SOME/IP有那么难吗？

￡神魔★判官ぃ 2023-02-18 14:09 17阅读 0赞

今天，我们将和大家分享一下汽车以太网中SOME/IP的概念。SOME/IP全称为Scalable Service-Oriented MiddlewarE over IP，也就是位于IP协议层以上的一种面向服务的可伸缩的中间件。听上去很拗口对不对？别急，接下来就让我们揭开它的“神秘面纱”。

首先了解SOME/IP在各种以太网通信协议中的位置，可查阅我们往期文章[《汽车以太网协议知多少》][Link 1]，其中，包含了对OSI七层模型的简单介绍。

## **服务和服务接口** ##

区别于传统CAN/LIN等总线面向信号（Signal-Oriented）的通信方式，SOME/IP用于面向服务（Service-Oriented）的通信，这也是以太网在汽车领域应用的最大优势所在。面向服务的通信传输是服务的相关信息，汽车以太网应用方面最重要的是面向服务的架构，简称为SOA（Service Oriented Architecture）。SOA的核心是服务，服务可以简单理解为是实现某种功能的函数或算法。至于面向服务通信与面向信号通信的具体区别，可查阅[《面向服务通信与面向信号通信》。][Link 2]

服务提供者作为服务端（Server），服务消费者作为客户端（Client），服务实现是借助于远程过程调用机制（RPC），客户端和服务端通过中间件进行信息的传输，而中间件是应用层软件和底层硬件之间的软件统称。

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数据路径中，服务接口（Service Interface）是描述服务与外界通信的接口。而SOME/IP作为中间件所打包的数据内容，也就是服务接口的内容。SOME/IP所对应的服务接口包含以下四种形式：

*  Method（方法）：客户端发送请求，服务端回复响应；是一种有问有答的对话方式；
 *  F&F Method（单向方法）：客户端发送请求，服务端不需要响应；是一种只问不答的对话方式；
 *  Event（事件）：客户端向服务端订阅一个事件，服务端向客户端发布该事件；当该事件发生时，服务端就会自动给订阅了该事件的客户端发送相关的通知（Notification），是一种类似于生活中订阅报纸期刊的方式；即订阅之后不用询问会主动通知的对话方式；
 *  Fields（字段）：是服务里一系列的属性值（Attributes），这些属性值可以通过设置器（Setter）、获取器（Getter）和通知器（Notifier）进行操作，可以理解成一组参数通过Method（Setter/Getter为Method的方式）和Event（Notifier为Event的方式）的组合进行操作。

## **SOME/IP格式** ##

SOME/IP协议在OSI七层网络结构中位于应用层，在AUTOSAR中位于BSW的服务层。从功能上讲，SOME/IP是一种将服务接口进行打包或解包的中间件：从应用层发送的数据（就是服务相关的信息以及前文提到的服务接口中的内容），按照SOME/IP的格式打包后，再传递到下层的TCP/IP层，再进行逐层打包和封装，最终通过物理层以比特流的形式进行传输；接收时则按照与打包相反的规则进行解包。

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SOME/IP报文由消息头（Header）和数据段（Payload）组成，消息头是按照固定格式排列的有效信息，这些有效信息包括报文ID、请求ID、协议版本、接口版本以及处理之后（序列化）的服务接口信息等内容。SOME/IP报文格式如下图所示。报文ID包括Service ID和Method ID，Service ID指的是Service本身的ID值；Method ID是指服务接口中的不同内容的ID，每个服务接口中定义的所有方法、单向方法、事件等都需要设置一个ID值；Session ID是从1开始增加的循环值，用于使得Request与Response相配对；Message Type主要分为请求、请求无响应、通知、响应、错误几种类型。

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## **SOME/IP SD** ##

SD（Service Discovery）是服务的信息清单及管理机制，也是一种服务，主要实现服务寻址及事件订阅两种功能。SD用来对服务进行寻址时，服务提供者（Server端）通过服务发现（SD）通知其他ECU（Client端）某服务可用，并间接地通知该服务的地址（Server端地址）；服务消费者（Client端）了解到某服务状态后，能够调用该服务的相关内容。SD用来事件订阅时，专门针对Event类型的接口，可以通过SD实现对Event所在的Event group进行订阅、停止订阅等操作。

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SOME/IP SD报文也是一种SOME/IP报文，是在SOME/IP报文的基础上进行了扩展，增加了Entry、Option等字段；SOME/IP SD报文的ServiceID（0xFFFF）、MethodID（0x8100）、Request ID（0x0000）、ProtocolVersion（0x01）、Interface Version（0x01）、MessageType（0x02）、ReturnCode（0x00）等属性都是固定值。Entry字段可以理解为服务实例的“入口”，该入口包含服务实例以及需要订阅的事件组的信息。服务提供者和消费者通过SD中的Entry实现提供服务、发现服务，以及订阅事件组的功能，即服务提供者可以告知其他节点服务的“入口”在哪里，服务消费者也可以通过该“入口”找到自己所需要的服务；也能够实现订阅事件组、取消订阅事件组等功能。

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Entry分为两种类型：面向服务（Service）的Entry和面向事件组（Eventgroup）的Entry，两种类型的Entry都是16字节大小。对于面向服务的Entry，可分为发现服务（FindService）、提供服务（OfferService）和停止提供服务（StopOfferService）；对于面向Eventgroup的Entry，可分为订阅事件组（SubscribeEventgroup）、肯定应答（SubscribeEventgroupAck）、否定应答（SubscribeEventgroupNAck）和停止订阅事件组（StopSubscribeEventgroup）。Entry字段格式和Type值如下图所示：

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Option字段用来传输Entry的附加信息，包括对于服务实例的IP地址、传输协议、端口号等有效信息。Option根据可变数据段内容，主要分为以下几种：

1）Configuration Option

2）Endpoint Option

3）Multicast Option

Configuration Option 包含的是字符串信息，可以用来表示主机名称、服务以及服务实例的名称等多种可以转化为字符串的信息；Endpoint Option又分为IPv4 Endpoint Option和IPv6 Endpoint Option，此类Option中会包含IP地址、传输协议（UDP或TCP）和服务端的端口号；Multicast Option分为IPv4 Multicast Option和IPv6 Multicast Option，此类Option中会包含组播IP地址、UDP协议以及组播端口号。每种类型的Option Type都有对应的Type值，Option字段格式和Type值如下图所示：

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“Entry入口”和“Option选项”的基本内容摆在这里，还是不太好理解，我们再来举个形象一些的例子。“入口”中定义的是一个服务的基本信息，就像一个人的姓名（Service ID）和单位名称（Instance ID）；而“选项”会有很多个，这里面每一个选项可以定义一个属性信息，比如这个人单位地址信息（e.g. IPv4 Endpoint Option）或邮箱地址（ConfigurationOption）或联系电话（Configuration Option）等内容。

如果是某一个车载智能摄像头节点，提供一个限速标志的智能检测服务，那应该如何体现呢？上电之后，该节点会主动广播发送一个“OfferService”的SD报文出去通知大家；通知的报文里，Entry上会注明该服务的ID，所在节点实例（Instance ID），所提供的服务的版本号等信息；同时Entry会附带一些Option，比如通过IPv4 Endpoint Option，告知大家该服务的Socket是多少，比如通过Configuration Option，告知大家该服务的秘钥信息。这样该节点就把服务的各种相关信息就通知给客户端了，哪个客户端需要这个服务，就会主动跟这个服务建立联系了。

## **SOME/IP应用** ##

除本文提到的SOME/IP的概念与报文格式、SD的概念与格式以外，SOME/IP还有序列化、UDP报文分段、通信数据库开发、通信仿真等内容，日后再慢慢展开。

SOME/IP相关参数的设计是汽车以太网面向服务的架构(SOA)设计中的主要设计内容，在本文中介绍的服务、服务的提供者、消费者、服务接口的各种方法、事件、字段等内容，以及文中未提到的TCP/IP通信中的配置信息，都是以太网SOA设计中的主要内容，因此对SOME/IP中各种参数的理解，对于整个架构和通信设计都非常重要。

随着汽车绿色智能互联的快速发展，对汽车运行时的高灵活性、车辆内部与外部服务的可关联、服务和软件的扩展与升级等需求都提出了更高的要求，此时面向服务架构（Service Oriented Architecture）的优势也变得越来越凸显。SOME/IP作为面向服务架构的通信基础，将会得到越来越多的应用。

以上为本次分享的内容。后续我们将继续与您分享更多关于汽车以太网技术的专题介绍。

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[Link 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMDgzOTg3Mg==&mid=2247484699&idx=1&sn=9967df0de5206f673dff31d7958cbcaf&scene=21#wechat_redirect
[Link 2]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMDgzOTg3Mg==&mid=2247484235&idx=1&sn=efabb111ccb552e2fdce0df2c167e836&scene=21#wechat_redirect
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