打造夢(mèng)想中的汽車不再僅僅圍繞著馬力和內(nèi)飾等因素。隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的加速發(fā)展和邊緣計(jì)算擴(kuò)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(tái)，以及移動(dòng)可能已經(jīng)編碼在硬件或ROM中的功能，并將它們帶入到標(biāo)準(zhǔn)化硬件上運(yùn)行的軟件層。軟件層還增加了導(dǎo)入新功能的能力。消費(fèi)者現(xiàn)在其實(shí)已經(jīng)正在使用軟件定義設(shè)備，例如智能手機(jī)便是，透過應(yīng)用商店連接到手機(jī)，并為手機(jī)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(gè)軟件平臺(tái)上，即使硬件保持不變，OEM制造商或系統(tǒng)整合商與供應(yīng)鏈都可以輕松選擇和更改構(gòu)成該解決方案的軟件組件。

　　汽車開發(fā)面臨挑戰(zhàn)

　　要達(dá)成ADAS、IVI、電氣化動(dòng)力系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛等目標(biāo)，汽車程序的復(fù)雜性就越來越高，且各項(xiàng)功能必須同時(shí)運(yùn)行。

　　圖一 : Arm亞太區(qū)車用市場(chǎng)資深總監(jiān)鄧志偉

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

　　對(duì)異質(zhì)運(yùn)算的需求提高

　　車輛演進(jìn)后增加的功能及所需的效能，需要由各種不同的算法所構(gòu)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(jìn)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(shè)計(jì)的處理器，至于影像相關(guān)的算法有ISP來增進(jìn)效能，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法則有NPU來加速。整合這么多種處理器的架構(gòu)，也就成為異質(zhì)運(yùn)算的架構(gòu)。為了達(dá)到異質(zhì)運(yùn)算架構(gòu)的目標(biāo)，不僅處理器IP設(shè)計(jì)的復(fù)雜度大幅增加，同時(shí)芯片及軟件整合設(shè)計(jì)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(xì)編碼過的軟件，而且針對(duì)硬件與軟件，往往也都經(jīng)歷過嚴(yán)格的安全評(píng)估。隨著功能域控制器、區(qū)域控制器（Zonal）以及集中式運(yùn)算架構(gòu)的導(dǎo)入，現(xiàn)在車輛的硬件架構(gòu)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(gòu)來開發(fā)具備可移植性、以及滿足不同功能安全要求的應(yīng)用與服務(wù)。同時(shí)，也能更容易的導(dǎo)入云原生開發(fā)的架構(gòu)。

　　關(guān)鍵的實(shí)時(shí)性與功能安全

　　在實(shí)時(shí)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(guān)鍵的單元例如power train才會(huì)有功能性安全（Functional Safety）。但是當(dāng)所有的處理器被整合進(jìn)一個(gè)更大且復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，如何在整合的運(yùn)算單元中處理不同子系統(tǒng)的功能安全與實(shí)時(shí)性要求，就需要透過新的運(yùn)算及系統(tǒng)架構(gòu)來解決。

　　建立因應(yīng)保密及資安要求的架構(gòu)

　　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(gòu)，以確保車用信息得以安全的傳輸、儲(chǔ)存及處理。

　　為軟件的可移植性建立標(biāo)準(zhǔn)

　　透過打造云原生軟件的基礎(chǔ)架構(gòu)，解決在不同硬件平臺(tái)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(zhì)邊緣平臺(tái)進(jìn)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(jìn)歷程中所扮演的角色更形重要。

　　為了滿足在車用領(lǐng)域不斷演進(jìn)的消費(fèi)需求，運(yùn)算也必須更為集中。而軟件在促成這些演進(jìn)歷程中所扮演的角色也更形重要，進(jìn)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(shí)間與復(fù)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(yīng)用的開發(fā)。

　　至于軟件定義包括了全新的電機(jī)電子架構(gòu)、以及云原生軟件架構(gòu)。軟件定義之所以重要主要是因?yàn)橐韵略颍?/p>

　　可重組價(jià)值鏈

　　軟件定義將加速推動(dòng)創(chuàng)新與效率，打破過去價(jià)值鏈中定義規(guī)格、提供硬件及服務(wù)的上下游順序。不但加快開發(fā)過程，也可以為價(jià)值鏈中所有的利益關(guān)系人帶來好處與機(jī)會(huì)。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(wù)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(shè)計(jì)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(yīng)用開發(fā)者加入汽車創(chuàng)新行列。

　　●消費(fèi)者：更滿意于客制化的汽車功能與使用經(jīng)驗(yàn)。

　　降低成本

　　透過區(qū)域控制器與集中運(yùn)算架構(gòu)，可以有效降低硬件的總成本以及軟件的維護(hù)成本。例如過去一部車?yán)锟赡苡谐^100個(gè)MCU，透過集中運(yùn)算架構(gòu)，則可能降低至10～20個(gè)左右，大幅降低硬件購置、布線的架設(shè)，與其他相關(guān)軟件維護(hù)的成本。

　　車輛本身即為服務(wù)平臺(tái)

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

　　軟件更新更容易

　　透過云原生開放架構(gòu)，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(tái)上，使軟件更新變得容易。

　　改善使用者經(jīng)驗(yàn)

　　這點(diǎn)也是如同智能手機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，透過每次軟件升級(jí)與更新，即可帶來不同的功能、體驗(yàn)、樂趣與便利，進(jìn)而提升使用者的車載體驗(yàn)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(tái)（Reference hardware platform）能支持軟件定義工作負(fù)載的開發(fā)與測(cè)試。開發(fā)人員得以使用SOAFEE參考實(shí)作，針對(duì)包括座艙系統(tǒng)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)與自駕功能等各式應(yīng)用與服務(wù)，于商品化之前，可以在Arm架構(gòu)的芯片系統(tǒng)上進(jìn)行汽車工作負(fù)載的探索與測(cè)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(zhuǎn)型，應(yīng)對(duì)ECU（Eletronic Control Unit）整合、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型汽車服務(wù)、安全云端連接和服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)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(luò)管理、云端服務(wù)、功能安全與進(jìn)階安全技術(shù)等。恩智浦半導(dǎo)體就透過S32G GoldVIP，來協(xié)助搭載S32G汽車網(wǎng)絡(luò)處理器的軟件定義汽車應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)和應(yīng)用程序開發(fā)挑戰(zhàn)。這種汽車整合平臺(tái)針對(duì)S32G處理器評(píng)估、軟件開發(fā)和快速原型設(shè)計(jì)工作提供多種價(jià)值主張。

　　透過實(shí)時(shí)使用案例和資源監(jiān)測(cè)，用戶可以快速觀察S32G的效能表現(xiàn)。藉由恩智浦預(yù)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(wù)，開發(fā)人員可以專注創(chuàng)造新型互聯(lián)汽車服務(wù)，而無須耗費(fèi)時(shí)間構(gòu)建軟件基礎(chǔ)建設(shè)。

　　另外，基于SiC（碳化硅）的高效能功率模塊可最大限度延長(zhǎng)現(xiàn)有電動(dòng)汽車的行駛里程，加快充電速度。到目前為止，電動(dòng)汽車仍需要一個(gè)專用高速訊號(hào)處理器才能控制先進(jìn)的SiC功率半導(dǎo)體。意法半導(dǎo)體推出了新款車規(guī)MCU，新產(chǎn)品針對(duì)電動(dòng)汽車和汽車集中式電氣架構(gòu)優(yōu)化了性能，有助于降低電動(dòng)汽車成本，延長(zhǎng)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(dòng)汽車而設(shè)計(jì)，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(jìn)的電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)，同時(shí)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?，F(xiàn)在，只需一個(gè)MCU就能控制整個(gè)功率模塊，不僅簡(jiǎn)化模塊設(shè)計(jì)、節(jié)省成本，還能更容易地達(dá)到汽車安全標(biāo)準(zhǔn)，也可以為電動(dòng)汽車創(chuàng)造新的價(jià)值鏈。

　　結(jié)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(zhuǎn)變。像特斯拉這樣的公司，就是透過軟件的構(gòu)建來制造新一代的汽車。總體而言，我們看到車輛運(yùn)營中心和車輛軟件平臺(tái)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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