基于PREEvision的SOA服务建模——DDS

随着汽车“新四化”的深入发展，电子电气系统越来越复杂，电子电气架构革新和拓展势在必行。汽车面向服务的架构（SOA）、基于模型的开发方式（MBD）、AUTOSAR和以太网等已成为电子电气架构的发展趋势。

DDS(Data Distribution Service)，是目前国防、航空等领域广泛应用的通信中间件技术，其核心规范有两个，分别是DDS specification和DDSI-RTPS specification。DDS specification定义了DDS的应用程序接口和基本行为，DDSI-RTPS specification定义了DDS的传输实现，目的是实现不同DDS产品的互操作性。除此之外，DDS在2017年发布了DDS-RPC规范，使得DDS能够基于发布-订阅模型实现远程过程调用(RPC)，满足SOA架构的需求。

PREEvision是汽车行业的分布式系统开发工具，主要面向需求工程、AUTOSAR系统、软硬件设计以及线束开发，覆盖电子电气设计全流程。PREEvision依托于模型开发方式，能够提供多人协同的工作环境，支持系统元素的抽象、分解和复用；对于多平台复杂车型的设计过程，提供变型管理、一致性校验、动态评估等一系列解决方案，帮助工程师提前发现设计缺陷，缩短车型开发周期。

图片来源Vector

汽车以太网凭借其带宽和时效性，成为车内首选网络技术。PREEvision支持符合AUTOSAR 标准的汽车以太网网络设计；支持采用基于信号的AUTOSAR Classic平台以及面向服务的AUTOSAR Adaptive平台；支持常见的以太网高层协议，如SOME/IP和DoIP；对于面向服务的以太网设计（SOA），支持定义服务接口和相应的软件组件。虽然PREEvision暂时不支持DDS协议，但是可以利用PREEvision的SOA Diagram来展现服务、服务接口以及各个参与者之间的依赖及关联关系，然后使用PREEvision的二次开发功能，导出我们想要的IDL格式文件，用于后续的开发使用。

服务的建模：

PREEvision以服务为导向的设计流程，可以提供SOA Diagram来展示服务和服务接口及其参与者之间的关联关系。

图片来源PREEvision demo

以下为SOA Diagram会使用到的构件及解释。

Service：在服务中，可以定义服务提供者、服务消费者和服务接口，一个服务可以由一个或多个服务接口组成。

Participant：参与者可以通过服务端口提供服务，也可以通过请求端口使用服务。

SOA Port：参与者通过端口进行通信。端口由Service的Service Provider / Service Consumer进行分类。端口上的圆圈表示与Service Provider的连接，半圆表示与Service Consumer的连接。

Service Provider：提供一个服务。

Service Consumer：消费一个服务。

Service Contract：表示兼容的SOA端口，这些端口可以相互通信。

Service Usage：服务消费者和服务提供者之间的连接。

SOA Port to Service/ Request：SOA端口与服务提供者或服务消费者之间的连接。端口上的圆圈表示与服务提供者的连接，半圆表示与服务消费者的连接。

Dependency： A Dependency can be set between:

Service Provider and Service Provider

Service Provider and Service

Service and Service Provider

Service and Service

设置服务接口的具体内容如下图所示：

图片来源PREEvision Manual

下图展示了一个例子：当开始下雨的时候，车辆天窗应该关闭：

图片来源PREEvision Manual

接口的建模：

类图可用于面向对象建模，并使用统一建模语言（UML）。在类图的帮助下，系统的不同方面可以被可视化、描述和记录。系统的结构可以借助classes、attributes、methods and relations来建模。此外，类图可以用于正向和逆向工程，可使用该图进行服务接口的设计。

图片来源PREEvision demo

Class：类代表一个对象，它可以是适用于你的系统的任何人、事物、概念等。

Interface：接口是类元素的特殊化，可以由几个类实现。通常，接口和类是通过实现连接起来的。

Property：Property描述类的属性，可以添加到类、接口或服务接口中。可以将数据类型分配给Property。此外，您还可以为Property创建一个Qualifier。

Method：Method描述类的操作，可以添加到类、接口或服务接口中。您可以为Method创建UML参数。

Parameter：Parameter是Method的子构件。

Event：Event描述了在某个时间点发生的一件值得注意的事情。您可以为服务接口创建Event。

Fire and Forget Method：Fire and Forget Method描述了服务接口的操作，可以添加到服务接口中。您可以为Fire and Forget Method创建一个UML参数。

Association：Association是两个类之间的连接。关联总是假定为双向的，这意味着两个类都知道彼此及其关系。

Realization：描述两个元素之间的关系，其中一个元素实现另一个元素指定的行为。例如，类实现接口提供的操作。

Generalization：描述两个类之间的继承。这意味着父类被认为是子类的Generalization。例如，父类person有两个子类student和professor。

数据类型的建模：

在类图中，可以对复杂的数据类型进行建模和可视化。建议仅为数据类型创建单独的类图，可使用该图对服务接口使用到的复杂数据类型进行设计。

图片来源PREEvision demo

以下展示了复杂数据类型的类图中能使用到连接方式：

Application Record Connection：使用一个Application Record Connection关联Application Record 和另一个Application Data Type。

Application Array Connection：使用一个Application Array Connection关联Application Array Type和另一个Application Data Type。

Application Type Implementation Type Mapping：使用Application Type Implementation Type Mapping来映射ADT和IDT。

Implementation Record Connection：使用一个Implementation Record Connection关联Implementation Record和另一个Implementation Data Type。

Implementation Array Connection：使用一个Implementation Array Connection关联Implementation Array和另一个Implementation Data Type。

通过以上3种形式的图形建模，可以完成从功能定义到功能实现的详细设计，将功能转换成一个个独立的服务，对每个服务进行服务接口和数据类型的设计，若该服务绑定SOME/IP协议，可使用PREEvision自带的导出功能导出ARXML文件。

若该服务绑定DDS协议，可使用PREEvision二次开发功能导出完成该功能所需的服务、服务接口以及接口所带的数据；运行Metric后可生成预先定义好格式的IDL/vCDL文件。

综上所述，通过使用 UML 进行汽车 SOA 服务设计，可以提高汽车软件系统的可理解性、可维护性和可扩展性。它有助于在汽车软件系统的开发过程中更好地组织服务、明确服务之间的关系以及满足不同角色的需求，从而推动汽车软件技术向更加智能、高效和可靠的方向发展。