經(jīng)過十多年的發(fā)展，敏捷軟件開發(fā)已經(jīng)從一種前衛(wèi)的開發(fā)方式轉(zhuǎn)變成為在各大軟件公司中被廣泛應(yīng)用的主流技術(shù)，變成了互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的一種潮流，而隨著軟件定義汽車等概念的興起，軟件在一輛汽車中的價值正在不斷增加。電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的背后都需要強(qiáng)大的軟件能力作為支撐，而軟件能力不僅體現(xiàn)在構(gòu)建出高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品上，同時還體現(xiàn)在軟件產(chǎn)品的快速迭代以滿足快速變化的市場需求的能力之上。這樣的變化無疑給汽車軟件開發(fā)帶來了新的挑戰(zhàn)，同時也帶來了巨大的機(jī)遇，新玩家紛紛入場，期望在軟件和用戶體驗(yàn)上贏得市場，而傳統(tǒng)的汽車制造商則正重新審視組織架構(gòu)、人才、流程、職責(zé)等方方面面以期適應(yīng)新的變化，成為軟件驅(qū)動的公司。
持續(xù)集成/持續(xù)發(fā)布（Continuous Integration andContinuous Delivery）是敏捷軟件開發(fā)中的核心過程，本文將從持續(xù)集成/持續(xù)發(fā)布角度探討汽車軟件開發(fā)過程中的代碼管理和發(fā)布流程。
傳統(tǒng)汽車軟件的開發(fā)流程
傳統(tǒng)汽車軟件開發(fā)大量依賴于供應(yīng)商，汽車制造商提出需求，由供應(yīng)商負(fù)責(zé)軟件編寫和實(shí)現(xiàn)。在過去十幾年的時間里，汽車電子器件的數(shù)量增長迅速，車內(nèi)電子控制單元（ECU）從十幾個增長到了上百個，帶來的是軟件復(fù)雜度的快速增加。除了汽車功能繁多所帶來的軟件復(fù)雜度，汽車電子類產(chǎn)品在軟硬上往往對設(shè)備的高可靠性、穩(wěn)定性有著嚴(yán)格的要求，這些要求在消費(fèi)電子類，甚至是醫(yī)療電子類和工業(yè)控制類產(chǎn)品上是沒有的。因此，為了滿足功能安全等要求，汽車的軟硬件往往需要做額外設(shè)計(jì)。面對這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，汽車行業(yè)制定了許多標(biāo)準(zhǔn)及方法論以規(guī)范開發(fā)過程，而在軟件開發(fā)過程中，最有名的是ASPICE（Automotive Software Process Improvement and CapabilitydEtermination）。
Automotive SPICE簡稱ASPICE，是ISO/IEC 15504（SPICE）國際標(biāo)準(zhǔn)在車用領(lǐng)域下的修改版本。其目的是為了評估汽車產(chǎn)業(yè)中，電子控制器供應(yīng)商開發(fā)的流程。
ASPICE 建立在 V 模型之上，它需要與每個開發(fā)階段相對應(yīng)的測試階段。 這是一個嚴(yán)格的模型，需要嚴(yán)格的評估以確保持續(xù)的評估和發(fā)展。下圖是ASPICE中定義的典型開發(fā)流程：
From: https://www.automotivespice.com
V 模型的左側(cè)包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、編碼；
V 模型的右側(cè)包括單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試、驗(yàn)收測試。
從上面可以看出，V模型是一種類似于瀑布式的開發(fā)模型，開發(fā)模型是線性的，制造商只有等到整個過程的末期才能見到開發(fā)成果。盡管在實(shí)際過程中，可以進(jìn)一步分解成更小的任務(wù)進(jìn)行驗(yàn)證，但階段的劃分依然比較固定，階段之間會要求大量的文檔。
敏捷開發(fā)的理念
傳統(tǒng)裝載在汽車上的軟件往往一旦賣出，就不會再變更，升級需要去線下4S店完成。在這樣的情況下，基于V模型進(jìn)行軟件開發(fā)有利于需求和過程管理，明確范圍和進(jìn)度。不過，這樣的情況正在發(fā)生變化，一方面，消費(fèi)者對新技術(shù)越來越感興趣，特別是與用戶有直接交互的信息娛樂系統(tǒng)或者是智能駕駛功能，用戶希望功能不斷地完善，獲取新的技術(shù)不用換一臺新車；另一方面，隨著車內(nèi)固件升級（FOTA）和應(yīng)用軟件升級（SOTA）技術(shù)的成熟，汽車制造商已經(jīng)有可能在遠(yuǎn)程完成軟件的更新。軟件和硬件的開發(fā)過程正在逐步解耦，軟件需要實(shí)現(xiàn)小步快跑，不斷迭代。這個時候，汽車軟件的新老從業(yè)者們開始思考如何改變，是否能在汽車行業(yè)中應(yīng)用敏捷開發(fā)的理念或者是將敏捷開發(fā)與傳統(tǒng)的開發(fā)模型進(jìn)行結(jié)合。目標(biāo)是獲得效率和質(zhì)量的平衡。
與傳統(tǒng)計(jì)劃驅(qū)動的開發(fā)相比，敏捷開發(fā)有兩個核心理念：
1. 自適應(yīng)的而不是預(yù)測的；
2. 以人為本而不是流程為導(dǎo)向的
計(jì)劃驅(qū)動的工程期望在開發(fā)之前提出一個預(yù)測計(jì)劃。該計(jì)劃列出了整個項(xiàng)目的人員、資源和進(jìn)度。軟件設(shè)計(jì)也是預(yù)先完成的，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)與此設(shè)計(jì)一致。成功的衡量標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)展遵循這個計(jì)劃的程度。
敏捷計(jì)劃是用來幫助控制變更的基線。敏捷團(tuán)隊(duì)的計(jì)劃與傳統(tǒng)團(tuán)隊(duì)一樣仔細(xì)，但計(jì)劃會不斷修改以反映在項(xiàng)目中學(xué)到的東西。成功取決于軟件提供的價值。
計(jì)劃驅(qū)動的工程尋求一種結(jié)構(gòu)以將個體差異減少到微不足道的程度。這樣的工業(yè)流程更具可預(yù)測性，在人員轉(zhuǎn)移時能夠更好地應(yīng)對，并且更容易定義技能。
敏捷工程將軟件開發(fā)視為人類活動，其中涉及的人員以及他們?nèi)绾巫鳛橐粋€團(tuán)隊(duì)是成功背后的主要驅(qū)動力。
持續(xù)集成
在敏捷開發(fā)的理念（原則）之下的有力實(shí)踐是持續(xù)集成和持續(xù)交付（CI/CD）的軟件產(chǎn)品（有的制造商也同樣在探索硬件產(chǎn)品敏捷開發(fā)的可能性）。持續(xù)集成和持續(xù)交付的重要特點(diǎn)是自動化、不斷構(gòu)建，下圖是敏捷開發(fā)的主要過程：
（From：https://faun.pub/most-popular-ci-cd-pipelines-and-tools-ccfdce429867）
持續(xù)集成和持續(xù)交付需要快速完成計(jì)劃、編碼、測試、發(fā)布的循環(huán)，持續(xù)集成和持續(xù)交付并不是畫成“圓”的V模型，自動化的測試和自動化的發(fā)布是不可或缺的組成部分。而這一過程應(yīng)用于每一次提交，意味著每一次代碼的提交、合并都會經(jīng)過自動化的測試，成為一個新的發(fā)布版本。為了效率的考量，可在提交合并和版本發(fā)布時，進(jìn)行不同程度的測試。重要的是持續(xù)獲得版本，為進(jìn)一步驗(yàn)證和最終交付給用戶提供有力支持。
為了完成這樣快速的發(fā)布，CI/CD本身也成為了一個復(fù)雜的軟件產(chǎn)品，需要專業(yè)的軟件團(tuán)隊(duì)進(jìn)行維護(hù)，編寫大量代碼以實(shí)現(xiàn)各個任務(wù)的調(diào)度，集成多個工具鏈以提高整個過程的效率。而這也是汽車制造商實(shí)現(xiàn)敏捷軟件開發(fā)轉(zhuǎn)型的一個挑戰(zhàn)。在過渡期間，往往會因?yàn)楣ぞ哝湹牟怀墒於绊懏a(chǎn)品的開發(fā)效率，甚至于忽略必要的自動化測試和反饋，使產(chǎn)品的質(zhì)量出現(xiàn)問題。
代碼分支模型
持續(xù)集成和持續(xù)交付的落地過程中，需要考量不少因素，包括但不限于工具鏈的選擇、流程的制定、服務(wù)器的搭建等等，而代碼分支模型的選擇是持續(xù)集成團(tuán)隊(duì)和軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)需要在早期進(jìn)行定義并共同遵守的一項(xiàng)規(guī)范，下面將對持續(xù)集成過程中代碼分支模型的選擇進(jìn)行探討。
分支模型是軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)通過Git 等版本控制系統(tǒng)編寫、合并和交付代碼時采用的策略。好的分支模型增強(qiáng)了軟件交付過程中的協(xié)作、效率和準(zhǔn)確性。 它定義了團(tuán)隊(duì)如何使用分支來實(shí)現(xiàn)并發(fā)開發(fā)。
良好的分支模型往往可以達(dá)到以下目標(biāo)：
1. 對持續(xù)集成的良好支持。
2. 確保高頻率的集成。關(guān)于高頻率集成的優(yōu)勢，大家可以閱讀Integration Frequency進(jìn)一步了解。
3. 減少合并沖突和處理沖突的成本（在開發(fā)過程中，處理大量合并沖突是開發(fā)人員非常頭痛的問題，并且很容易發(fā)生錯誤）。
比較常見的分支模型有：Git-flow、GitHub Flow、GitLab Flow和Trunk-based development。
在持續(xù)集成中，使用Trunk-baseddevelopment是一個常見的選擇，下面簡單介紹一下各個分支模型的特點(diǎn)。
Trunk-based development
Trunk-based development (TBD) 是基于主干開發(fā)是一種分支模型，所有開發(fā)人員每天都將他們的更改直接集成到共享主干（trunk或master）中。 理想情況下，主干始終處于可發(fā)布狀態(tài)。
下圖說明了 TBD 的基本流程：
（From:https://trunkbaseddevelopment.com/#scaled-trunk-based-development）
基于主干開發(fā)的典型策略如下：
1. 開發(fā)基于主干，沒有長期存在的功能分支（feature branch）。 如果需要功能分支，它應(yīng)該是本地的或短期的，并在幾天內(nèi)合并到主干；
2. 主干應(yīng)保持健康且可發(fā)布的狀態(tài)；
3. 發(fā)布分支（release branch）從主干中“即時”檢出（checkout）（例如發(fā)布前 2 周）并在發(fā)布之前凍結(jié)（例如發(fā)布前 1 周）；
4. 修復(fù)應(yīng)該首先上傳到主干，然后cherry-pick到發(fā)布分支（這有助于確保主干中包含所有修復(fù)并避免回退）。
TBD非常適合持續(xù)集成，持續(xù)集成的流程可以在主干上運(yùn)行，對每次提交進(jìn)行驗(yàn)證，在代碼成功合并后進(jìn)一步生成交付物。發(fā)布分支是為了更好的管控產(chǎn)品的質(zhì)量，因?yàn)閷?shí)際過程中，盡管主干經(jīng)過驗(yàn)證，但缺少凍結(jié)過程，新的提交容易造成意想不到的問題，發(fā)布分支的存在有效地控制了這一影響。在發(fā)布分支檢出后，同樣可以與主干一起進(jìn)行持續(xù)集成和交付。
使用TBD的主要挑戰(zhàn)是當(dāng)有體量較大的新特性需要開發(fā)時，高頻的集成會比較難做到，開發(fā)人員需要額外的工作（如使用標(biāo)志位等方式），避免不完整的功能在產(chǎn)品中運(yùn)行。
Git Flow
Git Flow模型背后的主要思想是將工作隔離到不同類型的分支（main, develop, feature, release, hotfix）。 主干分支和開發(fā)分支都是長期存在的。下圖是Git Flow的典型流程：
（From:https://docs.gitlab.com/ee/topics/gitlab_flow.html#git-flow-and-its-problems）
雖然Git Flow使開發(fā)、修復(fù)、發(fā)布分支很清晰，但很難在采用Git Flow的工程項(xiàng)目上進(jìn)行持續(xù)集成，main和develop分支都是長期存在的，且隨著時間的增加，兩者可能會有越來越大的差異，難以形成自動化的集成交付閉環(huán)。
GitHub Flow
GitHub Flow 對Git Flow進(jìn)行了改進(jìn)。開發(fā)人員使用功能分支（feature branch）并定期將其功能分支推送到主干。 發(fā)布通常是直接從主干完成的。每個開發(fā)人員都會創(chuàng)建一個新分支，即功能分支。 功能分支在功能完成后合并到主干。
GitHub Flow對持續(xù)集成有良好支持的，但功能分支可能會存在較長的時間，從而影響軟件集成的頻度。
另外，GitHub Flow的概念中并沒有發(fā)布分支，發(fā)布直接從主干進(jìn)行，會對軟件的質(zhì)量的管控帶來更大的挑戰(zhàn)。
GitLab Flow
GitLab Flow在GitHub Flow的基礎(chǔ)上增加了發(fā)布分支（release branch），對持續(xù)集成有良好的支持，也可以對需要發(fā)布的產(chǎn)品提前進(jìn)行凍結(jié)以更好的管理質(zhì)量。它和TBD的主要區(qū)別是在模型的理念上，TBD更加鼓勵高頻率的代碼合并和集成。
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