自動(dòng)駕駛、電氣化和與云端連接的趨勢正在使軟件成為優(yōu)先事項(xiàng)，這就是為什么汽車設(shè)計(jì)師正在重塑現(xiàn)代汽車的架構(gòu)并向軟件定義的汽車遷移。

 

如今汽車內(nèi)的許多系統(tǒng)是具有獨(dú)立功能的電子控制單元（ECU）的集合。這些ECU通過傳統(tǒng)的控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、本地互連網(wǎng)絡(luò)和其他低帶寬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。ECU也被劃分為各種功能域，如動(dòng)力系統(tǒng)控制等。然而，高端汽車中的一百個(gè)或更多的ECU使得在每個(gè)ECU中實(shí)現(xiàn)下一代功能是不現(xiàn)實(shí)的。

 

為了解決這一限制，一種方法是用幾個(gè)計(jì)算平臺(tái)取代ECU。例如，車輛結(jié)構(gòu)可以采用一個(gè)計(jì)算平臺(tái)來控制內(nèi)部機(jī)艙的功能，如信息娛樂系統(tǒng)或儀表盤。另一個(gè)計(jì)算平臺(tái)控制車輛的運(yùn)動(dòng)。軟件定義的車輛架構(gòu)能夠在汽車的各個(gè)功能域帶來各種好處，包括更簡單的開發(fā)和部署新功能，車輛內(nèi)更有效的通信，以及通過邊緣處理訪問云計(jì)算等。

 

以ECU為中心的汽車架構(gòu)的局限性之一是增加新功能和能力時(shí)的復(fù)雜性。向現(xiàn)有系統(tǒng)添加功能的過程可能是復(fù)雜、緩慢且容易出錯(cuò)的。在車輛的各個(gè)功能域中進(jìn)行軟件升級，可以簡化汽車的更新維護(hù)和用戶功能。

 

一個(gè)軟件定義的汽車架構(gòu)將功能和系統(tǒng)組合成功能域。與其單獨(dú)對待單個(gè)ECU或系統(tǒng)，OEMs可以將其視為一個(gè)單一的平臺(tái)。一旦OEM開發(fā)了新的功能，軟件定義的車輛架構(gòu)使其更容易添加各種功能。

 

傳統(tǒng)上，司機(jī)購買的車輛的功能是固定的。更新它們的過程是困難和昂貴的。軟件定義的汽車架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)OTA更新。更新過程不再是涉及數(shù)百個(gè)ECU的復(fù)雜工作，而是更加簡單明了。OEM可以向客戶提供廣泛的軟件服務(wù)，并將這些服務(wù)作為一個(gè)收入來源。通過OTA，添加和更新功能可以像向手機(jī)或平板電腦添加功能一樣簡單。

 

用SOA進(jìn)行更新

 

在軟件定義的車輛中，面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）由松散耦合的服務(wù)組成，這些服務(wù)通過簡單的、可互操作的接口進(jìn)行通信，通常是通過網(wǎng)絡(luò)。例如，在一輛汽車中，GPS功能可以通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。SOA的一些好處包括硬件獨(dú)立、簡化測試、更快的部署和跨領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)。

 

SOA在其他市場上也有很長的歷史，如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、SaaS和PaaS，也就是所謂的云計(jì)算。另一個(gè)汽車的例子是專門設(shè)計(jì)用來提供輪胎壓力數(shù)據(jù)的ECU。有可能取代輪胎壓力ECU或?qū)⑵淙蝿?wù)整合到一個(gè)更大的多功能ECU中。上游應(yīng)用使用抽象接口與ECU進(jìn)行通信，因此改變ECU或通過SOA將任務(wù)整合到另一個(gè)ECU中并不影響它們。在胎壓系統(tǒng)中，輪胎壓力傳感器系統(tǒng)的組件可以來自不同的供應(yīng)商或使用不同的傳感技術(shù)，因?yàn)檩喬毫?shù)據(jù)被聚集在一個(gè)較小的ECU中。

 

機(jī)器學(xué)習(xí)可以幫助完成駕駛輔助和預(yù)測性維護(hù)等任務(wù)。機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)被廣泛用于工業(yè)環(huán)境中，對機(jī)器的監(jiān)測可以檢測并幫助預(yù)測故障的發(fā)生。將機(jī)器學(xué)習(xí)整合到車輛本身是可能的，但遠(yuǎn)程處理中心可能提供額外的機(jī)器學(xué)習(xí)功能。另一種可能性是使用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，然后通過OTA更新將數(shù)據(jù)上傳到智能系統(tǒng)中。

 

軟件定義的汽車中的處理器需要大量的計(jì)算能力、高帶寬通信、功能安全和信息安全。計(jì)算資源可以進(jìn)一步分成用于實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)功能的資源。一個(gè)已實(shí)現(xiàn)的功能（如解鎖車門）的高層邏輯對時(shí)間不敏感，而一個(gè)防鎖死的剎車系統(tǒng)是時(shí)間敏感的。剎車的調(diào)制速度必須足夠快，以避免打滑。

DRA821的功能框圖。實(shí)心黑框表示該IP是擴(kuò)展MCU（EMCU）的一部分。虛線黑框表示該IP的一些實(shí)例存在于EMCU中，一些實(shí)例存在于主域的非EMCU部分。

 

非實(shí)時(shí)功能通常在基于HLOS（高級操作系統(tǒng)）的計(jì)算系統(tǒng)中執(zhí)行，類似于個(gè)人電腦上的計(jì)算系統(tǒng)。實(shí)時(shí)功能在一個(gè)基于RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）的計(jì)算系統(tǒng)中執(zhí)行。在需要功能安全和保障的車輛功能與不需要的功能之間也有一個(gè)平衡。

 

例如，TI DRA821的設(shè)計(jì)就考慮到了這些功能。DRA821的核心是一個(gè)雙核ARM Cortex A72集群，其處理能力足以執(zhí)行所有非實(shí)時(shí)功能。四個(gè)集成的Cortex R5F與主處理器（A72集群）并行，負(fù)責(zé)執(zhí)行實(shí)時(shí)功能。

 

DRA821在一個(gè)集成的安全子系統(tǒng)中集成了最新的安全功能。此外，該器件通過了第三方評估機(jī)構(gòu)的功能安全認(rèn)證，達(dá)到了最高的ASIL標(biāo)準(zhǔn)（汽車安全完整性等級）ASIL-D。DRA821包括各種高速I/O，如四口千兆TSN以太網(wǎng)交換機(jī)、PCIe和USB 3.0，以及傳統(tǒng)的汽車外設(shè)，如CAN-FD和UART/LIN。

 

由于安全在汽車應(yīng)用中是最重要的，DRA821集成了一系列的安全功能，包括計(jì)算關(guān)鍵存儲(chǔ)器和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的ECC、防火墻、自檢診斷工具和錯(cuò)誤信號模塊，用于捕獲與功能安全有關(guān)的錯(cuò)誤。DRA821還集成了一系列安全功能，以防止外部攻擊，包括安全啟動(dòng)、加密加速、可信執(zhí)行環(huán)境、安全存儲(chǔ)、即時(shí)加密和用于安全管理的協(xié)處理器。

 

今天，軟件定義的汽車是完全有可能實(shí)現(xiàn)的。軟件和機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的使用有助于更好地預(yù)測車輛維護(hù)，同時(shí)也能保證乘客的安全。軟件定義的汽車將從根本上改變我們對汽車技術(shù)的看法，將車輛轉(zhuǎn)移到軟件領(lǐng)域的能力允許對車輛的長期更新進(jìn)行規(guī)劃。