汽车软件开发的8种颠覆性趋势及国产自主可控的多领域全数字实时仿真平台SkyEye

汽车工业中产生的断层正引起人们对创新的日益渴望，而创新又极大地增加了汽车中的软件功能。这种创新正在自动驾驶、高级驾驶员辅助系统（ADAS）、数字驾驶舱技术、车辆电气化等领域进行。

目前影响汽车电子产品的几种主要趋势导致对计算平台的需求不断增加，车辆架构不断变化，并强调了安全尤其是功能安全的重要性。随着这些新的挑战带来了许多机遇，但是要利用这些机遇，可能需要转变思维方式，并在汽车硬件/软件设计设计中采用更全面的方法。

哪些趋势正在影响汽车电子产品？

首先，ADAS 的发展和进一步自主化正在显著增加车辆中的处理量和数据流。此外，车载信息娱乐（IVI）系统正变得越来越复杂，功能越来越丰富，而驾驶员信息系统（如现代数字仪表组、抬头显示器和摄像头替换的后视镜）都需要显示器，这将显著改变驾驶舱的设计。最后，电气化也带来了额外的处理要求，包括电机控制和监控能力，以管理车载能源和电池存储。这些趋势正在迅速改变车辆设计要求和架构，从而也影响软件需求。

影响汽车软件开发的八大趋势

1. 整合电子控制单元（ECU）功能

软件功能需求的增加使车辆软件架构师能够考虑新型软件的工作负载。车辆架构的变化以及功能丰富的芯片平台为车辆设计师提供了整合功能的机会。架构师和系统集成商可以灵活地整合到以前在单独的 ECU 上的 ECU 功能。虚拟 ECU 正在慢慢变得越来越普遍，成熟的嵌入式实时虚拟化解决方案可以为虚拟ECU提供支持。这些实时虚拟化解决方案为这些虚拟嵌入式应用程序提供了严格的分隔。

2. 功能安全

某些 ECU 具有功能安全要求，因此需要更严格的软件开发流程才能满足 ISO 26262 标准。功能安全是系统设计过程中需要尽早解决的系统挑战。OEM在为一个 ECU 或整合多个 ECU 的平台制定规范时，他们将为这些功能指定所需的汽车安全完整性等级（ASIL），并最终从功能安全角度影响平台或系统的设计。

3. 连接需求增加

车辆中的多个工作负载需要连接车辆。ADAS 功能、远程信息处理和信息娱乐都需要车辆外的连接。这些功能通常由不同的一级供应商支持。OEM还可以设计车辆架构，以便这些功能由多个车辆支持到云网络连接。由此带来的问题是多个网络连接增加了车辆安全漏洞的可攻击面。

4. 安全性要求提高

由于不断增长的连接需求，车辆的安全性要求正在急剧增加，这涉及许多要素。智能车辆现在需要的安全远不止于保护车辆上的物理网络，双向安全将成为防止车辆外和车内漏洞的焦点 - 这将带来复杂性和可扩展性的新挑战。

5. 空中下载（OTA）更新

在汽车服务中心更新 ECU 上的软件的时代已经一去不复返了。在现代电子产品中，预计ECU将实现可更新的OTA。此功能预计将在所有现代计算平台上使用，考虑到它已在手机上提供超过 10 年，因此对于车辆中的 ECU 也应如此。

6. 利用开源软件

IVI 空间内的软件开发已经发生了一些变化，越来越多的 OEM 和一级厂商正在采用开源软件。虽然Linux已经在这个空间使用了一段时间，但在车辆启动和IVI系统启动时优势并不明显。在最近的一次汽车领域 Linux 全体成员会议上，有人统计了目前由汽车制造商支持的 15 个 Linux 发行版。

随着时间的推移，这将减少，其中许多将融合到汽车级Linux的使用。安卓操作系统在IVI中也受到了广泛关注。此外，还开发了一些开源软件元素，这些元素已严格通过功能安全用例的测试。这些软件元素为支持实时ECU工作负载的虚拟ECU和实时操作系统提供安全隔离方面的功能安全解决方案。

随着时间的推移，作为生产解决方案的一部分，软件系统集成商和软件发行商将越来越多的采用开源软件元素。对于如何采用 OSS 元素以满足安全使用案例的要求，没有固定的方法。使用具有系列支持安全用例的 OSS 的明显优势是最初的入门成本低。具有安全要求的 ECU 必须包含带有可认证硬件和软件元素，以支持安全用例。

开发这些产品、支持认证和长期支持的成本要求系统集成商/发行商对支持的安全认证版本收取费用。简单地说，投资于先前已认证或可认证的软件元素可以降低风险。这就是为什么该领域的产品最受欢迎。从长远来看，我们可能会看到汽车行业采用功能安全体系更多的OSS元件来支持具有安全要求的ECU。

7. 知道在哪里使用专用软件

专有或商业软件供应商是解决功能安全要求最常见的软件元素提供商。因此，今天，对于设计一个ECU，要在系统层面的安全认证ASIL D，甚至ASIL B的要求，这项工作很可能将由具有安全认证经验的商业操作系统供应商来完成。在短期内，（可能还会持续相当长的一段时间），将严重依赖软件合作伙伴，这些软件合作伙伴拥有这些软件解决方案和已认证的软件元素，如虚拟机管理程序和RTOS。

8. 长期需求支持

最后是长期支持要求。随着软件需求量的不断增加，将需要更新更多的软件。购车者期望他们的汽车继续发挥全部功能，这意味着OEM厂商将有更大的长期支持需求。

这些趋势带来的三大挑战

1. 增加平台计算要求

车辆性能和功能的增强推动了对计算平台要求的日益增长。支持自动驾驶功能的要求显著提高了实时计算要求和与传感器的连接要求。这促使OEM厂商需要考虑如何实施车辆架构。随着计算要求的增加，计算平台在系统层面支持功能安全要求的能力也随之增加。

2. 车辆架构正在发生变化

更复杂的系统和车辆数据移动的增加迫使OEM不得不认真研究其车辆架构。现在车辆使用多个车载网络进行 ECU 到 ECU 通信，这些传统设计随着时间而发展，但现在除了支持新应用所需的关键—低延迟要求外，性能要求也大幅提高。这迫使OEM和一级制造商开始重新思考更全面的方式构建车辆网络。

实现这一目标的方法有很多。一些OEM和一级制造商正在考虑建立一个更集中的计算平台，一些正在考虑使用更分散的架构，但大多数可能考虑中间化的方法，采用集中式架构的某些元素和分布式架构的某些元素。车辆级仿真将在降低集成过程中的风险方面发挥巨大作用。

3. 系统级的安全保障

组成一个满足安全要求的系统，将推动更全面、更严格的开发工作。从硬件角度和软件角度来看，功能安全要求都必须视为一种工程实践，从最低层一直到系统级别都应执行。对于任何新开发，安全开发实践也必须作为工程实践来实现。

全数字实时仿真平台SkyEye

汽车行业正朝着软件化、数据化、智能化的方向发展，汽车软件的规模也越来越复杂，在真实硬件上进行测试的方法已经无法满足当下的测试需求，且效率不高。SkyEye全数字实时仿真平台，可以在PC环境下仿真测试真实的ECU（电子控制单元）。使用SkyEye虚拟仿真ECU是一种更加灵活的方式，虚拟ECU可以直接在开发人员的PC上生成，且能够模拟出真实ECU上的软件组件，因此汽车软件可以全数字实时仿真平台SkyEye上快速更新迭代。

SkyEye仿真平台的应用，可以让ECU软件在PC上持续集成，并且SkyEye还结合了丰富的调试、代码覆盖率分析工具，随时可以对ECU软件进行测试校正。每次校正之后，还可以毫不费力地重现测试场景，直到获得所需的 ECU 行为。

SkyEye，中文全称天目全数字实时仿真软件，是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，支持用户通过拖拽的方式对硬件进行行为级别的仿真和建模。

SkyEye目前支持主流的嵌入式硬件平台，可以运行主流的操作系统，此外还能适配国内自主研发的操作系统天脉。通过利用基于LLVM的动态二进制翻译技术，使虚拟处理器在典型的桌面计算机上运行速度可以达到2000MIPS以上。