“實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車需要從哪幾個(gè)方面同時(shí)考慮？”

2023年3月14-16日，2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日上，維克多汽車技術(shù)（上海）有限公司商業(yè)開發(fā)經(jīng)理張駿表示，首先是集中式電子電氣架構(gòu)，包括HPC節(jié)點(diǎn)和方位域控制器的引入；為了滿足愈發(fā)復(fù)雜的ECU功能需求，就需要進(jìn)一步引入高性能的硬件、微處理器等硬件；在此基礎(chǔ)上還需要強(qiáng)大的軟件開發(fā)平臺(tái)Vehicle OS為整車軟件開發(fā)提供支撐?！癘EM會(huì)在這一過程中占據(jù)主導(dǎo)地位，由OEM打造屬于自己的車載生態(tài)環(huán)境，讓不同的供應(yīng)商基于統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用層的開發(fā)工作?！?/p>

張駿介紹：Vehicle OS由Base Layer軟件和SW Factory組成，是針對整車HPC節(jié)點(diǎn)、車端、后臺(tái)應(yīng)用提供的統(tǒng)一、可操作性高、易于合作的軟件平臺(tái)，代表汽車軟件的整體生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方向。

張駿 | 維克多汽車技術(shù)（上海）有限公司商業(yè)開發(fā)經(jīng)理

智能汽車新四化的趨勢之下，整車架構(gòu)的變化

正式講Vehicle OS之前，首先談一下智能汽車新四化的趨勢之下，汽車電子電氣架構(gòu)的變革歷程。

在以前，整車架構(gòu)包括ECU的開發(fā)更多會(huì)從功能角度入手，工程師會(huì)根據(jù)具體需要實(shí)現(xiàn)的功能，將ECU開發(fā)好并安裝到車上，如果新增一個(gè)功能，就需要考慮新增ECU。比如說需要實(shí)現(xiàn)ESP的功能，就需要在車上部署一個(gè)ESP ECU。隨著智能汽車的發(fā)展，車輛的功能變得越來越復(fù)雜，如果仍然采用原來的開發(fā)方式，就會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)ECU的數(shù)量過多、車內(nèi)的線束設(shè)計(jì)過于復(fù)雜等問題。

為了避免這樣的問題，現(xiàn)在的E/E架構(gòu)正在朝著區(qū)域化、集中式的方向發(fā)展和變革。此類E/E架構(gòu)之下，車內(nèi)的節(jié)點(diǎn)大致分三類：

圖片來源：嘉賓演講材料

第一類，如圖所示，車輛中央的3個(gè)HPC節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然，這個(gè)數(shù)量是不固定的，實(shí)際可以有2個(gè)、3個(gè)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)，HPC節(jié)點(diǎn)也被稱之為車輛大腦。大家現(xiàn)在會(huì)在HPC節(jié)點(diǎn)上同時(shí)部署微控制器和微處理器，也就是MCU和SOC，以便確保硬件架構(gòu)可以滿足車輛復(fù)雜的功能要求，這樣在硬件上具備非常高的算力。比如，現(xiàn)在芯片廠商推出SoC的芯片，可以支持幾百甚至上千tops的算力。

圖片來源：嘉賓演講材料

從軟件架構(gòu)而言，HPC節(jié)點(diǎn)在開發(fā)中需要同時(shí)遵循AUTOSAR AP和CP規(guī)范。此外，大部分企業(yè)也會(huì)在HPC節(jié)點(diǎn)之上進(jìn)行一些其他功能的拓展，比如部署OTA，這也使得HPC節(jié)點(diǎn)可以被作為車輛此后更新功能的主要載體和接口。

第二類節(jié)點(diǎn)是Zonal ECUs，也就是域控制器，大家更習(xí)慣將其稱之為方位域控制器，方位域控制器被作為HPC節(jié)點(diǎn)和該方位域下游節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換接口，負(fù)責(zé)將HPC節(jié)點(diǎn)發(fā)出來的面向服務(wù)的通信指令轉(zhuǎn)化成下游節(jié)點(diǎn)能夠解析的基于信號的通信指令。同時(shí)方位域控制器一般來說在軟件架構(gòu)上遵循AUTOSAR CP規(guī)范做開發(fā)。

第三類節(jié)點(diǎn)，也就是最外圍的節(jié)點(diǎn)主要是負(fù)責(zé)傳統(tǒng)汽車功能的ECU，這些ECU具有高度復(fù)用性的特征，仍然采用傳統(tǒng)的解決方案或者遵循AUTOSAR CP做后期開發(fā)。

傳統(tǒng)架構(gòu)下，整車內(nèi)所有ECU的軟硬件開發(fā)復(fù)雜程度基本呈均勻分布的態(tài)勢。在新的EE架構(gòu)之下，不同節(jié)點(diǎn)的軟硬件復(fù)雜程度有明顯的分層：比如支撐最復(fù)雜功能和車輛主要計(jì)算性能的HPC ECU，復(fù)雜度最高；方位域控制器呈中等復(fù)雜度，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換工作；復(fù)雜度最低、復(fù)用性最強(qiáng)的是傳感器、執(zhí)行器或者機(jī)械節(jié)點(diǎn)的ECU，可定制化的程度也會(huì)相對低一些。

這種E/E架構(gòu)可以帶來哪些好處？首先是成本的降低，這主要來自于ECU的功能整合，節(jié)省了車內(nèi)節(jié)點(diǎn)，也降低了線束復(fù)雜度；第二，可持續(xù)性和環(huán)保性增強(qiáng)，在輕便化的線束設(shè)計(jì)之下，整車的重量呈現(xiàn)下降趨勢，排放出來的二氧化碳也會(huì)減少；第三，新的E/E架構(gòu)是整個(gè)行業(yè)進(jìn)入軟件定義汽車階段所不可或缺的條件，這種架構(gòu)才可以實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的解耦，并在車輛的生命周期之內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能的持續(xù)迭代，達(dá)到千車千面的最終愿景。

真正實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車的必要因素

但是，E/E架構(gòu)只是軟件定義的必要條件，而非充分條件，要真正實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車，還需要從以下幾個(gè)方面同時(shí)考慮。

第一，建立E/E架構(gòu)，引入HPC節(jié)點(diǎn)和方位域控制器；第二，引入高性能的硬件、微處理器，從而支撐車輛復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)；第三，建立強(qiáng)大的軟件開發(fā)平臺(tái)Vehicle OS，作為整車軟件開發(fā)的必要支撐。在這一過程中，OEM會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。由OEM打造屬于自己的車載生態(tài)環(huán)境。讓不同的供應(yīng)商基于統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行上層、應(yīng)用層的開發(fā)?？梢灶惐仁謾C(jī)，由不同的APP供應(yīng)商基于用戶實(shí)際的軟件需求不斷開發(fā)，這也是Vehicle OS存在的關(guān)鍵原因。

Vehicle OS主要覆蓋下圖紅色框圖標(biāo)記的部分，包括HPC節(jié)點(diǎn)、方位域控制器，還有個(gè)別復(fù)雜的傳感器、執(zhí)行器一類的ECU。

圖片來源：嘉賓演講材料

在我們看來，Vehicle OS不僅僅包括車內(nèi)節(jié)點(diǎn)，也包括運(yùn)營端和后臺(tái)的應(yīng)用，它是一個(gè)統(tǒng)一、易于合作的軟件平臺(tái)，由Base Layer軟件和SW Factory兩個(gè)關(guān)鍵部分組成。

Vehicle OS的組成部分和關(guān)鍵要素

Base Layer可以被理解為Vehicle OS在運(yùn)行時(shí)的一個(gè)軟件集合，這個(gè)集合可以針對不同ECU的具體實(shí)現(xiàn)方式和規(guī)范要求呈現(xiàn)不同的形態(tài)，如果是HPC節(jié)點(diǎn)，Base Layer就可以遵循AUTOSAR AP和CP的規(guī)范；如果是方位域控制器，就會(huì)遵循AUTOSAR CP的規(guī)范。另一個(gè)是SW Factory，也可以稱為軟件工廠，在車輛軟件開發(fā)、集成、測試和部署的全流程中，軟件工廠可以為每個(gè)環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的、易于操作的工具鏈。

除了以上兩點(diǎn)，Vehicle OS還有一個(gè)關(guān)鍵因素，那就是人，或者合作?；赩ehicle OS，OEM需要協(xié)調(diào)Tier 1等多方資源。

由于Vehicle OS是非常龐大的操作系統(tǒng)，它會(huì)覆蓋整個(gè)車輛軟件生命周期內(nèi)的所有環(huán)節(jié)，基本上沒有任何一家公司可以獨(dú)立完成Vehicle OS的開發(fā)和維護(hù)工作，即使是VECTOR目前所接觸到的最杰出OEM，也是需要協(xié)調(diào)各個(gè)供應(yīng)商之間的資源，共同地開發(fā)與維護(hù)Vehicle OS的環(huán)境，因此合作是Vehicle OS實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

圖片來源：嘉賓演講材料

接下來重點(diǎn)看一下Base Layer和Software Factory具體包含的內(nèi)容。

Base Layer和Software Factory的系統(tǒng)架構(gòu)與功能

Base Layer可以針對不同ECU的具體實(shí)現(xiàn)方式和規(guī)范要求呈現(xiàn)不同的形態(tài)，也就是針對不同的硬件平臺(tái)提供不同的內(nèi)容。首先從軟件架構(gòu)上來看，Base Layer被分為三層，最底層是和硬件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)和OS，比如BSP、Linux OS等等；中間層主要是中間件，包括基于中間件實(shí)現(xiàn)的功能拓展，比如AUTOSAR AP和CP；最上層是應(yīng)用層的開發(fā)。

在MCU硬件基礎(chǔ)之上，Base Layer提供啟動(dòng)代碼和Flash Bootloader刷寫代碼，負(fù)責(zé)ECU啟動(dòng)和軟件更新等功能的實(shí)現(xiàn)，針對特殊的應(yīng)用場景，比如通過硬件虛擬化不同的partition，不同分區(qū)獨(dú)立進(jìn)行開發(fā)，這時(shí)就可以應(yīng)用Hypervisor；向上是OS、Classic AUTOSAR中間件；接著是系統(tǒng)功能層（System Functions），例如OTA、數(shù)據(jù)采集等功能的拓展，最上面是應(yīng)用層。

左側(cè)是HSM硬件加密部分，HSM具有獨(dú)立的內(nèi)核和獨(dú)立的內(nèi)存儲(chǔ)存空間，可以通過硬件加速，帶來整個(gè)加密算法性能的提升，密鑰和敏感數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)也都可以在上面實(shí)現(xiàn)。HSM硬件之上，Base Layer也可以提供HSM updater，OS以及HSM固件本身。

最左側(cè)是新一代的智能switch，它有自己獨(dú)立的內(nèi)核能夠運(yùn)行獨(dú)立的firmware，和通過MCU控制來完成switch的配置初始化相比，這種架構(gòu)的優(yōu)勢是，能夠大幅度提高ECU的啟動(dòng)速度，同時(shí)通過把部分ETH功能例如時(shí)間同步功能轉(zhuǎn)移到switch上實(shí)現(xiàn)，可以降低MCU的負(fù)載，因此Base Layer也包含在switch上運(yùn)行的啟動(dòng)代碼，F(xiàn)lash Bootloader, OS和firmware.

除此之外，如果涉及到不同核間的通信，例如AUTOSAR核和HSM核之間的服務(wù)調(diào)用，需要借助核間通信IPC來實(shí)現(xiàn)。

MCU的右側(cè)模塊是和SoC密切相關(guān)，也就是和HPC ECU開發(fā)相關(guān)的Base Layer架構(gòu)呈現(xiàn)。

這一部分的架構(gòu)同MCU的整體架構(gòu)類似，Base Layer也是負(fù)責(zé)硬件基礎(chǔ)之上啟動(dòng)代碼、IPC、OS等等，其中和MCU側(cè)是一些細(xì)微的細(xì)節(jié)差別：比如HPC一般都會(huì)部署Linux os。再看中間件部分，Base Layer一般會(huì)針對ADAS、IVI等不同的HPC節(jié)點(diǎn)部署不同的中間件形式，并在其上進(jìn)行功能的拓展，比如車云診斷協(xié)同、UCM Master等。

圖片來源：嘉賓演講材料

第二個(gè)重要組成部分是SW Factory（軟件工廠），對VECTOR而言，軟件工廠和所運(yùn)行的軟件具有同樣重要的地位。

如果沒有這樣一套完整的機(jī)制和流程，就很難確保在有限的時(shí)間內(nèi)，將不同開發(fā)人員的代碼進(jìn)行整合，以便及時(shí)、有效、快速地完成持續(xù)集成、持續(xù)測試、持續(xù)開發(fā)的全部流程。軟件工廠會(huì)把Base Layer和應(yīng)用層代碼都使用自動(dòng)化腳本進(jìn)行ECU集成。同步，在云端或者服務(wù)器端，也支持把應(yīng)用程代碼集成進(jìn)來，充分利用云資源的靈活性，同步進(jìn)行邏輯開發(fā)。之后將兩者結(jié)果合并，更好的完成整車VOS的集成，以及最后VOS軟件的更新和部署。而在這整個(gè)過程中，軟件工廠的核心意義就在于自動(dòng)化的完成集成、測試和部署工作。

圖片來源：嘉賓演講材料

總而言之，Vehicle OS是為了幫助實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜而敏捷的車型開發(fā)工作而誕生的。為了助力OEM打造自主自研的車載生態(tài)系統(tǒng)，VECTOR不僅可以提供成熟的軟件服務(wù)方案，也可以提供完整的工具鏈支持，讓我們一起創(chuàng)造汽車軟件的未來！

（以上內(nèi)容來自維克多汽車技術(shù)（上海）有限公司商業(yè)開發(fā)經(jīng)理張駿于2023年3月14日-16日在2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日發(fā)表的《為軟件定義汽車賦能的Vehicle OS》主題演講。）

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