網(wǎng)關 ECU 或在所謂的智能傳感器單元中以安全、可靠和實時的方式處理。傳感器和執(zhí)行器要么通過模擬線直接連接，要么通過總線接口（LIN、CAN、FlexRay）連接到區(qū)域網(wǎng)關。

處理ECU扮演著車輛大腦的角色，因為它們可以將自動駕駛的復雜應用邏輯和汽車內(nèi)外通信節(jié)點的數(shù)字服務結合起來。

外部數(shù)字服務將通過5G等移動通信網(wǎng)絡連接到以下基礎設施節(jié)點：

1、云計算基礎設施，可以提供一個實時停車地圖，以找到一個免費的停車位。

2、V2X基礎設施，可以傳達其他汽車在前方道路上看到的信息。

3、移動電話基礎設施可以通過應用程序商店等來升級汽車功能。

聯(lián)網(wǎng)數(shù)字汽車的E/E架構需要支持不同的通信方式。這些包括基于信號的通信，例如LIN, CAN和FlexRay，基于服務的通信，例如車載以太網(wǎng)。

AUTOSAR

AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構）是為汽車ECU設計的標準化汽車開放系統(tǒng)架構。AUTOSAR 聯(lián)盟成員定義了汽車制造商和供應商之間的基本系統(tǒng)功能、功能接口和開發(fā)方法。 有兩個 AUTOSAR 平臺：AUTOSAR Classic 和 AUTOSAR Adaptive。 這兩個平臺都滿足現(xiàn)代汽車的要求。

AUTOSAR Classic Platform

AUTOSAR Classic Platform是一個眾所周知的分層軟件體系結構。軟件需求在設計時通過其層的靜態(tài)配置來實現(xiàn)。因此，對于運行時的更改，它的靈活性較低。然而，這仍然是可以接受的，因為這個平臺通常在車輛的生命周期內(nèi)保持穩(wěn)定，因為被控制的傳感器和促動器的應用邏輯不會改變。傳感器和執(zhí)行器仍然履行其功能;

AUTOSAR Classic既可通過LIN、CAN、Flexray實現(xiàn)面向信號通信，也可通過Ethernet實現(xiàn)面向服務的通信。


圖2 AUTOSAR Classic架構

AUTOSAR Adaptive Platform

AUTOSAR Adaptive Platform主要是為了滿足由下一代車輛的高性能需求、互聯(lián)性和持續(xù)遠程OTA更新所產(chǎn)生的新市場需求。它充當來自多個供應商的軟件集成平臺，解決了 AUTOSAR Classic 架構的局限性。AUTOSAR Adaptive 旨在提供靈活性，以便在軟件運行時可以實現(xiàn)軟件更改。AUTOSAR Adaptive Platform 建立在 POSIX 操作系統(tǒng)之上，由按服務分組的功能集群和 AUTOSAR Adaptive 基礎組成，如圖3所示。


圖3 AUTOSAR Adaptive架構

數(shù)字網(wǎng)聯(lián)汽車架構中的AUTOSAR

AUTOSAR Classic 和 Adaptive 的系統(tǒng)功能不會相互替代。相反，它們在互聯(lián)數(shù)字汽車的 E/E 架構中相互補充，如圖 4 所示。


圖4 數(shù)字網(wǎng)聯(lián)汽車架構中的AUTOSAR

核心的汽車控制功能還需要AUTOSAR Classic Platform，例如車輛的電驅控制單元。另外OEM想要一個可靠的軟件解決方案，提供核心的車輛功能。當軟件變化率和供應商數(shù)量有限時，AUTOSAR Classic作為一個可靠的架構工作得很好。對于這些車輛，制造商和供應商選擇低成本的微控制器，具有最小的RAM, ROM和CPU資源和AUTOSAR經(jīng)典平臺作為軟件，可以預先配置和優(yōu)化這種最小的資源。

AUTOSAR Adaptive 扮演著車輛大腦的角色，因為它具有使用來自雷達和激光雷達傳感器的高帶寬數(shù)據(jù)控制汽車環(huán)境的應用邏輯。它可以執(zhí)行駕駛策略，并為車外其他連接服務提供入口點。例如，它可以通過 5G 等移動通信網(wǎng)絡訪問云計算環(huán)境。作為一個集成平臺，AUTOSAR Adaptive 可以更輕松地通過云更新軟件。

數(shù)字相關數(shù)據(jù)(例如，統(tǒng)計和診斷信息，核心車輛控制數(shù)據(jù))在Adaptive和Classic Platform控制單元之間流動，目前使用以太網(wǎng)上的SOME/IP協(xié)議相互兼容。

DDS

數(shù)據(jù)分布服務(Data Distribution Service, DDS)是對象管理組(Object Management Group, OMG)提供的用于以數(shù)據(jù)為中心的連接的中間件協(xié)議、連接框架和API標準。它集成了分布式系統(tǒng)的組件，提供了低延遲的數(shù)據(jù)連接、極高的可靠性和可擴展的體系結構，滿足業(yè)務和任務關鍵型應用程序的需求。

在分布式系統(tǒng)中，中間件是位于操作系統(tǒng)和應用程序之間的軟件層。它使系統(tǒng)的各個組件能夠更輕松地通信和共享數(shù)據(jù)。該層通過解決應用程序和系統(tǒng)之間傳遞信息的機制來簡化分布式系統(tǒng)的開發(fā)，從而讓軟件開發(fā)人員專注于其應用程序的特定方向。

DDS 的設計以數(shù)據(jù)為中心，旨在容納來自不同來源的動態(tài)數(shù)據(jù)。使用 DDS可以實現(xiàn)應用程序直接與共享全局數(shù)據(jù)空間中的數(shù)據(jù)交互。這通過路由實現(xiàn)可擴展性，提供影響所有參與者如何傳輸和管理數(shù)據(jù)的服務質量 (QoS) 策略，支持動態(tài)發(fā)現(xiàn)并提供多種數(shù)據(jù)安全方法（面向數(shù)據(jù)和面向傳輸）。

設計自動駕駛汽車需要結合革命性的架構和進化技術。該體系結構必須無縫集成來自多個供應商的軟件和硬件，支持對不斷發(fā)展的標準的遵從，并支持持續(xù)的特性和性能改進。出于這些原因，oem正在選擇基于標準的DDS數(shù)據(jù)總線作為其體系結構和平臺的連接中間件。DDS提供了系統(tǒng)設計人員所需的全面功能，以實現(xiàn)最大的靈活性和可伸縮性。同時，它提供了一個簡化的環(huán)境，保持設計流線型，低維護和成本效益。

將DDS集成到AUTOSAR自適應平臺中

AUTOSAR自適應平臺自誕生之日起，就致力于打造一種獨立于特定網(wǎng)絡通信技術、專門基于面向服務的架構（SOA）的通信管理架構?？蓴U展的面向服務的 IP 中間件 (SOME/IP) 是第一個被納入通信管理功能集群的技術，DDS 緊隨其后于 2018 年 3 月發(fā)布了 AUTOSAR 自適應平臺標準中。

DDS 代表了 SOME/IP 的一個相當大的進化步驟，引入了大量標準內(nèi)置功能，例如基于內(nèi)容和時間的過濾、與傳輸無關的可靠性、分區(qū)、持久性、活躍度、延遲/截止日期監(jiān)控、可擴展 類型等等。當 AUTOSAR Adaptive 與 DDS 配合使用以構建一個通信框架時，該框架不僅與現(xiàn)有的 ara::com API 和應用程序兼容，而且在可靠性、性能、靈活性和可擴展性方面也提供了重要的好處。

從架構的角度來看，DDS 網(wǎng)絡綁定在 ara::com 功能集群下方一個公共概念空間，其中每個網(wǎng)絡綁定將公共 ara::com API 和元模型 SOA 語義轉換為自己的一組特定于中間件的 API 調用 最終產(chǎn)生 ECU 本地或遠程進程間通信。

值得注意的是，雖然 SOME/IP 僅標準化了底層互操作性有線協(xié)議（如圖 5中的綠色框所示），但 DDS 也標準化了面向平臺的 API（深藍色框），從而導致跨行業(yè)供應商的互操作性。


圖5 帶有DDS的AUTOSAR經(jīng)典平臺

將DDS集成到AUTOSAR經(jīng)典平臺中

由于 AUTOSAR Classic 平臺的歷史、現(xiàn)狀和總體設計目標，在本文檔發(fā)布時，DDS 不是其標準材料的一部分。但是，DDS 在 AUTOSAR Classic 設計中非常有用，可以替代或補充平臺的通信功能。在車輛電子架構中集成子節(jié)點，例如智能傳感器，可以從無縫集成到 DDS 數(shù)據(jù)總線中。

oesk是autosar classic的操作系統(tǒng)接口，在該平臺實現(xiàn)dds受限于微控制器以及現(xiàn)有資源有限的微處理器系統(tǒng)。只能在AUTOSAR Classic 應用程序級軟件組件中將 DDS 作為其通信服務支持的靜態(tài)鏈接庫，從而通過其標準dds的標準 API實現(xiàn)內(nèi)部和內(nèi)部 ECU 通信。

與 AUTOSAR 自適應平臺一樣，DDS 可以在已經(jīng)存在其他技術（如 SOME/IP 或 J1939）的服務層進行更深入的集成，提供 RTE 級別的 DDS 特定轉換器并將 DDS 核心中間件實現(xiàn)從應用層向下推PDU R， 該解決方案雖然對 AUTOSAR 堆棧和工具供應商的要求更高，但將允許應用程序針對單個通信 API (RTE) 集工作

實現(xiàn)靈活的車輛架構

AUTOSAR 和 DDS 都是為靈活、可擴展的架構而設計的?，F(xiàn)在，數(shù)字網(wǎng)聯(lián)汽車的需求對高性能互聯(lián)系統(tǒng)產(chǎn)生了更大的需求。因此，AUTOSAR Adaptive 和 DDS 協(xié)同工作，為行業(yè)實現(xiàn)互操作性以及其他高級功能。

基于不斷增長的數(shù)據(jù)量，汽車技術和客戶期望繼續(xù)推動行業(yè)發(fā)展新功能。分布式架構演化為域架構，域架構已經(jīng)進一步演化為集中式或區(qū)域架構，這給oem和供應商帶來了更多的挑戰(zhàn)，他們需要在其系統(tǒng)中實現(xiàn)以下非功能性需求。

可擴展性

自汽車電子成立以來，汽車零部件的數(shù)量大幅增長。

為了適應這一點，隨后的集成過程并不一定減少元素的概念數(shù)量，而是將它們合并成通用或多功能的集成部分。

AUTOSAR Classic 從靜態(tài)的角度處理規(guī)模問題，其中無限復雜的系統(tǒng)在設計和部署時變得易于管理。AUTOSAR Adaptive 將信號和請求-響應通信演化為面向服務的通信，其中服務接口旨在實現(xiàn)動態(tài)發(fā)現(xiàn)和互操作性。

DDS 支持 AUTOSAR 通信架構的可擴展性功能，其功能遠遠超出任何其他標準化的 ara::com 網(wǎng)絡綁定，包括動態(tài)發(fā)現(xiàn)、以數(shù)據(jù)為中心的路由和內(nèi)容過濾、冗余、持久性和多播。

互操作性

AUTOSAR 的主要優(yōu)勢之一是可以立即訪問產(chǎn)品、組件和服務組成的生態(tài)系統(tǒng)，這些產(chǎn)品、組件和服務之間可以實現(xiàn)互操作。例如OEM 設計并輕松集成到Tier1的實施中，這些公司甚至可能不使用來自同一供應商的工具。AUTOSAR 不僅通過標準化有線協(xié)議，而且通過標準化軟件 API 和元模型來促進這種交互。

DDS為標準化協(xié)議和API，以及構建的文件格式，這三個類別做出了貢獻。這些都是通過OMG標準化過程不斷修訂、改進和批準的。許多元模型，包括那些來自AUTOSAR，包括DDS特定條款。

利用DDS進行通信的應用程序共享一組公共的有線協(xié)議、api、QoS策略和文件格式，它們的業(yè)務邏輯是根據(jù)這些格式定義的。在實踐中，這轉化為更快、更穩(wěn)健的開發(fā)，在控制成本的情況下有效地發(fā)展和擴展。

將 DDS 與 AUTOSAR 結合使用不僅保證和擴展了 AUTOSAR 系統(tǒng)內(nèi)部互操作性的功能，甚至可以擴展到不同到行業(yè)，生態(tài)，如能源(充電站)、媒體(車載信息娛樂)或云服務(交通和導航)。

功能安全和網(wǎng)絡安全

從 AUTOSAR 發(fā)展的最早階段開始，很明顯，車輛和人類都具有巨大的潛力，不僅可以互相服務，還可以互相傷害。提供自動駕駛或輔助駕駛功能可以極大地提高安全性，避免操作失誤，但車輛故障可能導致經(jīng)濟和健康損害，而惡意代理可以篡改汽車系統(tǒng)，竊取信息，甚至超越司機的意圖控制汽車。AUTOSAR分別依賴ISO-26262和ISO-21434國際標準來滿足安全和保安要求。

DDS 因其在航空航天與國防、能源和醫(yī)療保健等關鍵任務行業(yè)的廣泛部署，為汽車領域帶來了歷經(jīng)驗證的內(nèi)置功能和公認的標準。DDS 標準 API 和有線協(xié)議在保護措施、避免信息重復、損壞、亂序交付等方面已經(jīng)與 ISO-26262 保持一致。DDS 安全標準對此進行了擴展，提供了一個額外的安全層，包括保密、身份驗證 、訪問控制、不可否認性和日志記錄。

性能

隨著汽車功能的擴展，對其大部分（如果不是全部）子系統(tǒng)的計算需求也在增加。過去十年的媒體革命，車內(nèi)通信從最小信號分配躍升至富媒體（音頻和視頻）流媒體，另外豐富的二維和三維感知數(shù)據(jù)不斷傳輸和處理，高細節(jié)地圖按需通過互聯(lián)網(wǎng)流式傳輸。

高效分發(fā)大量數(shù)據(jù)的機制一直存在，但將它們集成到靈活、可擴展的系統(tǒng)中是一個更大的挑戰(zhàn)。AUTOSAR 面向服務的通信架構旨在在所有先前的特性（可擴展性、互操作性和安全性）和性能之間做出不妥協(xié)。用于事件/通知程序發(fā)布的零復制 API 和網(wǎng)絡綁定選擇的靈活性是 DDS 如何實現(xiàn)必要的性能以提供汽車（及其所有者）所需的多媒體體驗的兩個示例。

可以在設計、部署甚至運行時選擇高度專業(yè)化的網(wǎng)絡綁定，以利用高速進程間通信通道或硬件互連。DDS 本身就是一個分層架構，它提供了獨特的功能，可以使用單個網(wǎng)絡綁定在許多不同的傳輸（UDP、TCP、DTLS、TLS、共享內(nèi)存等）上進行通信。DDS 使用一組以數(shù)據(jù)為中心的協(xié)議，可無縫跨越平臺邊界并提供獨特的功能，例如監(jiān)控、調試、持久性、路由等。

參考：翻譯自外文文獻。侵刪。