嵌入式軟件正加速當今汽車的連接和創新
Mentor Graphics近日發布一份題為《嵌入式軟件正加速當今汽車的連接和創新》的研究報告。
汽車工業正在呈現不可思議的變化。提到當今現代化的汽車不得不說消費者和汽車代工廠商同樣都在適應這個千變萬化的時代。毫無疑問，汽車制造商面臨的挑戰是如何滿足消費者期望在車內獲得豐富的多媒體體驗。汽車制造商最為關心的是如何構建安全平臺、滿足車內外連接的需求。由于還要遵守嚴格的安全規定和要求，解決這些挑戰的難度又進一步變大。
在當今車輛生產當中嵌入式軟件的數量和價值仍在繼續增長。通過仔細使用行業標準和開放源碼軟件來節約開發成本已經變得比以往任何時候都重要，Mentor Graphics 正在為二級供應商設定新標準、幫助一級廠商及其汽車代工廠商滿足生產時間的要求。
代工廠商要想獲得成功和保持領先就必須注意幾個趨勢。首先，當下有一個目標是將過去不同領域和時期的車內體驗整合到一起。這一目標主要是受汽車以類似消費電子設備的方式運行和反應的期望所推動。此外，車輛電氣化產生了大量關于車內和車外的數據。通常需要對這些數據加以實時的整合、處理，并轉換成可采取行動的形式向車內的人呈現，進一步強化采取整合解決方案的必要性。
最后，由于代工廠商設計和構建滿足無數預設安全和品質門檻的車內體驗，成本問題較以往變得更加至關重要。挑戰就是實現創新的同時能降低研發成本。在這個大背景下，嵌入式軟件在快速興起的汽車電子應用領域發揮主導作用就毫不奇怪了。
整合的車內體驗跨越不同領域
汽車電子在不斷進步，從不需要嵌入式操作系統的簡單的電子控制單元 (ECUs) 到如今可能需要多個操作系統的復雜的多功能電子控制單元。過去，嵌入式操作系統被當作獨立分開的個體，但由于性能和安全的原因，這種情況將不復存在。操作系統是當下車輛最重要的元件，直接影響安全、安保和車內外設備、路邊基礎設施、云或外部其它車輛的連接性。
車內連接的需要涉及各種各樣的物理網絡間的通信。以太網 (Ethernet)、以太網音視頻連接 (eAVB)、汽車音頻總線? (A2B?) 和無線解決方案這類更強的技術對傳統車內網絡技術起到了增補作用，如控制器局域網總線 (CAN)、FlexRay 和局域互聯網絡 (LIN)。為控制線路復雜性個人網絡的設計通常是以特定應用程序的需求為導向，將連接不同車輛領域的網關電子控制單元聯系在一起。強大的片上系統 (SoC) 和軟件系統的結合讓汽車制造商能考慮新的合并的系統架構。這方面的一個例子是，一個聯合車載信息娛樂系統 (IVI) 和駕駛員信息駕駛艙不僅顯示信息娛樂選項，還疊加來自不同信息源的車輛運行數據，如速度、引擎狀態、安全指針（車道偏離警報系統 (LDWS) 數據）等。
電子控制單元和模塊整合
聯網車輛擁有比以往任何時候都多的基于電子控制單元的功能。豪華車使用的電子控制單元已經超過100個，下一個趨勢將是從8-16位微控制器向32位基于微處理器的片上系統、再向多核基礎架構遷移。這只有在復雜的片上系統的硬件成本繼續下降而硬件性能和能力不斷變好的情況下才有意義。
隨著電子功能的增多，模塊整合的必要性變得更加明顯。新的電子控制單元被添加到汽車架構上后就出現了一系列的問題。車輛線束的復雜性和重量增加了。車內出現越來越多的電子控制單元也將使標準化越來越受重視。隨著硬件平臺的發展，重新設計軟件或重新構建系統以便在模塊之間移動或整合功能性就成了新的挑戰。合作關系如汽車開放系統架構 (AUTOSAR) 在為各種汽車軟件架構創造和建立開放標準以解決這類問題方面表現不凡。汽車代工廠商、電氣供應商、芯片制造商和軟件公司均是AUTOSAR 的成員。
連線信息娛樂
現代汽車的信息娛樂系統擁有比以往任何時候都多的功能互動，所以連通性的概念非常廣泛。現代信息娛樂系統是駕駛者和乘客指揮和控制車上各種數據的生成和發布的駕駛艙。信息娛樂系統需要連接到車輛網絡以便從多個電子控制單元收集數據，并報告自己的狀態。從外部來講，有連接智能設備的期望，這些越來越多地通過應用程序和技術，如蘋果 CarPlay (Apple CarPlay)、谷歌安卓汽車 (Google Android Auto)、MirrorLink 實現。隨著無人駕駛汽車的出現，信息娛樂功能現在還必須與其他車輛和外界連接。毫不奇怪，通常在車頭單元的信息娛樂系統已成為眾所周知的汽車的大腦。
鑒于這種對職責和功能的期望，嵌入式系統構成的駕駛艙是一項關鍵技術。Mentor Graphics 已經向一個名叫 Connected OS? 的概念投資，包括能極大地提高車內體驗的下一代解決方案所需的多層集成和連接（圖1）。
圖1：連線操作系統 (Connected OS) 的軟件平臺和開發工具高級視圖。
創新跟上消費電子變革的速度
Connected OS 軟件擁有一個模塊、一個帶增強板支持包 (SuperBSP) 的基于 GENIVI 的 Linux 平臺和一個優化的中間件層 (OPTstack)。箱外，該開箱即用的軟件平臺提供關鍵技術，如快速啟動、即時和優化音頻/視頻功能--構建先進的汽車應用程序所必需的功能。這方面的一個例子是，緊密集成的 Connected OS 架構可使系統快速啟動并激活早期的音頻和視頻功能，這些對滿足帶備份相機的信息娛樂系統的要求來說至關重要。
此外，Connected OS 針對新興的網絡技術擁有中間件支持，如 eAVB、A2B 等。事先整合的 (eAVB) 軟件棧在開發低延遲時間和實時通信的應用方面特別有幫助，如在 ADAS 中的應用（圖2）。除此之外，支持 eAVB 這類協議加上視頻處理專長讓基于 Connected OS 的系統擁有如后座娛樂 (RSE) 這類功能。Connected OS 中的 eAVB 棧按 IEEE AVB 標準開發并符合 AVnu Alliance 要求。支持的 IEEE（美國電氣和電子工程師協會）安裝包括：IEEE 802.1AS、802.1Qat、802.1Qav、1722.1和1733。同樣的，Connected OS 中的對 A2B 軟件棧的支持讓汽車制造商能以更低的系統價格開發音頻網絡，同時提高車內音頻體驗。
Connected OS 作為一個基于軟件的解決方案可定制程度高，為汽車制造商提供創新的靈活性和為不同車款和車齡分類。
圖2：一個針對IVI和ADAS應用的基于eAVB的網格經典案例。
管理成本的同時實現安全和品質目標
安全和安保一直是汽車廠商考慮的重中之重，隨著無人駕駛汽車的出現，已經出現更多的可為黑客和任何外界干擾源利用的無線“攻擊表面”。車輛架構的每一個層次都應考慮安保，從硬件到嵌入式軟件、應用程序和人為因素。軟件缺陷應盡可能地降到最低，繼續開發對與安全息息相關的軟件的詳盡測試策略。通過細心劃分，很難完全被驗證的與安全息息相關的元素可被分開并利用更為復雜的系統分別驗證。Mentor Graphics 已經引進了一個重要軟件混合的一體儀器集群解決方案，這讓經驗證的與安全息息相關的圖形指示器與豐富的3D圖形在一個單一的顯示屏上整合起來（圖3）。這些與安全息息相關的圖形在一個安全的硬件區運行并在一個單獨的通過安全認證的 Nucleus? SafetyCert? 實時操作系統 (RTOS) 上運行，在外部干擾和拒絕服務方面使它盡可能地安全。
圖3：單個片上系統上的重要軟件混合集群。
支持多個操作系統
Connected OS 的概念不僅僅包括一個基本的 Linux 操作系統。新的多核架構可容納多個操作系統，并且在它們之間實現緊密的通信聯系。這包括 AUTOSAR 基本軟件 (BSW) 操作系統、實時操作系統，如 Nucleus RTOS，甚至是讓安卓本地運行的鏈接，或在一個 Linux 容器 (LXC) 里的操作系統。一旦使用多個操作系統，利用諸如 RPMsg 和 VirtIO 協議就可實現安全的通信，這樣在一個領域生成的信息就能被傳輸到另一個領域（圖4）。一個例子是需要在安保駕駛員信息集群顯示器上出現的電話狀態信息。在多核框架中分開領域或通過使用內置管理程序可以對安保和分離進行管理，與此同時優化性能。
圖4：RPMsg和VirtIO的多域通信。
結論
在當今車輛生產當中嵌入式軟件的數量和價值仍在繼續增長，汽車廠商需要確保他們采用了最新的能使系統安全互動的技術。通過仔細使用行業標準和開放源碼軟件來節約開發成本已經變得比以往任何時候都重要，而專注的平臺提供商，如 Mentor Graphics 正在為二級供應商設定新標準、利用合適的技術創新幫助一級廠商和他們的汽車代工廠商滿足生產時間的要求。
編輯：admin 最后修改時間：2017-09-05
