軟件定義汽車(chē)未來(lái)趨勢：革新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期

軟件定義汽車(chē)的設計初衷是在汽車(chē)整個(gè)生命周期內通過(guò)無(wú)線(xiàn)更新不斷增強?；谠频奶摂M化新技術(shù)允許開(kāi)發(fā)始于芯片量產(chǎn)之前，并延續到汽車(chē)上路之后。

嵌入式系統的軟件和硬件通常緊密相連，錯綜復雜。開(kāi)發(fā)人員面對有限資源和緊迫截止日期等限制，還要確保無(wú)縫集成。這需要進(jìn)行多輪器件測試。

這種方法對于快速的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期并不適用，也不符合以服務(wù)為導向的商業(yè)模式的要求。汽車(chē)制造商正在逐步接受軟件定義汽車(chē)(SDV)的概念，而不是僅依靠維修期間進(jìn)行的關(guān)鍵或有限的固件更新。SDV的目標是在其整個(gè)生命周期內持續發(fā)展和增強。

實(shí)現SDV必須采取平臺方法。通過(guò)將硬件和軟件解耦，應用程序和架構設計變得更加靈活，并且可以隨著(zhù)時(shí)間的推移添加其他功能。解耦還有助于在不同車(chē)型中增加軟件復用，減少平臺之間的適應成本。車(chē)主還將享受到更高的安全性和可靠性，同時(shí)降低能耗。

這種方法將徹底顛覆汽車(chē)軟件開(kāi)發(fā)。我們將看到行業(yè)“向左移動(dòng)”，即使在原型硬件未量產(chǎn)的情況下，軟件也能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期的早期完成。同時(shí)，該行業(yè)還可以“向右延伸”，在車(chē)輛售出后繼續進(jìn)行更新。這讓汽車(chē)制造商能夠通過(guò)基于云的服務(wù)尋找新的收入源，讓不同車(chē)型的車(chē)主都可以享用他們的服務(wù)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)(OTA)更新在汽車(chē)的整個(gè)生命周期內添加功能。

“向左移動(dòng)，向右延伸”框圖

在持續集成和部署的基礎上構建

持續集成和持續部署(或近持續部署)概念在企業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成功應用多年?！跋蜃笠苿?dòng)”和“向右延伸”是合乎邏輯的下一步。如果開(kāi)發(fā)團隊選擇了正確的軟件開(kāi)發(fā)方法，這兩者的要求在很大程度上是一致的。

SDV與其他嵌入式系統和支持技術(shù)沒(méi)有本質(zhì)的區別。例如，虛擬化和軟件容器可以隔離軟件模塊，并將其從底層硬件中抽象出來(lái)。這種方法的優(yōu)勢是能更加輕松地與多項增值服務(wù)的云流程集成。這類(lèi)服務(wù)通常將核心汽車(chē)功能與人工智能(AI)和基于云的分析相結合。

嵌入式系統的核心變化在于不再需要在物理硬件上進(jìn)行大量的原型制作，或者至少盡量減少相關(guān)工作，以確保對時(shí)序和硬件行為的假設符合實(shí)際情況。然而，嵌入式系統確實(shí)需要一個(gè)額外的組件。

虛擬化和模擬如何助力開(kāi)發(fā)

容器化是在云環(huán)境中采用持續集成和部署方法的重要要素，能夠減少應用程序對硬件的依賴(lài)性。應用程序可以與測試所用的支持庫和設備驅動(dòng)程序一起打包，從而與底層操作系統隔離開(kāi)。在嵌入式環(huán)境中，需要額外的隔離和保護層，由虛擬化技術(shù)提供。在虛擬化環(huán)境下，管理程序將I/O消息映射到底層硬件。管理程序對虛擬平臺的管理還有助于安全隔離在同一處理器復合體上運行的獨立任務(wù)。

容器化提高了汽車(chē)制造商部署更新的靈活性和能力。這對于需要頻繁進(jìn)行OTA更新的系統部分特別有幫助，例如車(chē)艙內的娛樂(lè )中控模塊。盡管這些模塊將更加獨立，但硬件接口及其依賴(lài)關(guān)系對汽車(chē)的實(shí)時(shí)控制和安全系統仍然非常重要。開(kāi)發(fā)人員需要了解硬件變化如何影響他們的軟件，而數字孿生技術(shù)能夠解決這個(gè)問(wèn)題。

數字孿生是一種復制硬件和固件行為的虛擬模型。在數字孿生技術(shù)的加持下，開(kāi)發(fā)人員無(wú)需訪(fǎng)問(wèn)硬件即可完成大部分測試。數字孿生可以在交互式調試模式或高度自動(dòng)化的回歸測試套件中運行，既可以在桌面工具上，也可以在基于云的容器中進(jìn)行?；貧w測試通過(guò)執行多種測試，加速了在進(jìn)行變更時(shí)的質(zhì)量控制檢查。另外，團隊還能利用分析和機器學(xué)習技術(shù)，更快地發(fā)現bug。

可以針對任何代碼模塊或子系統進(jìn)行更新測試，查看變更是否會(huì )導致意外的交互或問(wèn)題。數字孿生并不能在項目中完全取代硬件。傳統的硬件在環(huán)(HIL)測試仍然是檢查數字孿生模擬在實(shí)際條件下的行為的必要手段，但一旦解決了行為差異，數字孿生可以廣泛用于支持中期更新。廣泛的硬件前測試可以通過(guò)云端在多臺服務(wù)器上高速運行，使汽車(chē)制造商有信心在準備就緒后立即大規模部署基于新功能的OTA更新。

SDV虛擬模型

使用非常精細和詳細的模型

模型的準確性非常重要，盡管許多測試并不需要完全精確定時(shí)的模型。高度精細和詳細的模型通常運行速度較慢，而那些為分析目標處理器的指令吞吐量和應用邏輯而優(yōu)化的模型則更快。通過(guò)僅運行需要完全詳細模擬的組件或子系統模型的分區，可以簡(jiǎn)化測試時(shí)間和驗證流程。

盡管汽車(chē)制造商和子系統供應商可以自行構建數字孿生模型，但與合適的半導體供應商建立合作關(guān)系具有顯著(zhù)的優(yōu)勢。恩智浦半導體等供應商承諾，在產(chǎn)品交付給汽車(chē)制造商組裝成原型和最終產(chǎn)品之前，提前一年開(kāi)發(fā)其芯片平臺模型。

數字模型還可以幫助汽車(chē)制造商和子系統供應商了解架構創(chuàng )新能夠為目標應用帶來(lái)哪些優(yōu)勢。磁阻隨機存取存儲器(MRAM)就是一個(gè)很好的例子。它是閃存的高性能替代方案，同時(shí)克服了易失性DRAM和SRAM在持久數據方面的局限性?；灸Ｐ涂梢詫㈤W存和MRAM等非易失性存儲器視為等效存儲器，在延遲或帶寬方面沒(méi)有區別。而更準確的模型則可以反映出它們在讀寫(xiě)時(shí)間和其他行為方面的差異。

這些差異可以通過(guò)更改代碼庫來(lái)加以利用，從而充分發(fā)揮現有技術(shù)的優(yōu)勢。因此，通過(guò)采用以模型為中心的開(kāi)發(fā)方法，軟件團隊可以幫助指定未來(lái)的硬件實(shí)現方案，以提升多代產(chǎn)品的性能。

持續改進(jìn)

支持“向右延伸”的方法將不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)收入。除了對汽車(chē)本身進(jìn)行OTA更新外，汽車(chē)制造商還可以從運行系統中收集傳感器數據，并將其應用于多種機器學(xué)習和分析系統。這些信息可以在篩選后應用于數字孿生模擬，以評估現實(shí)世界中的性能。

這樣，在新的OTA更新部署之前，可以在回歸環(huán)境中測試改進(jìn)，從而減少開(kāi)發(fā)和部署之間的時(shí)間，加快產(chǎn)品改進(jìn)的周期。這不僅能增強現有硬件，還能為未來(lái)的技術(shù)變革奠定基礎。這也進(jìn)一步證明，包含持續集成和數字孿生的整體開(kāi)發(fā)方法有助于簡(jiǎn)化產(chǎn)品設計和支持。

作者：

Andy Birnie

恩智浦半導體汽車(chē)系統工程主管

Andy Birnie負責系統概念原型制作，致力于為軟件定義汽車(chē)開(kāi)發(fā)系統解決方案和工具，提升汽車(chē)性能及其開(kāi)發(fā)效率。Birnie整合恩智浦的專(zhuān)業(yè)知識、市場(chǎng)領(lǐng)先的產(chǎn)品和獨特的軟件，創(chuàng )建系統解決方案，為客戶(hù)帶來(lái)巨大的價(jià)值。Andy Birnie擁有30多年的行業(yè)經(jīng)驗，在摩托羅拉、飛思卡爾和恩智浦擔任過(guò)多個(gè)技術(shù)、產(chǎn)品和系統開(kāi)發(fā)職位。