入门车载以太网(5) -- SOME/IP 协议

1. SOME/IP 概述
2. 服务和服务接口

2.1 Method
2.2 Event 
2.3 Field
2.4 接口示例

3. SOME/IP 报文格式
4. SOME/IP SD
5.小结

1. SOME/IP 概述

在入门车载以太网(4) -- 传输层(TCP/UDP 它来了)里，我们了解到，在当前汽车领域数据通信方式主要有两种：

Signal-Oriented Communication，面向信号的通信，例如 CAN、LIN、FlexRay 总线，发送方会周期或者在数据更新时发送信息，不管网络中的接收节点当前是否需要这些数据。；
Service-Oriented Communication，面向服务的通信，服务请求方Client 只需要发送 SID 来调取各种功能服务，服务提供方 Server，根本不关心服务内部是如何实现。这种情况下，服务都有一个唯一且互不影响的 ID 号，通过服务中间件完成自身发布、订阅其他服务和通讯工作，例如 SOME/IP，很明显，这种通信方式只有在网络中至少有一个接收节点需要数据时，发送节点才会发送数据，网络总线负载可控。

在面向服务的通信中，我们提到了服务中间件的概念，中间件运行在操作系统和应用软件之间，为应用软件提供运行环境，起到“承上启下”的作用。举个例子，假设两个不同操作系统的 ECU（QNX、Linux）想要相互通信，可以设计一个“中间件”，用来管理不同软件之间的数据交互，这使得应用软件开发者就不用去关心底层的通信，不同软件单元之间的“墙”变得透明。我们今天聊的 SOME/IP 协议理论上是一种中间件。

SOME/IP，全称 Scalable Service-Oriented MiddlewarE over IP，基于IP的面向服务的可扩展的中间件，在 2014 年被纳入 AUTOSAR 规范，在车载以太网架构中提供面向服务的通信接口。它在车载以太网模型中位于应用层(Layer5~7)，作为客户端(client)和服务端(Server)之间的通信方式。

SOME/IP 协议的设计支持多种操作系统，甚至在没有操作系统的嵌入式设备上也可以使用，例如 T-BOX、摄像头、符合AUTOSAR 架构的 ECU 等等，它有如下功能：

序列化和反序列化：将数据结构转换成二进制串或者将二进制串转换为数据结构，这样有利于数据的高效传输；
远程过程调用 (RPC)：支持跨网络的服务或过程调用，实现不同 ECU 之间的紧密协作；
服务发现：客户端寻找所需的服务，服务端告诉网络节点自己提供哪些服务，这是一个动态过程，有了服务发现(SD)方便后续功能的扩展，系统更加灵活；
发布和订阅：动态配置哪些数据是需要的，哪些数据应该发送到客户端；
UDP 消息分段：允许在 UDP 上传输大的 SOME/IP 消息，而不需要在 IP 层分片。

值得一提的是，根据 AUTOSAR 标准要求，该协议的缩写只能为 SOME/IP，Some/IP 这类似的均是错误的。

2. 服务和服务接口

服务(Service)：是一个离散的功能单元，可以远程访问、独立更新，更具体一点，服务对消费者是一个黑盒的功能单元，使用标准接口进行通信，本身包含一种或者多种功能，可重用、无状态。

服务接口则是访问服务具体功能的手段，在 SOME/IP 中服务接口主要由三种类型组成：Methods(方法)、Event(事件)、Fields(字段)。

2.1 Method

远程过程调用（RPC）的一种形式，客户端可以调用服务端的函数或程序，在 SOME/IP 中，方法又分为两种形式：

Request/Response：客户端发送请求，服务端处理请求后返回响应
Fire & Forget：客户端发送请求，但不需要服务端的响应

2.2 Event

Event（事件）是一种单向通信机制，客户端订阅这些事件，服务端向客户端发送通知，就像公众号一样，一旦订阅了，就会收到该公众号的推送。而这个推送，可以是周期性发送，也可以是有变化或者更新后发送，就像我这几天断更一样。通讯模型为 Publish/Subscribe。

2.3 Field

在面向对象编程里，Field 字段是类的成员变量，表征一个状态、具有有效值。一旦声明为私有变量，则只能在类的内部被访问或者修改，那么就需要对外提供获取\、设置值的一种方法，即 Setter 和 Getter；此外，Fiels 还需具备通知的方法，即 Notifier。

AUTOSAR_PRS_SOME/IP Protocol 规定 Fields 至少一个 Setter、一个 Getter 和一个 Notifier。

Setter 和 Getter 的通信示例如下：

从上图可以看到，客户端可以通过 Setter/Getter 去设置/获取某一属性和状态的值，因此，理论上它也是一个 Request/Response 类型的方法。

Notifier 的通信示例如下：

与 Event 类似，客户端订阅该字段时，服务器应立即发送一条事件消息将该字段的值传输给客户端，后续字段里的值发生变化时发送，无法像 Event 一样周期性发送。不过 Field 是一个持续存在的变量，比如车速、环境温度等，这些可以在任何时刻获取，也有历史数据；而 Event 指的是一个事件，事件没有发生就不存在。

2.4 接口示例

因此，在 SOME/IP 里，服务接口主要就是两类：Method 和 Event；

Method(方法)：Request/Response，Fire & Forget，Setter/Getter Fields；
Event(事件)：Publish/Subscribe Event、Notifier Field

下图为怿星科技提供的服务接口示例：

摄像头检测服务标志本身是一个服务，服务提供者是一个智能摄像头控制器，服务消费方例如 ADAS 控制器，需要使用检测限速标志这个服务；

摄像头控制器的服务接口包括

R/R Method：摄像头状态检测，ADAS 查看摄像头状态，因此需要Response；
F&F Method：ADAS 通知摄像头：我下线了
Field：限速值、距离等等，可通过 Setter、Getter 设置或者获取，当值发生变化时，通过 notifier 进行通知；
Events：ADAS 订阅了该事件，当检测到限速标志时，摄像头主动向 ADAS 发起 event。

3. SOME/IP 报文格式

SOME/IP 在车载以太网中位于应用层，封装和解封装流程如下：

SOME/IP 整体报文格式如下：

每个位域的解释如下表所示：

值得一提的是 Message Type 这个位域，前面提到的 R/R method、F&F method，event 就是利用该位域表征，具体如下：

当客户端发起一个 R/R method，该位域为 00，如果是 F&F method，该位域为 0x01；

紧接着 Return Code 则表示对请求的处理，例如 0x00（E_OK）,0x06（Timeout）等。

4. SOME/IP SD

我们知道在网络互联的背景下，服务并不完全是静态配置，前面我们了解到SOME/IP 的工作过程，但是客户端 Client 如何发现 Server 提供的服务并订阅？

这就需要 SOME/IP SD(Service Discovery)。本质上，SOME/IP SD 是一种特殊服务，主要用于实现服务发布订阅。服务器可以发送“Offer Service”向网络发布自己能提供的所有服务，客户端可以发送"Find Service"来订阅所需服务。

具体讲，SOME/IP SD 功能主要分为

服务寻址
- FindService
- OfferService
- StopOffer Service
订阅事件
- Subscribe Event groupAck
- Subscribe Event group
- Subscribe Event groupNack
- StopSubscribe Eventgroup

具体通信模型如下所示：