汽車正進化為“超級移動智能終端”，是繼PC和手機之后的下一代增長引擎。為此，軟件業迎來發展機遇，軟件定義汽車也成為大勢所趨。軟件重新定義汽車，對汽車電子的開發帶來了哪些挑戰？

4月17日，在第二十屆上海國際汽車工業展覽會開幕前夕，未來移動出行技術的龍頭企業——安波福舉辦了新聞發布會，攜手去年并購的軟件公司——風河系統公司，向電子產品世界記者介紹了汽車業的新動向。

圖1 車輛架構進化

1 移動出行未來將是電氣化和云原生的

安波福全球首席技術官（CTO）楊小熊（Benjamin Lyon）介紹了當今汽車的創新方向。

?簡化電子電氣架構。

?車輛必須采用現代的、以服務為導向的軟件架構，通過軟件、硬件解耦和軟件無縫更新，保證產品的靈活性，以及在產品全生命周期中，有效而安全。

?為實現快速可靠的技術創新，行業需要建立統一的端到端云原生的DevOps平臺，實現高效的、持續的軟件開發、集成與部署。

?所有這些創新技術需要高可靠性和可擴展性。

可見，未來汽車會更加電氣化和云原生。

關于云原生，過去數年已在其他行業發生了，例如消費品市場和電信行業。現在，汽車業也在經歷這個轉變。為了適應這一潮流，安波福去年并購了風河系統公司，因為風河提供了任務關鍵型的操作系統和中間層軟件，以及云原生的DevOps平臺，與安波福擅長的車輛架構和技術產品形成了完美的匹配。

2 “軟件定義汽車”所需的硬件架構

使“軟件定義汽車”成為可能，需要智能的硬件及架構。為此，安波福推出了智能汽車架構（SVA?）。安波福連接器業務部亞太區技術總監李慧斌博士稱，安波福在2017年構想SVA時，制定了三個目標：簡化，融合和賦能。

?簡化，即減少ECU（電控單元）的數量，并降低ECU之間的相互依賴性。  

?融合，即融合各類應用程序，實現新的基于軟件的功能，并提供更好的生命周期管理。

?賦能，最終給OEM（車廠）賦能，使OEM能夠完全自己掌控直接影響用戶體驗的應用軟件。

從架構角度看，SVA的設計理念主要體現在三個方面。

?首先，把軟件從底層硬件中抽離出來，使軟件開發不再依賴底層硬件。

?將輸入/輸出與計算設備分離。這意味著將所有的物理和邏輯連接都放到傳感器和設備端，并將它們轉移到區域控制器（zonal controller）中。這也為開發者提供了一條經濟可行的路徑，在硬件、電源、數據及計算這三個層面實現冗余，有利于確保L3級及以上自動駕駛汽車的功能安全。

?由于實現了軟件與硬件的分離，以及輸入/輸出與計算設備分離，整個中央計算平臺就實現了“服務器化”。這意味著可以開發覆蓋車輛多個域的高性能計算機，從而大幅減少車輛中的控制器數量。在當前的架構下，部分車輛的控制器已經超過120個。

為此，必須在車輛大腦和神經系統上做硬件改變。SVA建立在一個開放的平臺上，通過融合內外部傳感等多種應用，并結合安波福在人工智能和機器學習方面的經驗，為OEM提供了容易調用的接口，從而能夠讓OEM專注于客戶體驗方面的應用軟件開發。

由于SVA架構實現了軟硬件分離，輸入/輸出與計算分離，使汽車生命周期中的三個階段——開發、制造和出廠后的成本都會有大幅下降。

3 云原生軟件如何使汽車安全、綠色、互連？

軟硬件分離之后，計算、數據處理能力正在或將來必然要用云的概念來解決。主機廠現在關注的是這套系統到底怎么是有效的，同時在成本能夠操作的情況下，用一個什么成熟平臺來做，風河可以提供這樣的平臺。

風河系統公司資深銷售總監兼中國區負責人馮偉江稱，風河將其擅長的任務關鍵型系統的專業技能和產品引入到汽車行業。風河的解決方案核心是Wind River Studio，是業界第一個云原生嵌入式軟件DevOps平臺，覆蓋了軟件的開發、部署、運營以及后續維護的整個生命周期，而且這套復雜系統可以通過單一的界面實現全生命周期的管控，從而提高工程師的開發效率，降低成本。 

3.1 Wind River Studio的組成

云原生可以在云端和車內側。車內側為何也有云原生？因為汽車系統軟件越來越復雜，現在的代碼量已達到上億行，因此在車內側，也把運行態軟件引入容器，是云原生的一個概念或即將發生的一件事。

Wind River Studio分成兩部分，一部分是基于云端的Studio工具集，另一部分是在車內側相應的運行態軟件。

·車內側的運行態軟件

風河公司的VxWorks是著名的嵌入式操作系統，是業界第一個支持容器化部署，并且可以通過最高汽車安全等級ASIL-D的實時操作系統。Helix虛擬化平臺可以使不同安全等級的應用部署其上，而且它屬于Type-1體系。優勢是采用了這套虛擬化技術之后，對系統的干擾損耗可以降到最低。風河的商用嵌入式Linux也很強，總營收市場占有率在業界最高^[1]，而且在國內已經有不少的OEM已經采用。

上述的VxWorks?、Wind River Helix虛擬化和Wind River Linux都是Wind River Studio的組成部分。

此外，安波福與風河也提供各種中間件、SDK給OEM廠家。

·云端

Wind River Studio是一套面向嵌入式軟件的DevOps系統，功能眾多，例如系統仿真和虛擬實驗室。系統仿真工具可以使軟件開發工程師在硬件設備還沒開發出來之前就可以進行軟件的同步開發和測試，從而大大降低開發時間。虛擬實驗室可把各種虛擬的、物理的設備管理起來，并把它們納入到整個流水性管理系統里，真正實現整個系統的自動化。

在運營階段，數字反饋回路工具可以實時收集車輛的數據，并對它們進行相應的建模，產生相應的數字孿生。當發現車輛有任何問題時，開發工程師可以在線更新軟件，通過OTA（空中下載技術）及Conductor工具對單輛汽車，甚至整個網絡中的所有車輛進行實時更新。

3.2 Studio在實際中是如何解決痛點的

   當前的汽車軟件是一個軟硬件緊密耦合的復雜系統，不同安全等級的應用由不同的硬件進行管理或運作。但這套系統并不是一套高效的系統，所以風河公司提出用Hypervisor虛擬化技術來解決這個問題。但是不同安全等級的應用都需要支撐，這是一個很大的挑戰。

Wind River Helix虛擬化平臺可以支持實時操作系統，例如需要在自動駕駛域控制器上運行的VxWorks RTOS（實時操作系統），還可以支持運行在用戶體驗域控制器上跑的通用性能操作系統——Linux操作系統。有了這種Hypervisor支持，就可以整合不同的硬件，用一個高性能計算平臺來整合所有相關的業務。 

3.3 車內側：ADAS等軟件開發的現狀如何？

典型的ADAS（高級駕駛員輔助系統）系統軟件是非常復雜的單體軟件（如圖2），包括ACC（自適應巡航模塊）、SLA（限速輔助）等功能模塊，耦合度高，相應的庫與庫之間存在依賴關系。假如對某一個功能進行相應的升級，例如要對其中的ACC更新，但是會牽涉到2個庫的更新——Lib #1、Lib #4，而Lib #1、Lib #4又跟其他所有模塊相關聯。因此他們之間的依賴性非常高，可能所有系統中的模塊都要進行同步升級。

圖2 典型的ADAS架構

為此，開發者需要做出一個艱難的抉擇。一個選擇是每個模塊都進行升級，或者推倒重來。這都將帶來巨大的工程量以及成本。這個挑戰可以通過容器（Container）來解決。采用容器之后，每一個功能模塊都獨立封裝而且可以獨立更新，相互之間依賴度大大下降。

這樣一套系統/功能模塊，尤其是安全要求較高的功能模塊，需要有實時操作系統來支持，風河提供了這種產品。VxWorks既可以提供ASIL-D安全等級要求的能力，同時也具備容器化（如圖3）。有了容器化結構之后，升級很簡單：ACC升級只要同步升級相關的工具包或副本文件就可以了，其他所有的功能模塊不受影響。

圖3 容器化結構

另一種應用是微服務。例如功能模塊（例如ACC）還可以被拆分成多個微服務（如圖4），這就為汽車電子引入了微服務架構（如圖5）。每個微服務之間可以通過標準的API進行通訊。這帶來很大的成本優勢。因為OTA的升級成本相對較高，成本主要發生在數據傳輸和存儲。如果用這種方式可使一個大的功能模塊分成一個個小功能模塊，客戶要升級軟件的時候，只要對其中某一個功能模塊進行升級，就可以大大降低軟件的升級成本。 

圖4 ACC被拆分為多個模塊

圖5 微服務架構

3.4 云端：車載軟件與云端軟件如何協同工作？

車載系統是獨立成體系的，怎樣和云端的Studio進行互聯？這就要用到一些特殊的技術。Wind River Studio不僅覆蓋整個軟件開發生命周期，同時可以把邊緣側的系統、即智能邊緣與云之間進行連接。 

因為采用了虛擬化以及容器化技術，使客戶很容易對車內的相應子系統進行擴容。例如在一輛車里可能有各種子系統，如果要擴展子系統，過去通常只能手動等方式來實現，現在可以用Kubernetes（簡稱K8s）實現。

K8s是業界成熟和強大的容器管理編排工具，還可以對網絡中的所有車輛進行管理和編排。例如可以通過一些無線移動技術（例如5G）使車輛與邊緣的其他智能設備進行互聯，例如車-車、車-信號燈、車-停車咪表，……這就帶來了V2X（汽車與任何設備系統的通信）應用。 

通過數據反饋回路，可以實時將汽車端數據反饋到云端，而Wind River Studio可以利用這些數據產生數字孿生系統，進行虛擬仿真/模擬仿真。

通過對數據進行分析，可以及時發現車輛問題，然后通過OTA及時修補，同步對車輛更新。 

而上述所有的操作都可以通過單一的界面來實現。Wind River Studio最大特點是可以支撐大規模團隊協作，包括開發人員、測試人員甚至于合作伙伴，都可以通過統一的界面來進行整個系統的管理和控制。 

3.5 Wind River Studio能帶來多少效益？

通過對一個大規模OEM軟件工程的測算，總節省可達約25%的成本。

?開發階段，以容器化來隔離軟件部件，提升軟件重用，從而降低開發和測試成本。這可帶來20%左右的成本節約。

?部署階段，在OTA更新時以模塊化來縮小文件，減少數據傳輸/存儲成本，這方面有約35%的成本節省。

?運營階段，由于數字環路、數字孿生提供了車輛數據的實時可視化，支持軟件缺陷的預先補救，降低了后續的保養、保修成本，這方面有約25%的成本節省。

由于Wind River Studio系統的特點是平臺化的，所以可以應用于各行各業。例如在電信行業、航空航天領域。毫無疑問，Wind River Studio在安全認證方面是走在前面的，也適合高安全性的汽車行業。實際上，風河也被一家領先的中國OEM采用了，用于下一代L2+ ADAS的開發。此外，國內還有超過6家OEM使用或正在計劃使用風河的產品。

4 安波福+風河，賦能汽車業“蘋果式”革命

安波福全球首席技術官（CTO）楊小熊（Benjamin Lyon）指出，人們已經有了智能手機、平板電腦，他們希望在購買產品后，這個產品能在很長一段時間內能保持新鮮和不斷更新。這在汽車行業也是十分必要的，不同之處在于安全。

風河為安波福帶來的關鍵技術是一個經過安全認證的云原生軟件平臺。當把這兩件事組合在一起時，人們在汽車產品上也會體驗到消費品那樣的新鮮感和持續更新。

風河軟件可以把汽車變成移動的出行平臺。安波福與風河組合在一起，就像蘋果公司做的那樣，可帶來業界一場革命性，使汽車成為有前途、充滿創新性的產品。

參考文章：

[1] 風河穩居邊緣計算操作系統市場第一.電子產品世界,[2022-9-15]. http://www.j9360.com/article/202209/438234.htm