自動駕駛、電氣化和與云端連接的趨勢正在使軟件成為優(yōu)先事項，這就是為什么汽車設計師正在重塑現(xiàn)代汽車的架構并向軟件定義的汽車遷移。

 

如今汽車內的許多系統(tǒng)是具有獨立功能的電子控制單元（ECU）的集合。這些ECU通過傳統(tǒng)的控制器區(qū)域網絡、本地互連網絡和其他低帶寬網絡進行通信。ECU也被劃分為各種功能域，如動力系統(tǒng)控制等。然而，高端汽車中的一百個或更多的ECU使得在每個ECU中實現(xiàn)下一代功能是不現(xiàn)實的。

 

為了解決這一限制，一種方法是用幾個計算平臺取代ECU。例如，車輛結構可以采用一個計算平臺來控制內部機艙的功能，如信息娛樂系統(tǒng)或儀表盤。另一個計算平臺控制車輛的運動。軟件定義的車輛架構能夠在汽車的各個功能域帶來各種好處，包括更簡單的開發(fā)和部署新功能，車輛內更有效的通信，以及通過邊緣處理訪問云計算等。

 

以ECU為中心的汽車架構的局限性之一是增加新功能和能力時的復雜性。向現(xiàn)有系統(tǒng)添加功能的過程可能是復雜、緩慢且容易出錯的。在車輛的各個功能域中進行軟件升級，可以簡化汽車的更新維護和用戶功能。

 

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

 

傳統(tǒng)上，司機購買的車輛的功能是固定的。更新它們的過程是困難和昂貴的。軟件定義的汽車架構可以實現(xiàn)OTA更新。更新過程不再是涉及數(shù)百個ECU的復雜工作，而是更加簡單明了。OEM可以向客戶提供廣泛的軟件服務，并將這些服務作為一個收入來源。通過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單。

 

用SOA進行更新

 

在軟件定義的車輛中，面向服務的架構（SOA）由松散耦合的服務組成，這些服務通過簡單的、可互操作的接口進行通信，通常是通過網絡。例如，在一輛汽車中，GPS功能可以通過車內網絡的服務調用來實現(xiàn)。SOA的一些好處包括硬件獨立、簡化測試、更快的部署和跨領域的應用開發(fā)。

 

SOA在其他市場上也有很長的歷史，如網絡服務、SaaS和PaaS，也就是所謂的云計算。另一個汽車的例子是專門設計用來提供輪胎壓力數(shù)據的ECU。有可能取代輪胎壓力ECU或將其任務整合到一個更大的多功能ECU中。上游應用使用抽象接口與ECU進行通信，因此改變ECU或通過SOA將任務整合到另一個ECU中并不影響它們。在胎壓系統(tǒng)中，輪胎壓力傳感器系統(tǒng)的組件可以來自不同的供應商或使用不同的傳感技術，因為輪胎壓力數(shù)據被聚集在一個較小的ECU中。

 

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

 

軟件定義的汽車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。計算資源可以進一步分成用于實時和非實時功能的資源。一個已實現(xiàn)的功能（如解鎖車門）的高層邏輯對時間不敏感，而一個防鎖死的剎車系統(tǒng)是時間敏感的。剎車的調制速度必須足夠快，以避免打滑。

DRA821的功能框圖。實心黑框表示該IP是擴展MCU（EMCU）的一部分。虛線黑框表示該IP的一些實例存在于EMCU中，一些實例存在于主域的非EMCU部分。

 

非實時功能通常在基于HLOS（高級操作系統(tǒng)）的計算系統(tǒng)中執(zhí)行，類似于個人電腦上的計算系統(tǒng)。實時功能在一個基于RTOS（實時操作系統(tǒng)）的計算系統(tǒng)中執(zhí)行。在需要功能安全和保障的車輛功能與不需要的功能之間也有一個平衡。

 

例如，TI DRA821的設計就考慮到了這些功能。DRA821的核心是一個雙核ARM Cortex A72集群，其處理能力足以執(zhí)行所有非實時功能。四個集成的Cortex R5F與主處理器（A72集群）并行，負責執(zhí)行實時功能。

 

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

 

由于安全在汽車應用中是最重要的，DRA821集成了一系列的安全功能，包括計算關鍵存儲器和內部數(shù)據總線的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、加密加速、可信執(zhí)行環(huán)境、安全存儲、即時加密和用于安全管理的協(xié)處理器。

 

今天，軟件定義的汽車是完全有可能實現(xiàn)的。軟件和機器學習系統(tǒng)的使用有助于更好地預測車輛維護，同時也能保證乘客的安全。軟件定義的汽車將從根本上改變我們對汽車技術的看法，將車輛轉移到軟件領域的能力允許對車輛的長期更新進行規(guī)劃。