車(chē)輛即平臺(tái) 軟件定義汽車(chē)方興未艾

打造夢(mèng)想中的汽車(chē)不再僅僅圍繞著馬力和內(nèi)飾等因素。隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的加速發(fā)展和邊緣計(jì)算擴(kuò)展了汽車(chē)連接的新功能，汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷一些重大變化。

軟件定義意味著利用其現(xiàn)有的硬件平臺(tái)，以及移動(dòng)可能已經(jīng)編碼在硬件或ROM中的功能，并將它們帶入到標(biāo)準(zhǔn)化硬件上運(yùn)行的軟件層。軟件層還增加了導(dǎo)入新功能的能力。消費(fèi)者現(xiàn)在其實(shí)已經(jīng)正在使用軟件定義設(shè)備，例如智能手機(jī)便是，透過(guò)應(yīng)用商店連接到手機(jī)，并為手機(jī)提供不同的音訊串流能力。

至于軟件定義的車(chē)輛，包括了儀表板或ADAS系統(tǒng)。將所有這些能力都整合在一個(gè)軟件平臺(tái)上，即使硬件保持不變，OEM制造商或系統(tǒng)整合商與供應(yīng)鏈都可以輕松選擇和更改構(gòu)成該解決方案的軟件組件。

汽車(chē)開(kāi)發(fā)面臨挑戰(zhàn)
要達(dá)成ADAS、IVI、電氣化動(dòng)力系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛等目標(biāo)，汽車(chē)程序的復(fù)雜性就越來(lái)越高，且各項(xiàng)功能必須同時(shí)運(yùn)行。

 
圖一 : Arm亞太區(qū)車(chē)用市場(chǎng)資深總監(jiān)鄧志偉

隨著車(chē)輛的架構(gòu)與功能持續(xù)演化，系統(tǒng)的復(fù)雜度也越來(lái)越高。這些復(fù)雜化的發(fā)展也為驅(qū)使車(chē)用操作數(shù)件面對(duì)了全新的挑戰(zhàn)。Arm亞太區(qū)車(chē)用市場(chǎng)資深總監(jiān)鄧志偉指出，當(dāng)前汽車(chē)開(kāi)發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)在于，若要達(dá)成先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)（IVI）、電氣化動(dòng)力系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛等目標(biāo)，程序的復(fù)雜性就將越來(lái)越高，且各項(xiàng)功能還必須同時(shí)運(yùn)行，因此帶來(lái)了以下的挑戰(zhàn)：

對(duì)異質(zhì)運(yùn)算的需求提高

車(chē)輛演進(jìn)后增加的功能及所需的效能，需要由各種不同的算法所構(gòu)成的軟件來(lái)完成。而不同的算法，則需要不同型態(tài)的處理器來(lái)進(jìn)行效能優(yōu)化。例如一般性的算法以CPU為主，GPU則是為了顯示與圖形算法而設(shè)計(jì)的處理器，至于影像相關(guān)的算法有ISP來(lái)增進(jìn)效能，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法則有NPU來(lái)加速。整合這么多種處理器的架構(gòu)，也就成為異質(zhì)運(yùn)算的架構(gòu)。為了達(dá)到異質(zhì)運(yùn)算架構(gòu)的目標(biāo)，不僅處理器IP設(shè)計(jì)的復(fù)雜度大幅增加，同時(shí)芯片及軟件整合設(shè)計(jì)的難度及挑戰(zhàn)也提高很多。

將硬件（與軟件）區(qū)隔開(kāi)并虛擬化

傳統(tǒng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)模式的汽車(chē)制造商，是將每輛車(chē)上的電子控制單元（ECU）都搭載著仔細(xì)編碼過(guò)的軟件，而且針對(duì)硬件與軟件，往往也都經(jīng)歷過(guò)嚴(yán)格的安全評(píng)估。隨著功能域控制器、區(qū)域控制器（Zonal）以及集中式運(yùn)算架構(gòu)的導(dǎo)入，現(xiàn)在車(chē)輛的硬件架構(gòu)已出現(xiàn)變化。底層硬件需要被虛擬化、抽象化，軟件人員則可以此架構(gòu)來(lái)開(kāi)發(fā)具備可移植性、以及滿足不同功能安全要求的應(yīng)用與服務(wù)。同時(shí)，也能更容易的導(dǎo)入云原生開(kāi)發(fā)的架構(gòu)。

關(guān)鍵的實(shí)時(shí)性與功能安全

在實(shí)時(shí)性與功能要求方面，傳統(tǒng)做法可能是將不同的IP或功能層層迭加，在關(guān)鍵的單元例如power train才會(huì)有功能性安全（Functional Safety）。但是當(dāng)所有的處理器被整合進(jìn)一個(gè)更大且復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，如何在整合的運(yùn)算單元中處理不同子系統(tǒng)的功能安全與實(shí)時(shí)性要求，就需要透過(guò)新的運(yùn)算及系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)解決。

建立因應(yīng)保密及資安要求的架構(gòu)

資安的威脅層出不窮，車(chē)行安全更是不容妥協(xié)。因此開(kāi)發(fā)人員需要保密的架構(gòu)，以確保車(chē)用信息得以安全的傳輸、儲(chǔ)存及處理。

為軟件的可移植性建立標(biāo)準(zhǔn)

透過(guò)打造云原生軟件的基礎(chǔ)架構(gòu)，解決在不同硬件平臺(tái)之間軟件可移植性的需求，可以確保在云端開(kāi)發(fā)的軟件，能在不同的異質(zhì)邊緣平臺(tái)進(jìn)行無(wú)縫、快速的部署。

軟件定義汽車(chē)的重要性

 
圖二 : 軟件在促成汽車(chē)演進(jìn)歷程中所扮演的角色更形重要。

為了滿足在車(chē)用領(lǐng)域不斷演進(jìn)的消費(fèi)需求，運(yùn)算也必須更為集中。而軟件在促成這些演進(jìn)歷程中所扮演的角色也更形重要，進(jìn)而影響了軟件的開(kāi)發(fā)、部署及管理，這也意味著以降低成本、時(shí)間與復(fù)雜性而廣為人知的云端原生開(kāi)發(fā)方式，比起傳統(tǒng)的形式更適合于現(xiàn)代化汽車(chē)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。

至于軟件定義包括了全新的電機(jī)電子架構(gòu)、以及云原生軟件架構(gòu)。軟件定義之所以重要主要是因?yàn)橐韵略颍?br/>
可重組價(jià)值鏈

軟件定義將加速推動(dòng)創(chuàng)新與效率，打破過(guò)去價(jià)值鏈中定義規(guī)格、提供硬件及服務(wù)的上下游順序。不但加快開(kāi)發(fā)過(guò)程，也可以為價(jià)值鏈中所有的利益關(guān)系人帶來(lái)好處與機(jī)會(huì)。例如：

●車(chē)廠與Tier 1：隨著軟件開(kāi)發(fā)的成本大幅降低，以及創(chuàng)新服務(wù)在售后的不斷推出，車(chē)廠能夠創(chuàng)造新的營(yíng)收來(lái)源。
●生態(tài)系：IC設(shè)計(jì)與軟件供貨商可專(zhuān)注于產(chǎn)品差異化，且軟件定義也讓更多云端應(yīng)用開(kāi)發(fā)者加入汽車(chē)創(chuàng)新行列。
●消費(fèi)者：更滿意于客制化的汽車(chē)功能與使用經(jīng)驗(yàn)。

降低成本

透過(guò)區(qū)域控制器與集中運(yùn)算架構(gòu)，可以有效降低硬件的總成本以及軟件的維護(hù)成本。例如過(guò)去一部車(chē)?yán)锟赡苡谐^(guò)100個(gè)MCU，透過(guò)集中運(yùn)算架構(gòu)，則可能降低至10～20個(gè)左右，大幅降低硬件購(gòu)置、布線的架設(shè)，與其他相關(guān)軟件維護(hù)的成本。

車(chē)輛本身即為服務(wù)平臺(tái)

如同智能手機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)一樣，未來(lái)車(chē)輛本身即為服務(wù)平臺(tái)，透過(guò)軟件更新，用戶可不斷享有新的服務(wù)與體驗(yàn)。每次的軟件升級(jí)，也都代表新的商機(jī)，車(chē)廠可持續(xù)掌握新的營(yíng)收來(lái)源，以及與客戶更多的互動(dòng)機(jī)會(huì)。

軟件更新更容易

透過(guò)云原生開(kāi)放架構(gòu)，軟件可以開(kāi)發(fā)得更快也更安全，也更順利地部署在邊緣平臺(tái)上，使軟件更新變得容易。

改善使用者經(jīng)驗(yàn)

這點(diǎn)也是如同智能手機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，透過(guò)每次軟件升級(jí)與更新，即可帶來(lái)不同的功能、體驗(yàn)、樂(lè)趣與便利，進(jìn)而提升使用者的車(chē)載體驗(yàn)與滿意度，車(chē)輛也可以使用得更久。

縮短開(kāi)發(fā)流程

全新的硬件參考平臺(tái)（Reference hardware platform）能支持軟件定義工作負(fù)載的開(kāi)發(fā)與測(cè)試。開(kāi)發(fā)人員得以使用SOAFEE參考實(shí)作，針對(duì)包括座艙系統(tǒng)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)與自駕功能等各式應(yīng)用與服務(wù)，于商品化之前，可以在Arm架構(gòu)的芯片系統(tǒng)上進(jìn)行汽車(chē)工作負(fù)載的探索與測(cè)試，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程。

硬件處理器優(yōu)化性能
汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正朝向軟件定義汽車(chē)的轉(zhuǎn)型，應(yīng)對(duì)ECU（Eletronic Control Unit）整合、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型汽車(chē)服務(wù)、安全云端連接和服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)等方面問(wèn)題，需要全新的汽車(chē)軟件開(kāi)發(fā)方法。汽車(chē)制造商和Tier-1供貨商面臨的全新挑戰(zhàn)，包括了多租戶（multi-tenancy）、網(wǎng)絡(luò)管理、云端服務(wù)、功能安全與進(jìn)階安全技術(shù)等。恩智浦半導(dǎo)體就透過(guò)S32G GoldVIP，來(lái)協(xié)助搭載S32G汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)處理器的軟件定義汽車(chē)應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)。這種汽車(chē)整合平臺(tái)針對(duì)S32G處理器評(píng)估、軟件開(kāi)發(fā)和快速原型設(shè)計(jì)工作提供多種價(jià)值主張。

透過(guò)實(shí)時(shí)使用案例和資源監(jiān)測(cè)，用戶可以快速觀察S32G的效能表現(xiàn)。藉由恩智浦預(yù)整合功能、開(kāi)源軟件和第三方軟件，包括安全云端連接和無(wú)線更新服務(wù)，開(kāi)發(fā)人員可以專(zhuān)注創(chuàng)造新型互聯(lián)汽車(chē)服務(wù)，而無(wú)須耗費(fèi)時(shí)間構(gòu)建軟件基礎(chǔ)建設(shè)。

另外，基于SiC（碳化硅）的高效能功率模塊可最大限度延長(zhǎng)現(xiàn)有電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程，加快充電速度。到目前為止，電動(dòng)汽車(chē)仍需要一個(gè)專(zhuān)用高速訊號(hào)處理器才能控制先進(jìn)的SiC功率半導(dǎo)體。意法半導(dǎo)體推出了新款車(chē)規(guī)MCU，新產(chǎn)品針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和汽車(chē)集中式電氣架構(gòu)優(yōu)化了性能，有助于降低電動(dòng)汽車(chē)成本，延長(zhǎng)續(xù)航里程，加快充電速度。

ST的Stellar E MCU專(zhuān)為下一代軟件定義電動(dòng)汽車(chē)而設(shè)計(jì)，在芯片上整合了高速控制回路處理電路，可以協(xié)助完成先進(jìn)的電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)，同時(shí)確保電源管理具備很高的效能，為車(chē)輛生命周期管理提供軟件定義的靈活性?，F(xiàn)在，只需一個(gè)MCU就能控制整個(gè)功率模塊，不僅簡(jiǎn)化模塊設(shè)計(jì)、節(jié)省成本，還能更容易地達(dá)到汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)，也可以為電動(dòng)汽車(chē)創(chuàng)造新的價(jià)值鏈。

結(jié)語(yǔ)
過(guò)去，車(chē)輛是由硬件和置于其上的軟件所定義的，但這樣的方式正在轉(zhuǎn)變。像特斯拉這樣的公司，就是透過(guò)軟件的構(gòu)建來(lái)制造新一代的汽車(chē)?？傮w而言，我們看到車(chē)輛運(yùn)營(yíng)中心和車(chē)輛軟件平臺(tái)的重要性正與日俱增。透過(guò)軟件定義，安全無(wú)線更新軟件功能讓車(chē)商可以改善其控制策略，提升汽車(chē)的行駛里程、性能和效能。