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Arm新技术助力:软件定义汽车产业的未来

随着汽车电子电气架构和功能的演进,消费者对汽车的需求也越来越多,这让汽车开发者投入更多精力在如何提供先进驾驶辅助系统(ADAS)、车载信息娱乐系统(IVI)、电气化动力系统和自动驾驶等功能上。正因如此,为了满足这些不断演进的消费者需求,计算必须变得更加集中化,而软件对实现这个目标至关重要。由此产生的软件开发、部署和管理方式的变化意味着云原生开发——这曾有效推动云基础设施产业降低成本、时间和复杂性的开发方式,比以往任何时候都更适用于汽车开发。

9月16日举办的Arm Auto Launch媒体沟通会上,Arm汽车和物联网事业部亚太区合作伙伴关系高级总监邓志伟先生向维科网及众多媒体朋友介绍了新的面向嵌入式边缘的可扩展开放架构SOAFEE,以及两款新的参考硬件平台。基于此,Arm在应对接下来汽车软件开发中代码日益复杂的挑战中,进一步加速实现汽车产业软件定义的未来。

Arm汽车和物联网事业部亚太区合作伙伴关系高级总监 邓志伟

据邓志伟介绍,随着消费者们对汽提出更高的要求,比如联网功能、高品质人机界面功能、自动辅助驾驶功能、以及电力系统性能提升等等,这些复杂的功能和服务已经没有办法由传统分散式ECU及MCU系统架构来完成。因此在硬件方面,集中式计算平台将会是未来的主流。同时,随着实现这些的复杂功能的软件也越来越复杂,利用云原生技术去改进软件的开发、构建、管理、更新的效率会变得越来越重要,软件开发和维护的成本会变得非常高。

另一方面,车厂跟一级供应商也都意识到,随着汽车硬件跟软件越来越复杂、越来越先进,他们必须掌握更多的软件与硬件的技术才能满足市场的需求,从而创造自己的价值。因此车厂和一级供应商在软件开发方面不断投入,甚至去主导IC的设计,但在过去,这些改变是很难想像的。

但这也导致了一个问题的出现,车厂跟一级供应商在硬件或软件方面有很多投入是存在交集的,如果有一个统一的软件定义汽车平台让大家去进行差异化功能和服务的开发,这会使所有产业链中的企业和用户受益。“这也是为什么Arm要发布这款全新的软件架构,从根本上是为了顺应和满足产业的需求。”邓志伟如是说。

SOAFEE——面向嵌入式边缘的可扩展开放架构

维科网了解到,这款全新的软件架构包含三个部分:

第一,是SOAFEE——Scalable Open Architecture for Embedded Edge,面向嵌入式边缘的可扩展开放架构,它是一套新的软件架构和开源参考实现,既可满足汽车的实时和安全需求,又能充分利用基于云原生开发的优势;

第二,是一个能够执行SOAFEE,以及开发各式功能及服务的硬件参考平台;

第三,Arm会成立一个产业合作的组织来持续完善SOAFEE的设计;

可以说,SOAFEE是汽车制造商、系统集成商、半导体、软件和云技术领先企业等携手合作的结晶。集百家之所长,SOAFEE为软件定义汽车开发了基于开放标准的新架构。邓志伟表示,SOAFEE的第一个版本,已经开放下载,硬件参考平台,也已经开放预订。此外,由这些领先企业组成的专家小组还为SOAFEE定义了参考实现,并将其作为免费的开源软件,实现广泛原型设计、工作负载探索和早期开发。Arm与领先的商用解决方案供应商携手合作,以最大限度地提高兼容性,并为功能安全设计提供更快的途径。

软件定义汽车,能给产业链带来哪些利好?

什么是软件定义(Software-Defined)?为什么要通过软件定义汽车?对车厂及一级供应商来说又能带来哪些利好?据邓志伟介绍,从Arm的角度来看,软件定义就是由软件启动和控制一个特定的功能,但不只如此,一个完整的软件定义还必须包含对底层硬件的抽象化,从而实现同样的软件在不同的硬件上都能顺畅运行。另外,软件定义还必须要能具备不断升级和更新的能力,而且,它必须是以云端技术作为开发和构建的基础,它会为整个产业链带来非常显著的益处。

邓志伟表示:“首先,对车厂及一级供应商来说,软件开发的成本会大幅降低,同时,通过售后不断地推出创新的服务,可以为车厂创造新的营收来源。报告显示,软件定义的实现可为车厂创造每台车多达2600-7500美金的额外利润。对IC设计及软件供应商而言,他们可以更好地实现产品的差异化,同时软件定义也会让更多的云端应用开发者加入汽车创新的行列。最后,消费者也会更满意定制化的汽车功能及使用体验。”

从技术角度来看,一个功能或服务在云端的环境中开发、测试及验证时,需要借助很多的云端技术来完成,Hardware Models 用来模拟硬件的环境,container/virtualization提供独立的软件执行环境及虚拟化,CI/CD(Continuous Integration and Continuous Delivery持续集成 / 持续交付)负责管理应用及服务的更新,编排器(Orchestrator)负责配置适当的软硬件资源给每一个容器 (container)。当该功能或服务被放到汽车中执行时,底层的硬件必须提供好的扩充能力以应付各式计算处理的需求,同时要能在一定的功耗下达到最佳的运作性能,也必须提供处理实时性,功能安全,及保密的技术。而Arm所提供的技术完全能满足这些要求,因此Arm能够由终端的IP技术出发,来完善软件定义汽车的架构以及整合产业链中对于软件定义汽车的要求。

因此,软件定义汽车必须要实现的需求包括:1、软件必须要具备可移植性,一份软件要能够在不同的硬件当中去执行;2、软件必须以云端的技术来开发构建和升级,让整个软件的开发和维护成本能够降到最低;3、由于汽车产业里面的一些特殊的要求,所以软件定义汽车的软件必须能够处理实时性、功能安全以及保密的要求;4、软件必须要去符合开放式的架构,因为开放式的标准才能创造更大的生态系统,让所有人都能参与其中。显然,SOAFEE能够满足所有的这些需求,并且为实现软件定义汽车打下基础。

邓志伟还详细介绍了SOAFEE是如何以云原生(cloud-native)的概念为基础来满足软件定义汽车的需求。首先SOAFEE是以SystemReady的开放标准来统一硬件及固件与系统软件的接口达到第一层的抽像化。同时,SOAFEE以管理程序(hypervisor)来管理不同操作系统之间共享资源的问题,同时以container run time及HAL(硬件抽像层,Hardware Abstraction Layer)作为另一个层级的抽像化。在云端,SOAFEE不只会去构建相同的软件环境,同时也会构建虚拟的硬件环境Virtual ECU ,以确保云端与终端间的一致性。邓志伟表示:“SOAFEE的另一个重要的贡献,就是将编排器(orchestrator) 改进成为能够处理功能安全及实时需求的软件模块。综合这些设计,我们希望SOAFEE能成为推动软件定义汽车的重要里程碑。”

汽车产业正处于关键拐点

当然,仅仅依靠SOAFEE来实现软件定义汽车的愿景是不够的的,为了让更多的开发者能够加入SOAFEE的行列,Arm与Ampere 及ADLink(凌华科技)合作,设计了具备扩充功能及高性能的硬件参考平台。通过SOAFEE与硬件参考平台的结合,开发者可以在这个系统中开发及试作各种应用及服务,例如座舱系统,驾驶辅助系统,甚至自驾功能。此外,通过SOAFEE及硬件开发平台,可以决定应用及服务的计算需求,如此一来不只可以降低规格不合的风险,也可以缩短整个开发时长。

据介绍,目前有两个不同用途的硬件参考平台:一个是工程开发平台 ADLink AVA Developer Platform,另一个是可以联结车载系统的实车测试用平台ADLink AVA-AP1。二者都具备三个高速的扩充接口,用来增加不同目地的处理器,例如GPU ,或ML加速器等。

如今,汽车产业正处于一个关键拐点,硬件的计算架构及软件功能为了迎合市场需求,只会变得越来越复杂。软件定义的技术能够解决这些复杂问题所带来的挑战,同时又能带来更多的创意,更有效率的开发,及更多的生意机会。当然,软件定义汽车的愿景是必须靠产业的密切合作才能达成,而Arm愿意以一己之力促成这个合作。也欢迎越来越多的车厂、一级供应商 (Tier 1)、硬件及软件生态系统伙伴加入这项计划。

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