軟件定義汽車未來趨勢：革新產(chǎn)品開發(fā)生命周期

軟件定義汽車的設(shè)計初衷是在汽車整個生命周期內(nèi)通過無線更新不斷增強(qiáng)?；谠频奶摂M化新技術(shù)允許開發(fā)始于芯片量產(chǎn)之前，并延續(xù)到汽車上路之后。

嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件通常緊密相連，錯綜復(fù)雜。開發(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)品開發(fā)生命周期并不適用，也不符合以服務(wù)為導(dǎo)向的商業(yè)模式的要求。汽車制造商正在逐步接受軟件定義汽車(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(biāo)是在其整個生命周期內(nèi)持續(xù)發(fā)展和增強(qiáng)。

實現(xiàn)SDV必須采取平臺方法。通過將硬件和軟件解耦，應(yīng)用程序和架構(gòu)設(shè)計變得更加靈活，并且可以隨著時間的推移添加其他功能。解耦還有助于在不同車型中增加軟件復(fù)用，減少平臺之間的適應(yīng)成本。車主還將享受到更高的安全性和可靠性，同時降低能耗。

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

“向左移動，向右延伸”框圖

在持續(xù)集成和部署的基礎(chǔ)上構(gòu)建

持續(xù)集成和持續(xù)部署(或近持續(xù)部署)概念在企業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成功應(yīng)用多年。“向左移動”和“向右延伸”是合乎邏輯的下一步。如果開發(fā)團(tuán)隊選擇了正確的軟件開發(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(tǒng)和支持技術(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)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。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。這類服務(wù)通常將核心汽車功能與人工智能(AI)和基于云的分析相結(jié)合。

嵌入式系統(tǒng)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，以確保對時序和硬件行為的假設(shè)符合實際情況。然而，嵌入式系統(tǒng)確實需要一個額外的組件。

虛擬化和模擬如何助力開發(fā)

容器化是在云環(huán)境中采用持續(xù)集成和部署方法的重要要素，能夠減少應(yīng)用程序?qū)τ布囊蕾囆浴?yīng)用程序可以與測試所用的支持庫和設(shè)備驅(qū)動程序一起打包，從而與底層操作系統(tǒng)隔離開。在嵌入式環(huán)境中，需要額外的隔離和保護(hù)層，由虛擬化技術(shù)提供。在虛擬化環(huán)境下，管理程序?qū)/O消息映射到底層硬件。管理程序?qū)μ摂M平臺的管理還有助于安全隔離在同一處理器復(fù)合體上運(yùn)行的獨立任務(wù)。

容器化提高了汽車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(tǒng)部分特別有幫助，例如車艙內(nèi)的娛樂中控模塊。盡管這些模塊將更加獨立，但硬件接口及其依賴關(guān)系對汽車的實時控制和安全系統(tǒng)仍然非常重要。開發(fā)人員需要了解硬件變化如何影響他們的軟件，而數(shù)字孿生技術(shù)能夠解決這個問題。

數(shù)字孿生是一種復(fù)制硬件和固件行為的虛擬模型。在數(shù)字孿生技術(shù)的加持下，開發(fā)人員無需訪問硬件即可完成大部分測試。數(shù)字孿生可以在交互式調(diào)試模式或高度自動化的回歸測試套件中運(yùn)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測試通過執(zhí)行多種測試，加速了在進(jìn)行變更時的質(zhì)量控制檢查。另外，團(tuán)隊還能利用分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，更快地發(fā)現(xiàn)bug。

可以針對任何代碼模塊或子系統(tǒng)進(jìn)行更新測試，查看變更是否會導(dǎo)致意外的交互或問題。數(shù)字孿生并不能在項目中完全取代硬件。傳統(tǒng)的硬件在環(huán)(HIL)測試仍然是檢查數(shù)字孿生模擬在實際條件下的行為的必要手段，但一旦解決了行為差異，數(shù)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云端在多臺服務(wù)器上高速運(yùn)行，使汽車制造商有信心在準(zhǔn)備就緒后立即大規(guī)模部署基于新功能的OTA更新。

SDV虛擬模型

使用非常精細(xì)和詳細(xì)的模型

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

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

數(shù)字模型還可以幫助汽車制造商和子系統(tǒng)供應(yīng)商了解架構(gòu)創(chuàng)新能夠為目標(biāo)應(yīng)用帶來哪些優(yōu)勢。磁阻隨機(jī)存取存儲器(MRAM)就是一個很好的例子。它是閃存的高性能替代方案，同時克服了易失性DRAM和SRAM在持久數(shù)據(jù)方面的局限性。基本模型可以將閃存和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有區(qū)別。而更準(zhǔn)確的模型則可以反映出它們在讀寫時間和其他行為方面的差異。

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

持續(xù)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。除了對汽車本身進(jìn)行OTA更新外，汽車制造商還可以從運(yùn)行系統(tǒng)中收集傳感器數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用于多種機(jī)器學(xué)習(xí)和分析系統(tǒng)。這些信息可以在篩選后應(yīng)用于數(shù)字孿生模擬，以評估現(xiàn)實世界中的性能。

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)，從而減少開發(fā)和部署之間的時間，加快產(chǎn)品改進(jìn)的周期。這不僅能增強(qiáng)現(xiàn)有硬件，還能為未來的技術(shù)變革奠定基礎(chǔ)。這也進(jìn)一步證明，包含持續(xù)集成和數(shù)字孿生的整體開發(fā)方法有助于簡化產(chǎn)品設(shè)計和支持。

作者：

Andy Birnie

恩智浦半導(dǎo)體汽車系統(tǒng)工程主管

Andy Birnie負(fù)責(zé)系統(tǒng)概念原型制作，致力于為軟件定義汽車開發(fā)系統(tǒng)解決方案和工具，提升汽車性能及其開發(fā)效率。Birnie整合恩智浦的專業(yè)知識、市場領(lǐng)先的產(chǎn)品和獨特的軟件，創(chuàng)建系統(tǒng)解決方案，為客戶帶來巨大的價值。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(dān)任過多個技術(shù)、產(chǎn)品和系統(tǒng)開發(fā)職位。