打造夢想中的汽車不再僅僅圍繞著馬力和內飾等因素。隨著電動汽車市場的加速發(fā)展和邊緣計算擴展了汽車連接的新功能，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一些重大變化,。

　　軟件定義意味著利用其現(xiàn)有的硬件平臺,，以及移動可能已經(jīng)編碼在硬件或ROM中的功能，并將它們帶入到標準化硬件上運行的軟件層,。軟件層還增加了導入新功能的能力。消費者現(xiàn)在其實已經(jīng)正在使用軟件定義設備，例如智能手機便是,，透過應用商店連接到手機，并為手機提供不同的音訊串流能力,。

　　至于軟件定義的車輛,，包括了儀表板或ADAS系統(tǒng)。將所有這些能力都整合在一個軟件平臺上,，即使硬件保持不變,，OEM制造商或系統(tǒng)整合商與供應鏈都可以輕松選擇和更改構成該解決方案的軟件組件,。

　　汽車開發(fā)面臨挑戰(zhàn)

　　要達成ADAS、IVI,、電氣化動力系統(tǒng)與自動駕駛等目標,，汽車程序的復雜性就越來越高，且各項功能必須同時運行,。

　　圖一 : Arm亞太區(qū)車用市場資深總監(jiān)鄧志偉

　　隨著車輛的架構與功能持續(xù)演化,，系統(tǒng)的復雜度也越來越高。這些復雜化的發(fā)展也為驅使車用操作數(shù)件面對了全新的挑戰(zhàn),。Arm亞太區(qū)車用市場資深總監(jiān)鄧志偉指出,，當前汽車開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)在于，若要達成先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）,、車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）,、電氣化動力系統(tǒng)與自動駕駛等目標，程序的復雜性就將越來越高,，且各項功能還必須同時運行,，因此帶來了以下的挑戰(zhàn)：

　　對異質運算的需求提高

　　車輛演進后增加的功能及所需的效能，需要由各種不同的算法所構成的軟件來完成,。而不同的算法,，則需要不同型態(tài)的處理器來進行效能優(yōu)化。例如一般性的算法以CPU為主,，GPU則是為了顯示與圖形算法而設計的處理器,，至于影像相關的算法有ISP來增進效能，而神經(jīng)網(wǎng)絡的算法則有NPU來加速,。整合這么多種處理器的架構,，也就成為異質運算的架構。為了達到異質運算架構的目標,，不僅處理器IP設計的復雜度大幅增加,，同時芯片及軟件整合設計的難度及挑戰(zhàn)也提高很多。

　　將硬件（與軟件）區(qū)隔開并虛擬化

　　傳統(tǒng)汽車開發(fā)模式的汽車制造商,，是將每輛車上的電子控制單元（ECU）都搭載著仔細編碼過的軟件,，而且針對硬件與軟件，往往也都經(jīng)歷過嚴格的安全評估,。隨著功能域控制器,、區(qū)域控制器（Zonal）以及集中式運算架構的導入，現(xiàn)在車輛的硬件架構已出現(xiàn)變化,。底層硬件需要被虛擬化,、抽象化，軟件人員則可以此架構來開發(fā)具備可移植性、以及滿足不同功能安全要求的應用與服務,。同時,，也能更容易的導入云原生開發(fā)的架構。

　　關鍵的實時性與功能安全

　　在實時性與功能要求方面,，傳統(tǒng)做法可能是將不同的IP或功能層層迭加,，在關鍵的單元例如power train才會有功能性安全（Functional Safety）。但是當所有的處理器被整合進一個更大且復雜的系統(tǒng)時,，如何在整合的運算單元中處理不同子系統(tǒng)的功能安全與實時性要求,，就需要透過新的運算及系統(tǒng)架構來解決。

　　建立因應保密及資安要求的架構

　　資安的威脅層出不窮,，車行安全更是不容妥協(xié),。因此開發(fā)人員需要保密的架構，以確保車用信息得以安全的傳輸,、儲存及處理,。

　　為軟件的可移植性建立標準

　　透過打造云原生軟件的基礎架構，解決在不同硬件平臺之間軟件可移植性的需求,，可以確保在云端開發(fā)的軟件,，能在不同的異質邊緣平臺進行無縫、快速的部署,。

　　軟件定義汽車的重要性

　　圖二 : 軟件在促成汽車演進歷程中所扮演的角色更形重要,。

　　為了滿足在車用領域不斷演進的消費需求，運算也必須更為集中,。而軟件在促成這些演進歷程中所扮演的角色也更形重要,，進而影響了軟件的開發(fā)、部署及管理,，這也意味著以降低成本、時間與復雜性而廣為人知的云端原生開發(fā)方式,，比起傳統(tǒng)的形式更適合于現(xiàn)代化汽車應用的開發(fā),。

　　至于軟件定義包括了全新的電機電子架構、以及云原生軟件架構,。軟件定義之所以重要主要是因為以下原因：

　　可重組價值鏈

　　軟件定義將加速推動創(chuàng)新與效率,，打破過去價值鏈中定義規(guī)格、提供硬件及服務的上下游順序,。不但加快開發(fā)過程,，也可以為價值鏈中所有的利益關系人帶來好處與機會。例如：

　　●車廠與Tier 1：隨著軟件開發(fā)的成本大幅降低,，以及創(chuàng)新服務在售后的不斷推出,，車廠能夠創(chuàng)造新的營收來源。

　　●生態(tài)系：IC設計與軟件供貨商可專注于產(chǎn)品差異化，且軟件定義也讓更多云端應用開發(fā)者加入汽車創(chuàng)新行列,。

　　●消費者：更滿意于客制化的汽車功能與使用經(jīng)驗,。

　　降低成本

　　透過區(qū)域控制器與集中運算架構，可以有效降低硬件的總成本以及軟件的維護成本,。例如過去一部車里可能有超過100個MCU,，透過集中運算架構，則可能降低至10～20個左右,，大幅降低硬件購置,、布線的架設，與其他相關軟件維護的成本,。

　　車輛本身即為服務平臺

　　如同智能手機的使用經(jīng)驗一樣,，未來車輛本身即為服務平臺，透過軟件更新,，用戶可不斷享有新的服務與體驗,。每次的軟件升級，也都代表新的商機,，車廠可持續(xù)掌握新的營收來源,，以及與客戶更多的互動機會。

　　軟件更新更容易

　　透過云原生開放架構,，軟件可以開發(fā)得更快也更安全,，也更順利地部署在邊緣平臺上，使軟件更新變得容易,。

　　改善使用者經(jīng)驗

　　這點也是如同智能手機的使用經(jīng)驗,，透過每次軟件升級與更新，即可帶來不同的功能,、體驗,、樂趣與便利，進而提升使用者的車載體驗與滿意度,，車輛也可以使用得更久,。

　　縮短開發(fā)流程

　　全新的硬件參考平臺（Reference hardware platform）能支持軟件定義工作負載的開發(fā)與測試。開發(fā)人員得以使用SOAFEE參考實作,，針對包括座艙系統(tǒng),、先進駕駛輔助系統(tǒng)與自駕功能等各式應用與服務，于商品化之前,，可以在Arm架構的芯片系統(tǒng)上進行汽車工作負載的探索與測試,，加快產(chǎn)品開發(fā)流程。

　　硬件處理器優(yōu)化性能

　　汽車產(chǎn)業(yè)正朝向軟件定義汽車的轉型,，應對ECU（Eletronic Control Unit）整合,、數(shù)據(jù)驅動型汽車服務、安全云端連接和服務導向架構等方面問題，需要全新的汽車軟件開發(fā)方法,。汽車制造商和Tier-1供貨商面臨的全新挑戰(zhàn),，包括了多租戶（multi-tenancy）、網(wǎng)絡管理,、云端服務,、功能安全與進階安全技術等。恩智浦半導體就透過S32G GoldVIP,，來協(xié)助搭載S32G汽車網(wǎng)絡處理器的軟件定義汽車應對實時和應用程序開發(fā)挑戰(zhàn),。這種汽車整合平臺針對S32G處理器評估、軟件開發(fā)和快速原型設計工作提供多種價值主張,。

　　透過實時使用案例和資源監(jiān)測,，用戶可以快速觀察S32G的效能表現(xiàn)。藉由恩智浦預整合功能,、開源軟件和第三方軟件,，包括安全云端連接和無線更新服務，開發(fā)人員可以專注創(chuàng)造新型互聯(lián)汽車服務,，而無須耗費時間構建軟件基礎建設,。

　　另外，基于SiC（碳化硅）的高效能功率模塊可最大限度延長現(xiàn)有電動汽車的行駛里程,，加快充電速度,。到目前為止，電動汽車仍需要一個專用高速訊號處理器才能控制先進的SiC功率半導體,。意法半導體推出了新款車規(guī)MCU,，新產(chǎn)品針對電動汽車和汽車集中式電氣架構優(yōu)化了性能，有助于降低電動汽車成本,，延長續(xù)航里程,，加快充電速度。

　　ST的Stellar E MCU專為下一代軟件定義電動汽車而設計,，在芯片上整合了高速控制回路處理電路,，可以協(xié)助完成先進的電動汽車設計，同時確保電源管理具備很高的效能,，為車輛生命周期管理提供軟件定義的靈活性。現(xiàn)在,，只需一個MCU就能控制整個功率模塊,，不僅簡化模塊設計、節(jié)省成本,，還能更容易地達到汽車安全標準,，也可以為電動汽車創(chuàng)造新的價值鏈。

　　結語

　　過去，車輛是由硬件和置于其上的軟件所定義的,，但這樣的方式正在轉變,。像特斯拉這樣的公司，就是透過軟件的構建來制造新一代的汽車,?？傮w而言，我們看到車輛運營中心和車輛軟件平臺的重要性正與日俱增,。透過軟件定義,，安全無線更新軟件功能讓車商可以改善其控制策略，提升汽車的行駛里程,、性能和效能,。

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