軟件成未來(lái)汽車(chē)最大挑戰，新處理器平臺保駕護航

作者 / 王瑩 《電子產(chǎn)品世界》編輯

編者按：汽車(chē)業(yè)有三大趨勢：互聯(lián)通信、自動(dòng)駕駛和電氣化，其所需要的軟件的復雜程度越來(lái)越高，這對處理器的計算能力和平臺架構提出了挑戰。來(lái)自全球最大的汽車(chē)半導體制造商NXP公司的高管在此分析了軟件挑戰和處理器平臺的應對策略。

汽車(chē)制造商眼中的軟件挑戰

　　由于恩智浦(NXP)公司處于市場(chǎng)領(lǐng)先地位，并且和全球領(lǐng)先的汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商之間保持非常緊密的聯(lián)系，因此有豐富的行業(yè)知識，基于這些知識充分地認識到目前汽車(chē)行業(yè)所面臨的最大挑戰是軟件方面。

　　當前互聯(lián)性、無(wú)人駕駛以及程度越來(lái)越高的電氣化是趨勢，但是這樣的一個(gè)宏觀(guān)趨勢對于每一家汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)意味著(zhù)什么呢，對于底層的電子架構意味著(zhù)什么呢?

　　首先看看互聯(lián)性大趨勢。對絕大多數的汽車(chē)駕駛者，尤其是在像北京、上海這樣的大城市里，人們每天在汽車(chē)里花的時(shí)間越來(lái)越多了，大城市里人們每天至少在汽車(chē)里待一個(gè)小時(shí)。人們在車(chē)內待這么長(cháng)時(shí)間，當然希望在車(chē)內的時(shí)間也能和外部世界有效連通起來(lái)，大部分駕駛員非常熟悉、習慣常規的方式，不管通信的聯(lián)系還是導航的聯(lián)系。這個(gè)大趨勢意味著(zhù)對于汽車(chē)來(lái)說(shuō)，要基于以太網(wǎng)有更大的帶寬支持互聯(lián)。

　　第二個(gè)趨勢是無(wú)人駕駛，要求汽車(chē)對于它周遭所運營(yíng)的環(huán)境認知能力更強。而這種對于環(huán)境的認知能力是基于車(chē)身所匹配的一整套傳感器。這些傳感器包含不同的用途，有雷達的，有視覺(jué)的(例如攝像頭傳感器)，有聲波抓取的傳感器。這就意味著(zhù)汽車(chē)將獲取數量驚人的、比以前多得多的數據，才能使車(chē)有效地了解周?chē)沫h(huán)境。對于一輛普通汽車(chē)，通常有6~8個(gè)攝像頭，以及同等數量的雷達傳感器。這些傳感器對于帶寬會(huì )有很高的要求，需要有數百兆的帶寬能力。

　　第三個(gè)趨勢是電氣化。電氣化也為汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)很多新的挑戰，例如針對動(dòng)力總成方面的新應用。這樣的一些新要求毫無(wú)疑問(wèn)需要更加復雜的計算技術(shù)，才能夠處理那些非常復雜的算法，也才能夠非常有效地管理像內燃機、普通發(fā)動(dòng)機、電動(dòng)汽車(chē)或者混合電動(dòng)、燃料電池之間的關(guān)系。

　　所有這些趨勢都意味著(zhù)在以下幾個(gè)方面提出了更高的要求：首先是應用的復雜程度越來(lái)越高;其次對計算能力的要求越來(lái)越高;第三是軟件的復雜程度越來(lái)越高。

　　基于前面提到的全球宏觀(guān)的大背景，以及產(chǎn)生的新的應用要求，例如在電氣化、互聯(lián)以及無(wú)人駕駛這些新的趨勢和應用的要求，使得我們有理由相信未來(lái)五年汽車(chē)行業(yè)軟件的復雜程度將進(jìn)一步激增。對于汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商最主要的一個(gè)挑戰就是用了這么多的軟件是來(lái)自不同的軟件公司，而來(lái)自多個(gè)不同的供應商的多個(gè)不同的軟件系統需要有效地在一輛汽車(chē)里面得到集成。這就對汽車(chē)整車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商提出了更大的挑戰，他們不得不耗費更多的軟件開(kāi)發(fā)方面的資源，新車(chē)上市的時(shí)間也被延長(cháng)了。

汽車(chē)底層電子架構的挑戰

　　汽車(chē)內部的車(chē)載網(wǎng)絡(luò )也變得越來(lái)越復雜。傳統汽車(chē)廠(chǎng)商主要是依靠自身的能力和資源來(lái)不斷發(fā)展，試圖來(lái)包容進(jìn)去前面提到的新要求，實(shí)現一些新功能，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。這種做法可以奏效，前提是每一項功能是彼此相對獨立運行的。當然，如果汽車(chē)內部的各個(gè)子系統之間都是彼此獨立來(lái)工作的，例如車(chē)輪不會(huì )受到傳感器的影響，發(fā)動(dòng)機不會(huì )受到車(chē)內導航系統的影響等，前面提到的這種不斷增加新功能的方法是可以的。當車(chē)身內部不同的應用之間通信不斷的加強，這尤其對于無(wú)人駕駛來(lái)說(shuō)是非常重要的，很顯然我們就需要一種更加復雜、更加結構化的平臺。

　　所以展望未來(lái)，未來(lái)的汽車(chē)會(huì )需要一個(gè)更加結構化的架構，這可使汽車(chē)內部不同的高性能的計算資源之間實(shí)現互相比較簡(jiǎn)便的溝通。而這就要提到傳統架構的限制和問(wèn)題了，因為傳統架構中硅片硬件方面和軟件的系統之間往往存在著(zhù)不匹配性，這樣就使得更新變得比較困難，而且不同的應用之間也很難實(shí)現有效的擴展。而現在的新架構將具備更強大的網(wǎng)絡(luò )能力，更加安全、有保障，尤其在無(wú)線(xiàn)更新/OTA方面更加會(huì )有保障。

　　舉個(gè)例子來(lái)解釋一下不同模式之間的差別：在十年前，那些最領(lǐng)先、最尖端的汽車(chē)，諸如寶馬7系、奔馳X系或者更高端的車(chē)，儀表盤(pán)上的按鍵超過(guò)百個(gè)，而每一個(gè)按鍵都對應控制著(zhù)汽車(chē)內部的一個(gè)單獨的系統或者應用。但你現在再來(lái)看奔馳X系列或者寶馬7系，包括特斯拉等，車(chē)內儀表盤(pán)體驗完全不一樣，所有原來(lái)的按鈕都消失不見(jiàn)了，取而代之的是軟件界面。在軟件界面上，用戶(hù)根據自己的需要添加一些新的功能都是非常便捷的。

　　如果我們還是延用原來(lái)那種每個(gè)按鈕控制每一個(gè)單獨的應用的方式，我們不可能為現在的消費者提供他們所需要的互聯(lián)體驗。但是如果我們現在采用軟件控制的方式，普通的用戶(hù)就可以非常容易地根據自己的需要來(lái)添加一些新功能，而且只要在汽車(chē)壽命期內還能跑，就可以不斷地加一些新的功能，而無(wú)需將汽車(chē)開(kāi)到經(jīng)銷(xiāo)商那里，再去人工裝一些新按鈕。所以現在我們可以看到重要轉型：從原來(lái)傳統的架構轉向新的現代化的架構。

　　但是在這樣的轉型歷程當中，并不是所有的車(chē)廠(chǎng)齊頭并進(jìn)的。有一些車(chē)廠(chǎng)是漸進(jìn)式地不斷加入一些新功能。還有一類(lèi)廠(chǎng)商是比較新的汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)，它們因為沒(méi)有歷史包袱，完全就是一張白紙可以畫(huà)出美好的圖案，完全現代化地實(shí)現新架構。但不管哪一類(lèi)廠(chǎng)商，他們的要求都是一樣的，那就是更高的安全性和更高的移動(dòng)性。

　　由此可見(jiàn)，電子元件和軟件現在是主導一輛汽車(chē)的最主要的力量，為了滿(mǎn)足普通消費者對于新功能越來(lái)越多的期望，車(chē)身內部的軟件系統也變得愈加復雜。而汽車(chē)廠(chǎng)商則需要有更高性能的軟件系統來(lái)支持用戶(hù)所期望獲得的更強的可擴展性和更高性能的要求。同時(shí)還要滿(mǎn)足他們的期許，保證駕駛的安全。

全新的處理器平臺

　　既然整個(gè)行業(yè)面臨很多軟件挑戰，那么NXP能夠為市場(chǎng)提供什么來(lái)解決這些挑戰呢?

　　為了有效應對以上這些挑戰， NXP推出了S32處理器平臺，對硬件做了完全新的再工程化的工作，包括MCU(微控制器)和MPU(微處理器)。也就是NXP對于硬件IP(知識產(chǎn)權)進(jìn)行了全新的設計，以支持軟件上的要求。同樣在軟件方面也做了完全嶄新的再工程化，使得汽車(chē)內部各個(gè)不同的域之間保持一貫的使用體驗和性能，不管是空調系統還是汽車(chē)去感知捕捉行人經(jīng)過(guò)的這些信息。NXP需要通過(guò)這種方式，來(lái)作為一個(gè)軟件的供應商，服務(wù)于各個(gè)不同的汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商。

　　我們現在可以為我們的客戶(hù)所提供平臺性能比目前表現最好的汽車(chē)安全平臺高十倍1 。應用程序內的軟件開(kāi)發(fā)工作減少90%，跨應用程序的開(kāi)發(fā)減少40%以上2。令汽車(chē)安全、防護和空中(OTA)能力邁上新臺階。

　　特別指出的是，通?，F代架構上，一輛汽車(chē)有5個(gè)大域：中央互聯(lián)網(wǎng)，車(chē)內駕駛體驗域，除此之外還有其它重要的動(dòng)力總成控制域，車(chē)身和舒適度域，駕駛者輔助或駕駛者替代域。

　　NXPS32架構帶給客戶(hù)最強大的功能就是給他們提供了在所有五個(gè)不同域之間共同的通用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。那么，NXP如何將處理器性能提高十倍呢?實(shí)際上，主要的做法是讓微控制器進(jìn)入千兆赫茲的領(lǐng)域，通常來(lái)說(shuō)以前業(yè)界用的微控制器主要是在300~350MHz，NXP現在用的是業(yè)內第一款微處理器，采用的是16nm FinFET。

　　另外，NXP主要面向的是Tier one(汽車(chē)一級供應商)還是整車(chē)制造商(OEM)?其實(shí)架構的變化背后驅動(dòng)力來(lái)自于OEM廠(chǎng)商，最高級別的網(wǎng)絡(luò )架構方面，OEM會(huì )有強烈的需求。但是針對每一個(gè)具體的應用，NXP也和領(lǐng)先的Tier one合作，以針對他們對性能的具體要求。(備注：1.基于競爭對手公開(kāi)發(fā)布的路線(xiàn)圖性能聲明;2.根據對現有客戶(hù)應用程序中恩智浦軟件代碼的分析，恩智浦預計軟件重復利用率在域內和不同汽車(chē)域之間將分別高達90%和40%以上。)

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第11期第1頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。