下一代域控软件开发的“陷阱”

全面转向下一代集中式&＃xff08;域&＃xff09;电子架构的进程&＃xff0c;正在加速。

一方面&＃xff0c;高算力、高性能芯片推动硬件革新&＃xff0c;并保证域控制器实现对传统分布式ECU的整合&＃xff1b;另一方面&＃xff0c;基础软件架构以及端到端安全通讯模块也在逐步形成共识。

十年前&＃xff0c;奥迪启动第一代域控制器的研发招标&＃xff0c;Vector及其战略合作伙伴TTTech Automotive获得了奥迪BSW软件的供应合同&＃xff0c;同时涉及CAN、LIN和FlexRay通信模块&＃xff0c;包括RTE和安全相关ECU的端到端保护。

如今&＃xff0c;这样的模式已经成为汽车行业打造下一代整车电子架构的主流选择。此前&＃xff0c;现代汽车就宣布将整合自己的标准软件平台产品和TTTech的MotionWise安全软件&＃xff0c;作为未来辅助驾驶以及自动驾驶域控制器的核心组成部分。

这其中&＃xff0c;类似MotionWise这样的产品是一个可扩展的安全软件平台&＃xff0c;在汽车电子架构中充当自动驾驶等安全关键应用的安全“守门人”角色。

背后&＃xff0c;是高级别自动驾驶系统量产开发的复杂度&＃xff0c;从早期大多数基于ROS2开源系统做样车测试&＃xff0c;到前装量产启用AutoSAR Adaptive&＃xff0c;同时还要考虑到安全实时通讯交互&＃xff08;尤其是数据融合&＃xff09;&＃xff0c;对于很多汽车制造商来说&＃xff0c;难度不小。

“对于车企来说&＃xff0c;现有规模有限的软硬件团队主导AutoSAR Adaptive与安全中间件的贯通和协同&＃xff0c;并不容易。”映驰科技CTO段勃勃表示&＃xff0c;对于新车开发来说&＃xff0c;时间紧、任务重&＃xff0c;集成难度可想而知。

复杂的软件集成过程和满足最高安全要求的需求&＃xff0c;与软件开发的快速迭代&＃xff0c;往往很多时候是一个矛盾。这涉及到从车型预研到最后量产的整个周期。

此外&＃xff0c;从单域到跨域&＃xff08;车身域、座舱域、自动驾驶域&＃xff09;&＃xff0c;复杂度更是指数级上升&＃xff0c;而目前映驰科技是全球为数不多可以提供跨域&＃xff08;多域融合&＃xff09;高性能计算软件平台的厂商之一。

早在产品设计之初&＃xff0c;映驰科技就考虑到了未来多域融合的趋势。段勃勃介绍&＃xff0c;“接下来&＃xff0c;自动驾驶域、座舱域、网关域等将会融合在一起。所以我们框架的设计不仅可以支持自动驾驶一个域&＃xff0c;而且可以实现更多域的软件跨域&＃xff0c;跨平台的集成&＃xff0c;并支持不同实时和安全需求的应用。”

众所周知&＃xff0c;在域控制器的基础软件层中&＃xff0c;通信服务(CommunicationServices)模块几乎涵盖了汽车所有的通信标准&＃xff0c;软件模块大部分由第三方公司提供。随着域控制器的出现&＃xff0c;通信服务层的安全要求也越来越高。

这也是面向服务&＃xff08;SOA&＃xff09;的汽车电子架构中&＃xff0c;非常关键的一环。

在上述奥迪的项目中&＃xff0c;TTTechAutomotive的端到端保护(E2E)模块在功能和配置上实现无缝集成。根据ISO 26262 ASIL-D要求&＃xff0c;适用于与安全相关的关键应用&＃xff0c;以及通信参数的高效配置。

选择一家供应商为ECU提供基础软件&＃xff0c;对汽车制造商开发人员和域控制器供应商都有好处&＃xff1a;大幅减少集成和测试工作&＃xff0c;缩短开发时间。同时&＃xff0c;整个堆栈的一致配置概念也可以提高整个域控制器软件的开发质量。

不过&＃xff0c;近年来&＃xff0c;越来越多的头部汽车制造商开始组建自己的软件研发团队&＃xff0c;着手自主开发域控制器硬件以及相应的配套软件。这其中&＃xff0c;硬件部分有上游芯片厂商的支持&＃xff0c;包括平台的参考设计以及下游代工厂。

但软件部分&＃xff0c;尤其是基础软件平台&＃xff08;包括底层RTOS、中间件以及相关模块化软件&＃xff09;&＃xff0c;开发难度较大。即便是大众集团对于软件的高投入&＃xff0c;其目标也只是到2025年将软件自研比例从现在的10%提升到60%。

这其中&＃xff0c;很大一部分自研占比&＃xff0c;会更多在应用层功能软件开发上&＃xff0c;这是整车与用户交互的直接差异化体现。

“中间件的概念并不新鲜&＃xff0c;”采埃孚软件解决方案和全球软件中心副总裁Nico Hartmann表示&＃xff0c;但对于日益依赖软件的汽车制造商来说&＃xff0c;拥有中间件将更好地处理今天和未来的E/E架构之间的过渡。

而在大陆集团CEONikolaiSetzer看来&＃xff0c;“没有人能完全靠自己做到&＃xff0c;”&＃xff0c;即使大众、戴姆勒等巨头希望开发自己的定制软件&＃xff0c;也会依赖供应商提供更标准化的“中间件”。

事实上&＃xff0c;在汽车制造商大幅增加软件投入的同时&＃xff0c;成本和效率也是一个亟需要解决的大难题&＃xff0c;毕竟软件的成功&＃xff0c;并非纯粹靠“工程师堆积”。事实上&＃xff0c;架构规划以及应用层软件开发才是OEM品牌差异化的最佳路径。

在行业人士看来&＃xff0c;一个优化的中间件开发平台&＃xff0c;可以让一个软件开发人员处理以前需要8个人才能完成的工作。“这个指标暗示了降低成本的内在潜力&＃xff0c;但我想强调的是&＃xff0c;中间件不是一个成本削减角色&＃xff0c;而是一个开发效率的推动者。”

对于汽车制造商来说&＃xff0c;除了底层实时操作系统&＃xff0c;AutoSAR、安全实时通讯模块以及其他关键软件模块仍然非常复杂&＃xff0c;就整车而言&＃xff0c;运行在不同硬件平台上的各种软件必须协同工作。

此外&＃xff0c;软件复杂性的迅速增长&＃xff0c;极大地扩大了行业开发复杂软件的需求和汽车制造商自研能力之间的差距。只有通过软件重用和采用第三方基础软件平台&＃xff0c;才能在短期内快速缩小这种差距。

而在实际的工程开发过程中&＃xff0c;这些基础软件模块将占用大量人力资源&＃xff08;并且还涉及到大量的Know-how问题&＃xff09;&＃xff1b;而汽车制造商以及外部应用算法供应商又必须在越来越快的迭代周期中部署应用功能&＃xff0c;而且必须从一开始就保证安全。

“近几年&＃xff0c;国内一些车企在购买了AutoSAR AP之后&＃xff0c;实际在使用中往往不能真正落地&＃xff0c;”一位行业人士透露&＃xff0c;这其中涉及到大量的软件功能服务能力自建以及与安全通讯模块的整合问题。

与此同时&＃xff0c;传统的RTOS&＃xff08;比如&＃xff0c;黑莓QNX&＃xff09;本身并不能提供未来智能汽车所需要的综合软件。“这其中&＃xff0c;有很多附加服务的需求&＃xff0c;这些服务大多数将位于中间件之上&＃xff0c;需要具有很强的可重用。”

以映驰科技推出的EMOS为例&＃xff0c;整合了增强型AutoSAR AP&＃xff08;加入了自研的确定性调度和通信&＃xff09;以及传统CP&＃xff0c;覆盖整车中央计算单元、自动驾驶域控、座舱域控&＃xff08;关键功能安全部分&＃xff09;&＃xff0c;整个架构是面向SOA&＃xff08;面向服务的架构&＃xff09;定义。

同时&＃xff0c;EMOS连接了MCU、SOC等多种芯片与中间件&＃xff0c;可实现包括调度与通讯在内的实时性、诊断与监控所有应用的安全性。总体上&＃xff0c;平台以服务为产品形式&＃xff0c;其中包括对于传感器、车辆控制、调试的服务等。

此外&＃xff0c;EMOS中的所有模块与服务都会通过标准化的模式来开发&＃xff0c;实现服务与其他模块兼容性的最大化。

这在海外&＃xff0c;同样是主流趋势。

比如&＃xff0c;此前汽车软件工具提供商Vector与ADAS算法公司Baselabs合作&＃xff0c;将后者的传感器融合软件库通过平台工具可以直接在嵌入式设备和ECU上使用AutoSAR基础软件进行执行。

从去年开始&＃xff0c;进军高端智能电动车成为自主品牌转型升级的新一股热潮。除了规划全新的下一代电子架构&＃xff0c;部分汽车制造商也热衷于自主研发域控制器的软硬件方案&＃xff0c;这也被视为未来汽车的中央大脑。

但在背后&＃xff0c;涉及到大量的工程开发工作&＃xff0c;过去类似的工作更多是交由一家或几家Tier1来完成&＃xff0c;比如奥迪Zfas就是一个典型案例。

公开数据显示&＃xff0c;开发L2智能驾驶控制器&＃xff0c;差不多是需要数百个工程师3-4年左右的时间&＃xff0c;才能达到量产的水平。而L2以上系统花费更大&＃xff0c;如果仍然依靠传统的Tier1合作模式。

随着汽车制造商加大软件架构以及部分模块的自主研发能力&＃xff0c;传统OEM和Tier1&＃xff08;硬件为主&＃xff09;的关系变得越来越微妙。而以TTTech、映驰科技这样的软件Tier1或者Tier0.5的角色变得越来越重要。

过去&＃xff0c;行业内更倾向于关注算法&＃xff0c;高性能芯片以及高精度的传感器这三个要素&＃xff0c;“但面向量产&＃xff0c;硬件架构和软件平台同样非常重要的&＃xff0c;也是量产必不可少、必须要做的事情。”行业人士表示。

首当其冲&＃xff0c;就是域控制器和整车电子架构的开发。比如&＃xff0c;应用软件的开发与底层硬件以及操作系统的“解耦”&＃xff0c;同时保证后续迭代的应用软件可复用性强&＃xff08;包括跨硬件、车型平台&＃xff09;&＃xff0c;从而大幅度降低OEM在软件上的持续投入。

图为映驰科技基于异构多核SoC的域控制器软硬件设计

比如&＃xff0c;通常一辆高端豪华车型&＃xff0c;大概会有几十个不同的应用软件搭载运行&＃xff0c;来自于十几家供应商。要对这些软件以及供应商进行管控&＃xff0c;并且在开发过程中保证协同&＃xff0c;就必须要有一套好的中间件、工具链和工程服务来协助完成系统集成。

过去&＃xff0c;传统模式是主机厂需要选择多家供应商的软件工具来完成域控制器的开发&＃xff0c;成本相对较高&＃xff0c;比如文章开头提到的奥迪与Vector、TTTech的三方合作。与此同时&＃xff0c;这还涉及到多个不同软件工具与平台之间的协作开发。

这意味着&＃xff0c;传统软件开发模式&＃xff08;平台工具&＃43;基础软件模块&＃43;工程服务&＃43;应用算法开发四种供应商角色&＃xff09;&＃xff0c;也面临着洗牌压力。在这一点上&＃xff0c;映驰科技有着自己的独特竞争优势。

简单概括&＃xff0c;其核心技术包括确定性通讯技术、确定性调度技术&＃xff0c;以及可靠的AI技术三部分。其中&＃xff0c;AI技术可理解为一种算法&＃xff0c;一方面可以实现真正的应用功能&＃xff0c;另一方面可以提供一种安全可靠的机制&＃xff0c;赋能主机厂的算法来满足更高的安全性、可靠性&＃xff1b;

谈到确定性通讯与确定性调度的问题时&＃xff0c;段勃勃表示&＃xff0c;自动驾驶应用的信息自传感器一路传递&＃xff0c;到中央大脑进行处理&＃xff0c;最终通过控制指令发送出去的整个过程其实包含很多环节。

而映驰科技计算平台的亮点在于保障了该条环节中时延与调度的绝对可靠&＃xff0c;而不仅仅单纯保障某个任务的可靠&＃xff0c;这也是该平台区别于过去技术的不同与创新。

此前&＃xff0c;解决上述两个问题的技术方案都是零散的&＃xff0c;仅针对具体的小问题。映驰科技的计算平台服务则面向更系统、更完整的链条&＃xff0c;为自动驾驶的任务提供了很好的支持&＃xff0c;同时极大程度提升了主机厂的迭代效率。

另一方面&＃xff0c;主机厂普遍缺少专门的机制和软件服务来提供全链路的安全保障&＃xff0c;只能顾及局部问题。而映驰科技则从整体的系统上着手&＃xff0c;并针对各种可能出现的问题提供了解决方案&＃xff0c;嵌套在平台中。主机厂在开发应用时只需关注应用本身&＃xff0c;无需担心安全问题。

专注于智能驾驶域控制器的核心安全软件平台&＃xff0c;映驰科技以智能驾驶应用级操作系统&＃xff0c;嵌入式人工智能为核心技术&＃xff0c;助力车企和汽车零部件公司&＃xff0c;实现ADAS及自动驾驶技术的落地。

此外&＃xff0c;该公司还可以为汽车制造商提供功能应用层软件服务&＃xff0c;涉及传感器感知融合、规划、控制、定位、仿真以及网络安全等软件模块。

据高工智能汽车了解&＃xff0c;EMOS的第一个量产项目已与国内头部车厂合作&＃xff0c;将在今年的Q2 SOP&＃xff0c;这也是映驰科技的跨域计算平台1.0版本的首次量产。

段勃勃表示&＃xff0c;“目前&＃xff0c;我们的产品实现了从0-1的跨越&＃xff0c;也就是把关于跨域融合的想法落地到了技术中。接下来我们要做的就是从1-100的进阶&＃xff0c;希望将现在的成果平台化、工具化&＃xff0c;标准化&＃xff0c;服务更多车厂&＃xff0c;提升业内整体的开发效率。”