车辆即平台 软件定义汽车方兴未艾

打造梦想中的汽车不再仅仅围绕着马力和内饰等因素。随着电动汽车市场的加速发展和边缘计算扩展了汽车连接的新功能，汽车行业正在经历一些重大变化。

软件定义意味着利用其现有的硬件平台，以及移动可能已经编码在硬件或ROM中的功能，并将它们带入到标准化硬件上运行的软件层。软件层还增加了导入新功能的能力。消费者现在其实已经正在使用软件定义设备，例如智能手机便是，透过应用商店连接到手机，并为手机提供不同的音讯串流能力。

至于软件定义的车辆，包括了仪表板或ADAS系统。将所有这些能力都整合在一个软件平台上，即使硬件保持不变，OEM制造商或系统整合商与供应链都可以轻松选择和更改构成该解决方案的软件组件。

汽车开发面临挑战
要达成ADAS、IVI、电气化动力系统与自动驾驶等目标，汽车程序的复杂性就越来越高，且各项功能必须同时运行。

 
图一 : Arm亚太区车用市场资深总监邓志伟

随着车辆的架构与功能持续演化，系统的复杂度也越来越高。这些复杂化的发展也为驱使车用操作数件面对了全新的挑战。Arm亚太区车用市场资深总监邓志伟指出，当前汽车开发人员面临的挑战在于，若要达成先进驾驶辅助系统（ADAS）、车载信息娱乐系统（IVI）、电气化动力系统与自动驾驶等目标，程序的复杂性就将越来越高，且各项功能还必须同时运行，因此带来了以下的挑战：

对异质运算的需求提高

车辆演进后增加的功能及所需的效能，需要由各种不同的算法所构成的软件来完成。而不同的算法，则需要不同型态的处理器来进行效能优化。例如一般性的算法以CPU为主，GPU则是为了显示与图形算法而设计的处理器，至于影像相关的算法有ISP来增进效能，而神经网络的算法则有NPU来加速。整合这么多种处理器的架构，也就成为异质运算的架构。为了达到异质运算架构的目标，不仅处理器IP设计的复杂度大幅增加，同时芯片及软件整合设计的难度及挑战也提高很多。

将硬件（与软件）区隔开并虚拟化

传统汽车开发模式的汽车制造商，是将每辆车上的电子控制单元（ECU）都搭载着仔细编码过的软件，而且针对硬件与软件，往往也都经历过严格的安全评估。随着功能域控制器、区域控制器（Zonal）以及集中式运算架构的导入，现在车辆的硬件架构已出现变化。底层硬件需要被虚拟化、抽象化，软件人员则可以此架构来开发具备可移植性、以及满足不同功能安全要求的应用与服务。同时，也能更容易的导入云原生开发的架构。

关键的实时性与功能安全

在实时性与功能要求方面，传统做法可能是将不同的IP或功能层层迭加，在关键的单元例如power train才会有功能性安全（Functional Safety）。但是当所有的处理器被整合进一个更大且复杂的系统时，如何在整合的运算单元中处理不同子系统的功能安全与实时性要求，就需要透过新的运算及系统架构来解决。

建立因应保密及资安要求的架构

资安的威胁层出不穷，车行安全更是不容妥协。因此开发人员需要保密的架构，以确保车用信息得以安全的传输、储存及处理。

为软件的可移植性建立标准

透过打造云原生软件的基础架构，解决在不同硬件平台之间软件可移植性的需求，可以确保在云端开发的软件，能在不同的异质边缘平台进行无缝、快速的部署。

软件定义汽车的重要性

 
图二 : 软件在促成汽车演进历程中所扮演的角色更形重要。

为了满足在车用领域不断演进的消费需求，运算也必须更为集中。而软件在促成这些演进历程中所扮演的角色也更形重要，进而影响了软件的开发、部署及管理，这也意味着以降低成本、时间与复杂性而广为人知的云端原生开发方式，比起传统的形式更适合于现代化汽车应用的开发。

至于软件定义包括了全新的电机电子架构、以及云原生软件架构。软件定义之所以重要主要是因为以下原因：

可重组价值链

软件定义将加速推动创新与效率，打破过去价值链中定义规格、提供硬件及服务的上下游顺序。不但加快开发过程，也可以为价值链中所有的利益关系人带来好处与机会。例如：

●车厂与Tier 1：随着软件开发的成本大幅降低，以及创新服务在售后的不断推出，车厂能够创造新的营收来源。
●生态系：IC设计与软件供货商可专注于产品差异化，且软件定义也让更多云端应用开发者加入汽车创新行列。
●消费者：更满意于客制化的汽车功能与使用经验。

降低成本

透过区域控制器与集中运算架构，可以有效降低硬件的总成本以及软件的维护成本。例如过去一部车里可能有超过100个MCU，透过集中运算架构，则可能降低至10～20个左右，大幅降低硬件购置、布线的架设，与其他相关软件维护的成本。

车辆本身即为服务平台

如同智能手机的使用经验一样，未来车辆本身即为服务平台，透过软件更新，用户可不断享有新的服务与体验。每次的软件升级，也都代表新的商机，车厂可持续掌握新的营收来源，以及与客户更多的互动机会。

软件更新更容易

透过云原生开放架构，软件可以开发得更快也更安全，也更顺利地部署在边缘平台上，使软件更新变得容易。

改善使用者经验

这点也是如同智能手机的使用经验，透过每次软件升级与更新，即可带来不同的功能、体验、乐趣与便利，进而提升使用者的车载体验与满意度，车辆也可以使用得更久。

缩短开发流程

全新的硬件参考平台（Reference hardware platform）能支持软件定义工作负载的开发与测试。开发人员得以使用SOAFEE参考实作，针对包括座舱系统、先进驾驶辅助系统与自驾功能等各式应用与服务，于商品化之前，可以在Arm架构的芯片系统上进行汽车工作负载的探索与测试，加快产品开发流程。

硬件处理器优化性能
汽车产业正朝向软件定义汽车的转型，应对ECU（Eletronic Control Unit）整合、数据驱动型汽车服务、安全云端连接和服务导向架构等方面问题，需要全新的汽车软件开发方法。汽车制造商和Tier-1供货商面临的全新挑战，包括了多租户（multi-tenancy）、网络管理、云端服务、功能安全与进阶安全技术等。恩智浦半导体就透过S32G GoldVIP，来协助搭载S32G汽车网络处理器的软件定义汽车应对实时和应用程序开发挑战。这种汽车整合平台针对S32G处理器评估、软件开发和快速原型设计工作提供多种价值主张。

透过实时使用案例和资源监测，用户可以快速观察S32G的效能表现。藉由恩智浦预整合功能、开源软件和第三方软件，包括安全云端连接和无线更新服务，开发人员可以专注创造新型互联汽车服务，而无须耗费时间构建软件基础建设。

另外，基于SiC（碳化硅）的高效能功率模块可最大限度延长现有电动汽车的行驶里程，加快充电速度。到目前为止，电动汽车仍需要一个专用高速讯号处理器才能控制先进的SiC功率半导体。意法半导体推出了新款车规MCU，新产品针对电动汽车和汽车集中式电气架构优化了性能，有助于降低电动汽车成本，延长续航里程，加快充电速度。

ST的Stellar E MCU专为下一代软件定义电动汽车而设计，在芯片上整合了高速控制回路处理电路，可以协助完成先进的电动汽车设计，同时确保电源管理具备很高的效能，为车辆生命周期管理提供软件定义的灵活性。现在，只需一个MCU就能控制整个功率模块，不仅简化模块设计、节省成本，还能更容易地达到汽车安全标准，也可以为电动汽车创造新的价值链。

结语
过去，车辆是由硬件和置于其上的软件所定义的，但这样的方式正在转变。像特斯拉这样的公司，就是透过软件的构建来制造新一代的汽车。总体而言，我们看到车辆运营中心和车辆软件平台的重要性正与日俱增。透过软件定义，安全无线更新软件功能让车商可以改善其控制策略，提升汽车的行驶里程、性能和效能。