軟件定義汽車(chē)的設(shè)計(jì)初衷是在汽車(chē)整個(gè)生命周期內(nèi)通過(guò)無(wú)線更新不斷增強(qiáng)。基于云的虛擬化新技術(shù)允許開(kāi)發(fā)始于芯片量產(chǎn)之前，并延續(xù)到汽車(chē)上路之后。

　　嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件通常緊密相連，錯(cuò)綜復(fù)雜。開(kāi)發(fā)人員面對(duì)有限資源和緊迫截止日期等限制，還要確保無(wú)縫集成。這需要進(jìn)行多輪器件測(cè)試。

　　這種方法對(duì)于快速的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期并不適用，也不符合以服務(wù)為導(dǎo)向的商業(yè)模式的要求。汽車(chē)制造商正在逐步接受軟件定義汽車(chē)（SDV）的概念，而不是僅依靠維修期間進(jìn)行的關(guān)鍵或有限的固件更新。SDV的目標(biāo)是在其整個(gè)生命周期內(nèi)持續(xù)發(fā)展和增強(qiáng)。

　　實(shí)現(xiàn)SDV必須采取平臺(tái)方法。通過(guò)將硬件和軟件解耦，應(yīng)用程序和架構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加靈活，并且可以隨著時(shí)間的推移添加其他功能。解耦還有助于在不同車(chē)型中增加軟件復(fù)用，減少平臺(tái)之間的適應(yīng)成本。車(chē)主還將享受到更高的安全性和可靠性，同時(shí)降低能耗。

　　這種方法將徹底顛覆汽車(chē)軟件開(kāi)發(fā)。我們將看到行業(yè)“向左移動(dòng)”，即使在原型硬件未量產(chǎn)的情況下，軟件也能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期的早期完成。同時(shí)，該行業(yè)還可以“向右延伸”，在車(chē)輛售出后繼續(xù)進(jìn)行更新。這讓汽車(chē)制造商能夠通過(guò)基于云的服務(wù)尋找新的收入源，讓不同車(chē)型的車(chē)主都可以享用他們的服務(wù)，并通過(guò)無(wú)線（OTA）更新在汽車(chē)的整個(gè)生命周期內(nèi)添加功能。

　　“向左移動(dòng)，向右延伸”框圖

　　在持續(xù)集成和部署的基礎(chǔ)上構(gòu)建

　　持續(xù)集成和持續(xù)部署（或近持續(xù)部署）概念在企業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成功應(yīng)用多年。“向左移動(dòng)”和“向右延伸”是合乎邏輯的下一步。如果開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)選擇了正確的軟件開(kāi)發(fā)方法，這兩者的要求在很大程度上是一致的。

　　SDV與其他嵌入式系統(tǒng)和支持技術(shù)沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。例如，虛擬化和軟件容器可以隔離軟件模塊，并將其從底層硬件中抽象出來(lái)。這種方法的優(yōu)勢(shì)是能更加輕松地與多項(xiàng)增值服務(wù)的云流程集成。這類(lèi)服務(wù)通常將核心汽車(chē)功能與人工智能（AI）和基于云的分析相結(jié)合。

　　嵌入式系統(tǒng)的核心變化在于不再需要在物理硬件上進(jìn)行大量的原型制作，或者至少盡量減少相關(guān)工作，以確保對(duì)時(shí)序和硬件行為的假設(shè)符合實(shí)際情況。然而，嵌入式系統(tǒng)確實(shí)需要一個(gè)額外的組件。

　　虛擬化和模擬如何助力開(kāi)發(fā)

　　容器化是在云環(huán)境中采用持續(xù)集成和部署方法的重要要素，能夠減少應(yīng)用程序?qū)τ布囊蕾囆?。?yīng)用程序可以與測(cè)試所用的支持庫(kù)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一起打包，從而與底層操作系統(tǒng)隔離開(kāi)。在嵌入式環(huán)境中，需要額外的隔離和保護(hù)層，由虛擬化技術(shù)提供。在虛擬化環(huán)境下，管理程序?qū)/O消息映射到底層硬件。管理程序?qū)μ摂M平臺(tái)的管理還有助于安全隔離在同一處理器復(fù)合體上運(yùn)行的獨(dú)立任務(wù)。

　　容器化提高了汽車(chē)制造商部署更新的靈活性和能力。這對(duì)于需要頻繁進(jìn)行OTA更新的系統(tǒng)部分特別有幫助，例如車(chē)艙內(nèi)的娛樂(lè)中控模塊。盡管這些模塊將更加獨(dú)立，但硬件接口及其依賴關(guān)系對(duì)汽車(chē)的實(shí)時(shí)控制和安全系統(tǒng)仍然非常重要。開(kāi)發(fā)人員需要了解硬件變化如何影響他們的軟件，而數(shù)字孿生技術(shù)能夠解決這個(gè)問(wèn)題。

　　數(shù)字孿生是一種復(fù)制硬件和固件行為的虛擬模型。在數(shù)字孿生技術(shù)的加持下，開(kāi)發(fā)人員無(wú)需訪問(wèn)硬件即可完成大部分測(cè)試。數(shù)字孿生可以在交互式調(diào)試模式或高度自動(dòng)化的回歸測(cè)試套件中運(yùn)行，既可以在桌面工具上，也可以在基于云的容器中進(jìn)行?；貧w測(cè)試通過(guò)執(zhí)行多種測(cè)試，加速了在進(jìn)行變更時(shí)的質(zhì)量控制檢查。另外，團(tuán)隊(duì)還能利用分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，更快地發(fā)現(xiàn)bug。

　　可以針對(duì)任何代碼模塊或子系統(tǒng)進(jìn)行更新測(cè)試，查看變更是否會(huì)導(dǎo)致意外的交互或問(wèn)題。數(shù)字孿生并不能在項(xiàng)目中完全取代硬件。傳統(tǒng)的硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試仍然是檢查數(shù)字孿生模擬在實(shí)際條件下的行為的必要手段，但一旦解決了行為差異，數(shù)字孿生可以廣泛用于支持中期更新。廣泛的硬件前測(cè)試可以通過(guò)云端在多臺(tái)服務(wù)器上高速運(yùn)行，使汽車(chē)制造商有信心在準(zhǔn)備就緒后立即大規(guī)模部署基于新功能的OTA更新。

　　SDV虛擬模型

　　使用非常精細(xì)和詳細(xì)的模型

　　模型的準(zhǔn)確性非常重要，盡管許多測(cè)試并不需要完全精確定時(shí)的模型。高度精細(xì)和詳細(xì)的模型通常運(yùn)行速度較慢，而那些為分析目標(biāo)處理器的指令吞吐量和應(yīng)用邏輯而優(yōu)化的模型則更快。通過(guò)僅運(yùn)行需要完全詳細(xì)模擬的組件或子系統(tǒng)模型的分區(qū)，可以簡(jiǎn)化測(cè)試時(shí)間和驗(yàn)證流程。

　　盡管汽車(chē)制造商和子系統(tǒng)供應(yīng)商可以自行構(gòu)建數(shù)字孿生模型，但與合適的半導(dǎo)體供應(yīng)商建立合作關(guān)系具有顯著的優(yōu)勢(shì)。恩智浦半導(dǎo)體等供應(yīng)商承諾，在產(chǎn)品交付給汽車(chē)制造商組裝成原型和最終產(chǎn)品之前，提前一年開(kāi)發(fā)其芯片平臺(tái)模型。

　　數(shù)字模型還可以幫助汽車(chē)制造商和子系統(tǒng)供應(yīng)商了解架構(gòu)創(chuàng)新能夠?yàn)槟繕?biāo)應(yīng)用帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)。磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（MRAM）就是一個(gè)很好的例子。它是閃存的高性能替代方案，同時(shí)克服了易失性DRAM和SRAM在持久數(shù)據(jù)方面的局限性?；灸Ｐ涂梢詫㈤W存和MRAM等非易失性存儲(chǔ)器視為等效存儲(chǔ)器，在延遲或帶寬方面沒(méi)有區(qū)別。而更準(zhǔn)確的模型則可以反映出它們?cè)谧x寫(xiě)時(shí)間和其他行為方面的差異。

　　這些差異可以通過(guò)更改代碼庫(kù)來(lái)加以利用，從而充分發(fā)揮現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。因此，通過(guò)采用以模型為中心的開(kāi)發(fā)方法，軟件團(tuán)隊(duì)可以幫助指定未來(lái)的硬件實(shí)現(xiàn)方案，以提升多代產(chǎn)品的性能。

　　持續(xù)改進(jìn)

　　支持“向右延伸”的方法將不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)收入。除了對(duì)汽車(chē)本身進(jìn)行OTA更新外，汽車(chē)制造商還可以從運(yùn)行系統(tǒng)中收集傳感器數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用于多種機(jī)器學(xué)習(xí)和分析系統(tǒng)。這些信息可以在篩選后應(yīng)用于數(shù)字孿生模擬，以評(píng)估現(xiàn)實(shí)世界中的性能。

　　這樣，在新的OTA更新部署之前，可以在回歸環(huán)境中測(cè)試改進(jìn)，從而減少開(kāi)發(fā)和部署之間的時(shí)間，加快產(chǎn)品改進(jìn)的周期。這不僅能增強(qiáng)現(xiàn)有硬件，還能為未來(lái)的技術(shù)變革奠定基礎(chǔ)。這也進(jìn)一步證明，包含持續(xù)集成和數(shù)字孿生的整體開(kāi)發(fā)方法有助于簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和支持。

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