基于INTERWORK VDE的SOME/IP通信设计

一、前言

在前期的文章​​《基于Enterprise Architect的SOA开发方法》​​中介绍了使用MBSE开发SOA架构的方法，通过需求分析、功能设计、模块设计过程定义Service以及Service Interface,接下来的Ethernet通信设计过程需承接上游服务设计的内容，进行数据链路层（MAC+VLAN）、网络层（IP）、传输层（UDP/TCP Port）以及应用层（SOME/IP、SOME/IP-SD）的参数定义，并最终导出ARXML文件输入下游软件开发团队，对于ARXML文件的生成方法行业内目前大概的方式如下：

• ​通过对Enterprise Architect进行二次开发，可基于文档生成器导出服务矩阵，然后再使用第三方插件将SOME/IP服务矩阵转换为ARXML文件，从而导入Matlab生成应用层开发的SWC模型；

• ​直接从Enterprise Architect导出XMI文件，然后将XMI格式文件导入下游通信设计工具比如INTEWORK VDE，从而进行Ethernet通信设计，并可导出AP XML文件及CP XML文件，从而导入Matlab生成应用层开发的SWC模型。

图1：Enterprise Architect XMI文件导出

二、SOME/IP通信设计

本文主要介绍的就是第二种方式，其基于Enterprise Architect+INTEWORK VDE的工具链实现了SOA架构的完整开发，如下图2所示，通过将Enterprise Architect导出的XMI文件导入VDE工具，从而形成了Service Library以及DataType Library并根据服务的部署关系自动创建Ethernet Node和Provide Service Instance和Consumer Service Instance.

图2：EA导出XMI文件导入VDE

2.1 服务参数定义

将XMI文件导入VDE后，会根据配置文件自动设置默认参数，例如Service ID、Element ID、Instance ID、Port number、Mac Address、Netork Address、Network Mask等，通信工程师可使用默认参数或根据实际需要修改默认参数。服务定义页面共有General、Method、Event、Field和EventGroup五个标签页：

• ​General标签页：主要用于定义Service Name、Service ID、Service Description;
• ​Method标签页：可以定义Element Name、Element ID（0x0001-0xFFFE）、RR/FF、Protocol(UDP/TCP)、Parameter Name、Datatype、Direction(IN/OUT/INOUT)、Comment；
• ​Event标签页:可以添加多个Event类型的接口，并定义Element Name、ElementID、Protocol、Trigger（Cycle/trigger）、Period、Threshold Value、Parameter Name、Data Type以及Comment；
• ​Field标签页：可以添加多个Field类型的接口，并定义Element Name、Protocol、Getter/Setter/Notifier、ElementID、Trigger、Period、Threshold Value、Parameter Name、DataType以及Comment；
• ​EventGroup标签页：可定义EventGroup Name、EventGroup ID, 并选择当前Service下的Event和Notifier添加到对应的EventGroup.

图3：Service定义界面

2.2 VLAN定义

VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN再逻辑上划分为多个广播域的通信技术，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间则不能直接互通，从而避免冲突严重、广播泛滥的问题，从而提升网络通信质量。如图4为VLAN MAC帧的帧结构，在目标物理地址和源物理地址后跟4个字节的VLAN Tag,其包含如下3个部分：

• ​PRI(3bit):帧优先级，就是通常所说的802.1p;

• ​CFI(1bit)：规范标识符，0为规范格式，用于802.3或Ethernet II以太网帧

• ​VLAN ID：就是VLAN的标识符ID；

图4：MAC完整帧结构

如图5位VDE的VLAN定义界面，且包含两个标签页：

• ​General标签页：定义VLAN Name、VLAN ID(2字节，大小范围为0x0000-0x00FF)、VLAN Prority(优先级范围0-7)；

• ​SD Address标签页：用来添加服务发现地址，

图5：VLAN定义界面

2.3 以太网节点定义

在以太网网段下可以添加以太网节点，Node编辑界面有General、Network Addrss和Port Config三个标签页：

• ​General标签页：定义Node Name，Mac Address；
• ​Network Address标签页：定义ECU的IP地址以及子网掩码；
• ​Port Config标签页：一个ECU可以有多个端口，ECU是通过Port和VLAN关联，通常一个端口可以与多个VLAN进行关联，定义Port以及对应的Network Address 和VLAN；

图6：Ethernet Node 定义界面

2.4 添加Service Instance

Service Instance 是对Service的实例化，包含Provide Service Instance和Consumed Service Instance,Provide Service Instance是指提供端服务实例的部署，Consumed Service Instance是指消费端服务实例的部署。每个ECU Node可以提供多个服务实例和消费多个服务实例，每个ECU不能消费自己提供的服务实例，只能消费处于同一个VLAN下的其他ECU提供的服务实例。

图7：Service Instance 编辑界面

编辑Service Instance界面包含如下内容：

• ​Provide Service Name:不可编辑，与添加的service名称一致；
• ​Service ID:不可编辑；
• ​Protocol：为Service中指令所拥有的所有协议类型，TCP、UDP和TCP/UDP，不可编辑；
• ​Instance ID：长度一个字节，大小范围0x00-0Xff,通过Instance ID区分不同ECU提供的Service；
• ​Port Number:端口号，大小范围是0-65535；
• ​VLANID：选择该Service Instance要添加到那些VLAN下，可供选择的VLAN为当前ECU已经添加的VLAN，可以同时选择多个VLAN。

在ECU下面添加Consumed Service Instance时，可供选择的Service Instance为与当前ECU处于统一VLAN下的其他ECU提供的Provide Service Instance,并且Provided Service Instance所选择的VLAN也包含当前ECU所在的VLAN。

2.5 ARXML文件导出

在完成上述设计工作后，可以整个Etherne网段或ECUNode为单位导出ARXML文件（AP XML、CP XML），并导入下游Matlab Simulink创建SWC接口。

图8：VDE导出ARXML文件导入Simulink

三、总结

上述介绍的Enterprise Architect+INTEWORK VDE+Matlab Simulink工具链覆盖了SOA架构设计主要工作，从而使各阶段的开发输入输出能够有效衔接，避免了传统文档传递的过程，实现数据复用、数据一致性，另外本文介绍的INTEWORK VDE工具不仅支持XMI文件导入以及ARXML文件导出，同时支持传统CAN、CANFD、LIN以及J1939的设计工作，并可方便的实现EXCEL通信矩阵、DBC、LDF、ARXML等各种格式文件的导入以及导出，满足上下游不同业务的需求。

文章转载自公众号：汽车电子与软件