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汽车产业百年变革!Arm用软件定义汽车:云端改变行业格局

2021-09-18 17:38 出处: 人气: 评论(0
【智能穿戴网】

汽车发展至今已有百年历程,在这波澜壮阔的一百年,汽车的发展变迁,即是自身产业的升级,也是科技迭代的缩影。从最开始仅承担驾驶运输属性,到如今的兼顾移动、舒适、豪华、科技感受于一体,汽车变得越来越复杂、越科技智能。

而这对汽车厂商和一线供应商同时提出了新的要求,除了愈发重视汽车硬件车身的制造之外,软件的重要性愈发凸显。而汽车也在向由此前的硬件驱动,逐步过渡到软件“驱动”。

不过,当前的汽车车身软件行业现状,分散式、单一化的微芯处理闭环,也越来越难以应对更加复杂、智能的用车场景。而且各大主机厂商,在软件开发上各自为营,没有整合出汽车软件行业的协同效应,对于资源也是一种无谓的消耗。

一、汽车产业百年升级大变革 ARM“软件定义汽车”应运而生

在此背景下,Arm提出了“软件定义汽车”这一构想,并且已经发布出制程式标准,以及云端软件开发、编译、测试平台,同时已经开始同主机厂、一线供应商展开合作。“软件定义汽车”已经完成了从概念到系统架构建成落地的转变。而接下来,就是吸引更多的汽车产业链的相关企业,以及专业人才,共同将架构搭建完善,产出更多得应用创新和高效替代方案。

9月16日上午,Arm召开“Arm SOAFEE Launch”沟通会,会议上,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 Simon Teng,对Arm“软件定义汽车”做出详尽解释说明。

“如今,汽车使用需求越来越多,联网在线OTA、高品质人机界面、自动辅助驾驶以及电驱性能提升等,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”,邓志伟在沟通会上指出。

“而且,随着复杂功能软件的叠加,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。同时,车厂和一级供应商都认识到,软件和硬件,在技术水平上的储备,对未来保持竞争力至关重要。为此,也、会投入巨量资源进行开发。不过,从行业整体来看,他们的投入有很多共同部分,而为了增进整个投资产出效率,能够有一个统一的平台,进行差异化功能和服务的开发,将会使所有产业链中的企业和用户收益,这也是Arm要发布软件架构的根本目的,是为了顺应和满足产业的需求。”

如果单纯从概念层面上理解,不少人都会觉得过于抽象,邓志伟进一步解释道,这个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,是我们会成立一个产业合作的组织来持续完善SOAFEE的设计。

如今,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。这个版本包含了启动云原生 (cloud-native) 的所有基本模块,所有相关的信息都可以在gitlab 的链接中找到。(下载链接)

二、整合软件平台减少重复“造车轮” 汽车行业整体链条受益

目前全球汽车的车身软件开发,和早期计算机应用软件的开发类似,没有统一的操作系统构建底层硬件的驱动和管理。而且因为汽车行业的特殊性,各车企间也不愿在此类核心软件技术上进行深入合作。

以丰田、大众这类跨国车企为例,其在汽车软件部门投入的人力,往往会超过数千人,但是即便如此,其车机系统的综合应用体验,仍然与世界顶级水平有差距。而且这其中,有不少软件功能,只是应用于底层基本硬件的驱动,各车企也大同小异。

因而,站在业外角度来看,如果有统一的软件架构平台,来为各大车企和供应商,提供集中式软件架构平台,以及云端开发、测试、管理模块,势必会强化业界的协同效应,减少各大车企的“重复造车轮”现状,降低投入成本,以及提升开发应用效率。

“对车厂和供应商来说,统一的汽车软件架构平台以及云端开发管理,使得软件开发成本大幅降低,同时,通过售后不断推出创新服务,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”邓志伟如此说道。

事实上,类似的汽车软件平台架构,此前也有其他企业尝试验证过,但是因为技术桎梏原因,始终没有成功落地。但而今,技术路线决定汽车软件开发必须走上云端、平台化、集成统一的模式。为此,Arm也当起了第一个吃螃蟹的人。

在Arm看来,软件定义汽车,必须要有以下几点实现的需求。

1、软件必须要具备可移植性,能够在不同的硬件当中去执行;

2、软件必须以云端技术开发构建和升级,让整个软件开发和维护成本将至最低;

3、汽车产业的特殊性,软件必须能够处理实时性、功能安全以及保密的要求;

4、软件必须符合开放式架构,只有如此才能打造更大的生态系统,更多人参与其中。

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。

三、底层架构优势协同整车 软硬测试平台提速增效

注意力转回到“软件定义汽车”架构上来,该架构的核心就是“SOAFEE” (Scalable Open Architecture For Embedded Edge)是一个由Arm以及汽车产业的领导厂商所提出的构想,这个项目已经投入了实际资源并得到了实现。

SOAFEE包括两部分,即是一个软件架构,通过扩增既有的云端技术,来实现汽车产业对实时性和功能安全的特殊要求。同时,他还是一个开源的现实参考,是以Arm Project Cassini中的SystemReady 开放标准为基础,来实现底层硬件的抽象化。

而SOAFEE的云原生 (cloud-native) 的概念,则是应用在汽车系统架构中。汽车端最底层的为硬件计算平台,在此之上是固件,作为系统软件与硬件之间的接口。而在系统软件之上包括各种的应用及服务,分别在各自独立的环境中运行,这个环境我们称为容器(container)。

在以云原生 (cloud-native) 为概念运行的系统中,这些container是在云端的环境中开发、测试及验证,然后,再经由一个编排器(Orchestrator)的软件模块,配置适当的软硬件资源给每一个container中的应用与服务,使它们能够在汽车中执行它们的工作,同时在云端另一个CI/CD (持续集成 / 持续交付) 的模块将负责管理,应用及服务的更新。

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,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。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。

此外,仅有愿景和缩短开发成本,对于行业人士的吸引力可能还远远不够,为此,Arm与Ampere 及ADLink(凌华科技)合作,设计了一个具备扩充功能及高性能的硬件参考平台。通过SOAFEE与这个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。

目前,Arm发布有两个平台,ADLink AVA Developer Platform、ADLink AVA-AP1,分别用作工程开发和实车测试。同时,SOAFEE的软件架构将云端的技术实现于汽车之上、SOAFEE的参考软件栈今天就可以下载,硬件开发平台也已开放预订。

另外一个缩短开发时间的现实意义为,传统汽车的开发流程需要三到四年时间,但是IC芯片的规格为三、四年前的标准。而Arm的SOAFEE解决方案,可在IC规格确定前,通过SOAFEE及硬件开发平台,来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程。

四、全球首个汽车软件平台 云端开发应用改变行业格局

当然,作为整个行业的开拓变革,Arm的“SOAFEE”架构,需要整个产业一块密切合作达成。Arm则在此着力推进,目前这个计划,已经得到了车厂、以及供应商以及软件生态系统伙伴的回应及参与。

对于Arm“SOAFEE”架构的到来,车厂和一级供应商都持欢迎的态度。邓志伟表示,此前,他们发布IC或者硬件平台之后,要不断对各厂商和系统软件,做不同的移植和定制化,对硬件厂商来说也是一个不小的负担和困扰。

而如果能够这样的界面标准化,对硬件厂商是有非常大的好处的,也让他们集中资源做自己的创新,以及在自身的硬件领域做一些性能上的差异化。这也是Arm“SOAFEE”架构最直接的现实意义。

另外,值得一提的是,目前市面上有非常多的云技术,但是实际情况中,汽车上应用的云技术,是没有办法直接从数据中心或者从服务器来移植。

其中最关键的是功能安全以及实时性的要求。举例来说,车子在100公里甚至是是200公里的时速下高速行驶的时候必须要导入功能安全,这对汽车来讲非常重要。同时它又必须要有实时性的要求。

在过去业界中,存在的这些云技术,都没有把功能安全以及实时性需求考虑进去。而SOAFEE的提出最大的贡献是把在container的技术中加上混合关键编排器(Mixed Criticality Orchestrator),也就是说让整个云端的云原生技术的元素能够加上功能安全,以及实时性的特性,这对于汽车产业来讲,尤其重要。

目前在整个业界,在市场上其实并没有任何一个其他完整的云端平台能满足这样的需求。所以SOAFEE是第一个针对汽车产业,实现真正把云端技术导入到汽车产业,满足汽车产业的架构。

同样的,Arm所提出的“SOAFEE”软件架构,作为一个技术平台,可能会有车厂或者供应商担心被技术垄断,而这对于他们来说,将会是沉重的打击。Arm为此也做出了额外的规避。

“Arm从一开始提出SOAFEE构想的时候,就去避免了这个问题。第一,它的架构完全开放,能够容纳各种不同的技术,从根本上避免被垄断。”邓志伟如此指出。“同时,架构还是开源,和大家去共享,也能避免软件设计被垄断。”

但另一方面,邓志伟也表示,很多车厂的所谓核心技术,不应构建实在没有办法区隔化、差异化的领域,比如像操作系统或容器机制。

车厂的差异化服务应该是在应用层和服务上面,这才是应该是他们跑马圈地做差异化服务的主要领域。比如当前最为火热的自动驾驶、辅助智能驾驶领域,这些服务应用层上的差异,也是各大车厂核心竞争力的体现,这一点与SOAFEE公共架构平台开源并不矛盾,也完美规避了垄断的质疑。

毫无疑问,无论是从内燃机向电动机转变,还是自动驾驶逐步替代人类驾驶,汽车的百年变革大幕已经拉开。消费者的购车习惯,也由此前的买车先看三大件,到如今的全面体验车辆的动力性、舒适感受、科技化配置。

汽车制造领域,软件的重要程度日益增加,甚至在电动车时代带来之后,软件性能才是车辆核心产品力的体现,这一点在特斯拉车型之上,也看到了不少苗头。

而此次,Arm带来了“软件定义汽车”的架构平台,对于车企、一级供应商和Arm来说,即是创新应用,又是一次机会。或许一个规范化的汽车软件云端开发、测试、应用软件平台的搭建,将会改写未来汽车的开发历程,而我们也正在见证和参与当中。

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