CN116028202A - 一种在soa架构下的车载中央计算机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，包括：多个算力扩展器，用于扩展车载中央计算机系统的计算能力；基板控制器，用于分配所述多个算力扩展器的计算能力；以及总线转接器，用于实现所述多个算力扩展器与所述基板控制器之间的通信连接，其中，所述算力扩展器包括以下的任意一项或者两项：一个或多个域控制器；以及一个或多个算力子板。根据本发明的在SOA架构下的车载中央计算机系统，不仅能够实现计算能力的扩展，还能够进一步实现计算能力的负载均衡。

Description

一种在SOA架构下的车载中央计算机系统

技术领域

本发明涉及计算机技术，具体涉及一种在SOA架构下的车载中央计算机系统。

背景技术

随着近年汽车产业的快速发展，尤其朝着智能化、网联化的方向转型升级。例如，在硬件方面，汽车电子电气架构快速更迭，由原来分布式低算力的ECU控制器网络向相对高算力的域控制器集中， 并且加入了车载以太网和PCIE等高速总线，大幅提升了数据交换速率。在软件方面，由原来的基于信号交换的软件架构（比较有代表性的如AUTOSAR CP）朝着SOA的软件架构（比较有代表性的如 AUTOSAR AP）演进。

另一方面，大量的智能化车载应用对汽车的算力提出了很高的要求。现有技术中的解决方案一般是根据车型来估计需要的算力，然后做硬件选型，一旦确定，几乎无法更改算力，这样，当有对算有更要求的应用需要加载时，或者应用变得越来越多时，由于无法对硬件做算例的扩充，系统将无能面对这样的情况。相反，当系统不需要当前规模的大算力时，系统也无法对硬件做算力的收缩，造成硬件资源的浪费。

发明内容

鉴于上述问题，本发明旨在提供一种能够对算力进行伸缩的车载中央计算机系统以及车载中央计算机系统的算力弹性伸缩方法。

再者，本发明进一步旨在提供一种能够对算力进行伸缩的同时能够实现负载均衡的车载中央计算机系统。

按照本发明的一方面的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，包括：

多个算力扩展器，用于扩展车载中央计算机系统的计算能力；

基板控制器，用于分配所述多个算力扩展器的计算能力；以及

总线转接器，用于实现所述多个算力扩展器与所述基板控制器之间的通信连接。

可选地，所述算力扩展器包括以下的任意一项或者两项：

一个或多个域控制器；以及

一个或多个算力子板。

可选地，所述算力子板以可插拔方式设置于所述车载中央计算机系统之中。

可选地，所述总线转接器为以下的任意一项或者两项：

以太网转接器；以及

PICE转接器。

可选地，对于所述算力子板上部署满足SOA架构的软件基础层并且服务层通信使用SOME/IP实现。

可选地，所述基板控制器包括：用于实现服务请求队列以及服务应答队列管理的服务引擎。

可选地，所述服务引擎接受来自外部的服务请求并将服务请求放入相应的服务请求队列中，由服务处理主体处理完成后，所述服务引擎将处理结果放入服务应答队列。

可选地，所述基板控制器进一步包括：用于基于所述算力子板的负载以及用户定义的规则将服务引擎弹性地部署到各个算力子板的负载均衡器。

可选地，所述负载均衡器将服务引擎通过K3S部署到各个算力子板并且向外提供统一的服务入口。

可选地，采用代理程序替换掉原有SOA架构下的服务程序，以将原有的SOA服务请求转发成Socket请求到所述统一的服务入口。

可选地，采用代理程序替换掉原有SOA架构下的服务程序，以接收来自所述统一的服务入口的应答信息。

可选地，所述基本控制器还用于动态检测到算力子板的数量以及状态信息。

按照本发明一方面的车辆，其特征在于，包括权利要求1-12任意一项上述的SOA架构下的车载中央计算机系统。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和系统所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。

图1是表示本发明一实施方式的车载中央计算机系统的结构框图。

图2是表示本发明一实施方式的车载中央计算机系统进行通信交互的示意图。

图3是表示针对服务引擎使用容器管理解决方案的示意图。

图4是表示服务引擎的一个示例的示意图。

图5表示本发明一实施方式的车载中央计算机系统中转发服务请求的一个示例。

具体实施方式

在本说明书中，参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本发明的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。

诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

下文参考根据本发明实施例的方法和系统的流程图说明、框图和/或流程图来描述本发明。将理解这些流程图说明和/或框图的每个框、以及流程图说明和/或框图的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以构成机器，以便由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令创建用于实施这些流程图和/或框和/或一个或多个流程框图中指定的功能/操作的部件。

在说明本发明的车载中央计算机系统以及车载中央计算机系统的算力弹性伸缩方法之前，先对将要出现的一些技术用语进行简单的说明和介绍。

（1）SOA

面向服务架构（SOA）是一个组件模型，它通常是将应用程序的不同功能单元（称为服务）进行拆分，并通过这些服务之间定义良好的接口和协议联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种各样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

（2）以太网

以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。

（3）PCIE总线

PCIE总线是一种通用的总线规格，它由Intel所提倡和推广，其最终的设计目的是为了取代现有电脑系统内部的总线传输接口，这不只包括显示接口，还囊括了CPU、PCI、HDD、Network等多种应用接口。

（4）SOME/IP

SOME/IP (Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP) 是车载以太网通信引入的一个概念。在以CAN总线为主的车载网络中，通信过程是面向信号的（除了诊断通信之外），这是一种根据发送者需求实现的通信过程，当发送者发现信号的值变化了，或者发送周期到了，就会发送信息，而不考虑接收者是否有需求。而SOME/IP则不同，它是在接收方有需求的时候才发送，这种方法的优点在于总线上不会出现过多不必要的数据，从而降低负载。

（5）IP

IP是Internet Protocol（网际互连协议）的缩写，是TCP/IP体系中的网络层协议。

（6）域控制器

域控制器( Domain controller，DC)是活动目录的存储位置,安装了活动目录的计算机称为域控制器。在第一次安装活动目录时,安装活动目录的那台计算机就成为域控制器,简称“域控”。域控制器存储着目录数据并管理用户域的交互关系,其中包括用户登录过程、身份验证和目录搜索等。一个域可以有多个域控制器。为了获得高可用性和容错能力,规模较小的域例如只需两个域控制器,一个实际使用,另一个用于容错性检查;规模较大的域可以使用多个域控制器。

（7）Docker

Docker 是一种容器技术，它是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的镜像中，然后发布到任何流行的 Linux或Windows 机器上，也可以实现虚拟化。容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

（8）Containerd

Containerd也是容器虚拟化技术，从Docker中剥离出来，形成开放容器接口（OCI）标准的一部分。Docker对容器的管理和操作基本都是通过Containerd完成的。Containerd是一个工业级标准的容器运行时，它强调简单性、健壮性和可移植性。Containerd 可以在宿主机中管理完整的容器生命周期：容器镜像的传输和存储、容器的执行和管理、存储和网络等。

（9）K3S

k3s 是一个轻量级 Kubernetes，它易于安装，二进制文件包小于 40 mb，只需要512MB RAM 即可运行。

以下对于本发明的的车载中央计算机系统进行说明。

图1是表示本发明一实施方式的车载中央计算机系统的结构框图。

如图1所示，本发明一实施方式的车载中央计算机系统包括：基板控制器100、以太网转接器200、PICE转接器300、域控制器400以及算力子板500。

其中，域控制器400以及算力子板500用于扩展车载中央计算机系统的计算能力。图1中的域控制器400以及算力子板500相当于权利要求中“算力扩展器”，但是“算力扩展器”不限于域控制器和算力子板，也可以是其他形式的硬件或软件，只要能够实现计算能力扩展即可。另外，关于域控制器400在图1中示出了两个，关于算力子板500在图1中示出了3个，在本发明中对于它们的个数不进行限定。

基板控制器100用于分配域控制器400以及算力子板500的计算能力。以太网转接器200、PICE转接器300用于实现域控制器400以及算力子板500与基板控制器100之间的通信连接。

图2是表示本发明一实施方式的车载中央计算机系统进行通信交互的示意图。

如图2所示，在发明一实施方式的车载中央计算机系统中，对于每个算力子板（包括域控制器）均需部署满足SOA架构的软件基础层，可选择但不限于AUTOSOSAR AP框架，服务层组件可选择但不限于使用SOME/IP。客户端的进程A通过调用SOME/IP将服务请求通过网络传输发送到服务端，服务端的进程B通过调用SOME/IP接收该服务请求并作处理后将服务应答通过SOME/IP返回给客户端。

对此，本发明的发明人发现：现有车载SOA架构中，通常中间件使用SOME/IP做服务请求与绑定，来自客户端的请求会绑定到某个计算节点的服务实例来进行处理，经常会面临负载不均的情况，即拥有某个服务实例的计算节点负载率已经很高，同时其他拥有相同服务实例的计算节点的负载率却很低，造成计算资源的浪费。因此，针对这样的问题，本发明中提出了以下的针对服务引擎使用容器管理的解决方案。

图3是表示针对服务引擎使用容器管理解决方案的示意图。

在发明的车载中央计算机系统进一步包括：负载均衡器。作为一个示例，负载均衡器可以设置于基板控制器中。负载均衡器用来将所有对应服务引擎的容器通过K3S部署到算力子板上，并且根据算力子板的负载以及用户定义的规则，将对应的服务引擎弹性地部署到各个算力子板上。而且，负载均衡器可以把相同的服务引擎同时部署到不同的算力子板上，通过统一的服务入口地址和端口号（VIP_PORT)向外暴露服务，并将IP和端口号通知Agent代理程序。具体地，如图3所示，服务请求通过统一的服务入口（例如服务入口地址和端口号VIP_PORT）到达负载均衡器，由负载均衡器进行流量分发，将流量分发给服务实例1、服务实例2以及服务实例3（这里的服务实例的个数仅是示意性表示）。

图4是表示服务引擎的一个示例的示意图。

为了将SOME/IP的服务引擎化，本发明的车载中央计算机系统进一步包括：以实现服务引擎化的服务引擎。作为一个示例，服务引擎块可以设置于基板控制器中或者说由基本控制器来实现。服务引擎化一般的做法是编写对应服务引擎程序，使其拥有原有服务程序的功能，同时支持Socket的并发服务请求，能够管理请求队列和输出队列，能够容器化（Docker， Containerd），并且可以部署运行在容器集群的编排管理工具如K3S 中。 如图4所示，服务引擎实现服务引擎管理，对服务请求队列、服务应答队列进行管理。服务引擎可以接受来自外部的socket服务请求，将服务请求放入相应的服务请求队列中，由服务处理主体处理完成后，将处理结果放入服务应答队列，并最终返回给客户端。

图5表示本发明一实施方式的车载中央计算机系统中转发服务请求的一个示例。

如图5所示，SOME/IP服务端的服务处理实体代理负责将来自客户端的SOME/IP请求转成相对应的Socket服务请求，将Socket服务请求发送到由K3S管理的算力集群的服务入口(VIP_PORT)，再由负载均衡器根据关联的算力子板的负载，选择负载率低的算力子板（也就是图5中的算力集群中的服务容器1、服务容器2、服务容器3）进行转发，从从而达到负载均衡的目的。

如上所述，在本发明中，能够通过使用容器技术（如Docker，Containerd）将依赖环境和服务引擎本打包成容器镜像，并且可以部署运行在容器集群的编排管理工具如K3S中。在SOME/IP的对应的原有服务处理程序中，嵌入代理程序，由代理程序处理客户端的请求转发与应答，并保留原有SOME/IP架构下服务发现与订阅等功能，并且将带有对应服务引擎的容器通过K3S部署到算力子板上，根据算力子板的负载和用户定义的规则，对应的服务引擎会被弹性地 部署到各个算算力子上，相同的服务引擎可以被同时部署到不同的算力子板上，通过统一的服务入口向外暴露服务。

而且，在本发明中，代理程序负责将来自客户端的 SOME/IP请求转成相对应的Socket请求，发送由K3S管理的容器服务集群的统一的服务入口，再由负载均衡器根据关联的算力子板的负载，选择负载率低的算力子板转发，由此实现负载均衡的目的。

以上例子主要说明了本发明的车载中央计算机系统。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (13)

1.一种在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，包括：

多个算力扩展器，用于扩展车载中央计算机系统的计算能力；

基板控制器，用于分配所述多个算力扩展器的计算能力；以及

总线转接器，用于实现所述多个算力扩展器与所述基板控制器之间的通信连接。

2.如权利要求1所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

所述算力扩展器包括以下的任意一项或者两项：

一个或多个域控制器；以及

一个或多个算力子板。

3.如权利要求2所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

所述算力子板以可插拔方式设置于所述车载中央计算机系统之中。

4.如权利要求1所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

所述总线转接器为以下的任意一项或者两项：

以太网转接器；以及

PICE转接器。

5.如权利要求3所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

对于所述算力子板上部署满足SOA架构的软件基础层并且服务层通信使用SOME/IP实现。

6.如权利要求5所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

所述基板控制器包括：用于实现服务请求队列以及服务应答队列管理的服务引擎。

7.如权利要求6所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

所述服务引擎接受来自外部的服务请求并将服务请求放入相应的服务请求队列中，由服务处理主体处理完成后，所述服务引擎将处理结果放入服务应答队列。

8.如权利要求7所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

所述基板控制器进一步包括：用于基于所述算力子板的负载以及用户定义的规则将服务引擎弹性地部署到各个算力子板的负载均衡器。

9.如权利要求8所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

所述负载均衡器将服务引擎通过K3S部署到各个算力子板并且向外提供统一的服务入口。

10.如权利要求9所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

采用代理程序替换掉原有SOA架构下的服务程序，以将原有的SOA服务请求转发成Socket请求到所述统一的服务入口。

11.如权利要求10所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

采用代理程序替换掉原有SOA架构下的服务程序，以接收来自所述统一的服务入口的应答信息。

12.如权利要求3所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统，其特征在于，

所述基本控制器还用于动态检测到算力子板的数量以及状态信息。

13.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-12任意一项所述的在SOA架构下的车载中央计算机系统。

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