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，這就是為什么汽車(chē)設計師正在重塑現代汽車(chē)的架構并向軟件定義的汽車(chē)遷移。

 

如今汽車(chē)內的許多系統是具有獨立功能的電子控制單元（ECU）的集合。這些ECU通過(guò)傳統的控制器區域網(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)力系統控制等。然而，高端汽車(chē)中的一百個(gè)或更多的ECU使得在每個(gè)ECU中實(shí)現下一代功能是不現實(shí)的。

 

為了解決這一限制，一種方法是用幾個(gè)計算平臺取代ECU。例如，車(chē)輛結構可以采用一個(gè)計算平臺來(lái)控制內部機艙的功能，如信息娛樂(lè )系統或儀表盤(pán)。另一個(gè)計算平臺控制車(chē)輛的運動(dòng)。軟件定義的車(chē)輛架構能夠在汽車(chē)的各個(gè)功能域帶來(lái)各種好處，包括更簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)和部署新功能，車(chē)輛內更有效的通信，以及通過(guò)邊緣處理訪(fǎng)問(wèn)云計算等。

 

以ECU為中心的汽車(chē)架構的局限性之一是增加新功能和能力時(shí)的復雜性。向現有系統添加功能的過(guò)程可能是復雜、緩慢且容易出錯的。在車(chē)輛的各個(gè)功能域中進(jìn)行軟件升級，可以簡(jiǎn)化汽車(chē)的更新維護和用戶(hù)功能。

 

一個(gè)軟件定義的汽車(chē)架構將功能和系統組合成功能域。與其單獨對待單個(gè)ECU或系統，OEMs可以將其視為一個(gè)單一的平臺。一旦OEM開(kāi)發(fā)了新的功能，軟件定義的車(chē)輛架構使其更容易添加各種功能。

 

傳統上，司機購買(mǎi)的車(chē)輛的功能是固定的。更新它們的過(guò)程是困難和昂貴的。軟件定義的汽車(chē)架構可以實(shí)現OTA更新。更新過(guò)程不再是涉及數百個(gè)ECU的復雜工作，而是更加簡(jiǎn)單明了。OEM可以向客戶(hù)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(lái)源。通過(guò)OTA，添加和更新功能可以像向手機或平板電腦添加功能一樣簡(jiǎn)單。

 

用SOA進(jìn)行更新

 

在軟件定義的車(chē)輛中，面向服務(wù)的架構（SOA）由松散耦合的服務(wù)組成，這些服務(wù)通過(guò)簡(jiǎn)單的、可互操作的接口進(jìn)行通信，通常是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )。例如，在一輛汽車(chē)中，GPS功能可以通過(guò)車(chē)內網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)調用來(lái)實(shí)現。SOA的一些好處包括硬件獨立、簡(jiǎn)化測試、更快的部署和跨領(lǐng)域的應用開(kāi)發(fā)。

 

SOA在其他市場(chǎng)上也有很長(cháng)的歷史，如網(wǎng)絡(luò )服務(wù)、SaaS和PaaS，也就是所謂的云計算。另一個(gè)汽車(chē)的例子是專(zhuān)門(mén)設計用來(lái)提供輪胎壓力數據的ECU。有可能取代輪胎壓力ECU或將其任務(wù)整合到一個(gè)更大的多功能ECU中。上游應用使用抽象接口與ECU進(jìn)行通信，因此改變ECU或通過(guò)SOA將任務(wù)整合到另一個(gè)ECU中并不影響它們。在胎壓系統中，輪胎壓力傳感器系統的組件可以來(lái)自不同的供應商或使用不同的傳感技術(shù)，因為輪胎壓力數據被聚集在一個(gè)較小的ECU中。

 

機器學(xué)習可以幫助完成駕駛輔助和預測性維護等任務(wù)。機器學(xué)習已經(jīng)被廣泛用于工業(yè)環(huán)境中，對機器的監測可以檢測并幫助預測故障的發(fā)生。將機器學(xué)習整合到車(chē)輛本身是可能的，但遠程處理中心可能提供額外的機器學(xué)習功能。另一種可能性是使用遠程數據中心來(lái)訓練機器學(xué)習算法，然后通過(guò)OTA更新將數據上傳到智能系統中。

 

軟件定義的汽車(chē)中的處理器需要大量的計算能力、高帶寬通信、功能安全和信息安全。計算資源可以進(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)現的功能（如解鎖車(chē)門(mén)）的高層邏輯對時(shí)間不敏感，而一個(gè)防鎖死的剎車(chē)系統是時(shí)間敏感的。剎車(chē)的調制速度必須足夠快，以避免打滑。

DRA821的功能框圖。實(shí)心黑框表示該IP是擴展MCU（EMCU）的一部分。虛線(xiàn)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）的計算系統中執行，類(lèi)似于個(gè)人電腦上的計算系統。實(shí)時(shí)功能在一個(gè)基于RTOS（實(shí)時(shí)操作系統）的計算系統中執行。在需要功能安全和保障的車(chē)輛功能與不需要的功能之間也有一個(gè)平衡。

 

例如，TI DRA821的設計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，負責執行實(shí)時(shí)功能。

 

DRA821在一個(gè)集成的安全子系統中集成了最新的安全功能。此外，該器件通過(guò)了第三方評估機構的功能安全認證，達到了最高的ASIL標準（汽車(chē)安全完整性等級）ASIL-D。DRA821包括各種高速I(mǎi)/O，如四口千兆TSN以太網(wǎng)交換機、PCIe和USB 3.0，以及傳統的汽車(chē)外設，如CAN-FD和UART/LIN。

 

由于安全在汽車(chē)應用中是最重要的，DRA821集成了一系列的安全功能，包括計算關(guān)鍵存儲器和內部數據總線(xiàn)的ECC、防火墻、自檢診斷工具和錯誤信號模塊，用于捕獲與功能安全有關(guān)的錯誤。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、可信執行環(huán)境、安全存儲、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(chē)是完全有可能實(shí)現的。軟件和機器學(xué)習系統的使用有助于更好地預測車(chē)輛維護，同時(shí)也能保證乘客的安全。軟件定義的汽車(chē)將從根本上改變我們對汽車(chē)技術(shù)的看法，將車(chē)輛轉移到軟件領(lǐng)域的能力允許對車(chē)輛的長(cháng)期更新進(jìn)行規劃。