“實現軟件定義汽車需要從哪幾個方面同時考慮？”

2023年3月14-16日，2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日上，維克多汽車技術（上海）有限公司商業開發經理張駿表示，首先是集中式電子電氣架構，包括HPC節點和方位域控制器的引入；為了滿足愈發復雜的ECU功能需求，就需要進一步引入高性能的硬件、微處理器等硬件；在此基礎上還需要強大的軟件開發平臺Vehicle OS為整車軟件開發提供支撐。“OEM會在這一過程中占據主導地位，由OEM打造屬于自己的車載生態環境，讓不同的供應商基于統一的平臺進行應用層的開發工作。”

張駿介紹：Vehicle OS由Base Layer軟件和SW Factory組成，是針對整車HPC節點、車端、后臺應用提供的統一、可操作性高、易于合作的軟件平臺，代表汽車軟件的整體生態系統的發展方向。

張駿 | 維克多汽車技術（上海）有限公司商業開發經理

智能汽車新四化的趨勢之下，整車架構的變化

正式講Vehicle OS之前，首先談一下智能汽車新四化的趨勢之下，汽車電子電氣架構的變革歷程。

在以前，整車架構包括ECU的開發更多會從功能角度入手，工程師會根據具體需要實現的功能，將ECU開發好并安裝到車上，如果新增一個功能，就需要考慮新增ECU。比如說需要實現ESP的功能，就需要在車上部署一個ESP ECU。隨著智能汽車的發展，車輛的功能變得越來越復雜，如果仍然采用原來的開發方式，就會導致車內ECU的數量過多、車內的線束設計過于復雜等問題。

為了避免這樣的問題，現在的E/E架構正在朝著區域化、集中式的方向發展和變革。此類E/E架構之下，車內的節點大致分三類：

圖片來源：嘉賓演講材料

第一類，如圖所示，車輛中央的3個HPC節點。當然，這個數量是不固定的，實際可以有2個、3個甚至多個節點，HPC節點也被稱之為車輛大腦。大家現在會在HPC節點上同時部署微控制器和微處理器，也就是MCU和SOC，以便確保硬件架構可以滿足車輛復雜的功能要求，這樣在硬件上具備非常高的算力。比如，現在芯片廠商推出SoC的芯片，可以支持幾百甚至上千tops的算力。

圖片來源：嘉賓演講材料

從軟件架構而言，HPC節點在開發中需要同時遵循AUTOSAR AP和CP規范。此外，大部分企業也會在HPC節點之上進行一些其他功能的拓展，比如部署OTA，這也使得HPC節點可以被作為車輛此后更新功能的主要載體和接口。

第二類節點是Zonal ECUs，也就是域控制器，大家更習慣將其稱之為方位域控制器，方位域控制器被作為HPC節點和該方位域下游節點的轉換接口，負責將HPC節點發出來的面向服務的通信指令轉化成下游節點能夠解析的基于信號的通信指令。同時方位域控制器一般來說在軟件架構上遵循AUTOSAR CP規范做開發。

第三類節點，也就是最外圍的節點主要是負責傳統汽車功能的ECU，這些ECU具有高度復用性的特征，仍然采用傳統的解決方案或者遵循AUTOSAR CP做后期開發。

傳統架構下，整車內所有ECU的軟硬件開發復雜程度基本呈均勻分布的態勢。在新的EE架構之下，不同節點的軟硬件復雜程度有明顯的分層：比如支撐最復雜功能和車輛主要計算性能的HPC ECU，復雜度最高；方位域控制器呈中等復雜度，負責轉換工作；復雜度最低、復用性最強的是傳感器、執行器或者機械節點的ECU，可定制化的程度也會相對低一些。

這種E/E架構可以帶來哪些好處？首先是成本的降低，這主要來自于ECU的功能整合，節省了車內節點，也降低了線束復雜度；第二，可持續性和環保性增強，在輕便化的線束設計之下，整車的重量呈現下降趨勢，排放出來的二氧化碳也會減少；第三，新的E/E架構是整個行業進入軟件定義汽車階段所不可或缺的條件，這種架構才可以實現硬件和軟件的解耦，并在車輛的生命周期之內實現功能的持續迭代，達到千車千面的最終愿景。

真正實現軟件定義汽車的必要因素

但是，E/E架構只是軟件定義的必要條件，而非充分條件，要真正實現軟件定義汽車，還需要從以下幾個方面同時考慮。

第一，建立E/E架構，引入HPC節點和方位域控制器；第二，引入高性能的硬件、微處理器，從而支撐車輛復雜功能的實現；第三，建立強大的軟件開發平臺Vehicle OS，作為整車軟件開發的必要支撐。在這一過程中，OEM會占據主導地位。由OEM打造屬于自己的車載生態環境。讓不同的供應商基于統一的平臺進行上層、應用層的開發。可以類比手機，由不同的APP供應商基于用戶實際的軟件需求不斷開發，這也是Vehicle OS存在的關鍵原因。

Vehicle OS主要覆蓋下圖紅色框圖標記的部分，包括HPC節點、方位域控制器，還有個別復雜的傳感器、執行器一類的ECU。

圖片來源：嘉賓演講材料

在我們看來，Vehicle OS不僅僅包括車內節點，也包括運營端和后臺的應用，它是一個統一、易于合作的軟件平臺，由Base Layer軟件和SW Factory兩個關鍵部分組成。

Vehicle OS的組成部分和關鍵要素

Base Layer可以被理解為Vehicle OS在運行時的一個軟件集合，這個集合可以針對不同ECU的具體實現方式和規范要求呈現不同的形態，如果是HPC節點，Base Layer就可以遵循AUTOSAR AP和CP的規范；如果是方位域控制器，就會遵循AUTOSAR CP的規范。另一個是SW Factory，也可以稱為軟件工廠，在車輛軟件開發、集成、測試和部署的全流程中，軟件工廠可以為每個環節提供穩定的、易于操作的工具鏈。

除了以上兩點，Vehicle OS還有一個關鍵因素，那就是人，或者合作。基于Vehicle OS，OEM需要協調Tier 1等多方資源。

由于Vehicle OS是非常龐大的操作系統，它會覆蓋整個車輛軟件生命周期內的所有環節，基本上沒有任何一家公司可以獨立完成Vehicle OS的開發和維護工作，即使是VECTOR目前所接觸到的最杰出OEM，也是需要協調各個供應商之間的資源，共同地開發與維護Vehicle OS的環境，因此合作是Vehicle OS實現的關鍵。

圖片來源：嘉賓演講材料

接下來重點看一下Base Layer和Software Factory具體包含的內容。

Base Layer和Software Factory的系統架構與功能

Base Layer可以針對不同ECU的具體實現方式和規范要求呈現不同的形態，也就是針對不同的硬件平臺提供不同的內容。首先從軟件架構上來看，Base Layer被分為三層，最底層是和硬件相關的驅動和OS，比如BSP、Linux OS等等；中間層主要是中間件，包括基于中間件實現的功能拓展，比如AUTOSAR AP和CP；最上層是應用層的開發。

在MCU硬件基礎之上，Base Layer提供啟動代碼和Flash Bootloader刷寫代碼，負責ECU啟動和軟件更新等功能的實現，針對特殊的應用場景，比如通過硬件虛擬化不同的partition，不同分區獨立進行開發，這時就可以應用Hypervisor；向上是OS、Classic AUTOSAR中間件；接著是系統功能層（System Functions），例如OTA、數據采集等功能的拓展，最上面是應用層。

左側是HSM硬件加密部分，HSM具有獨立的內核和獨立的內存儲存空間，可以通過硬件加速，帶來整個加密算法性能的提升，密鑰和敏感數據的存儲也都可以在上面實現。HSM硬件之上，Base Layer也可以提供HSM updater，OS以及HSM固件本身。

最左側是新一代的智能switch，它有自己獨立的內核能夠運行獨立的firmware，和通過MCU控制來完成switch的配置初始化相比，這種架構的優勢是，能夠大幅度提高ECU的啟動速度，同時通過把部分ETH功能例如時間同步功能轉移到switch上實現，可以降低MCU的負載，因此Base Layer也包含在switch上運行的啟動代碼，Flash Bootloader, OS和firmware.

除此之外，如果涉及到不同核間的通信，例如AUTOSAR核和HSM核之間的服務調用，需要借助核間通信IPC來實現。

MCU的右側模塊是和SoC密切相關，也就是和HPC ECU開發相關的Base Layer架構呈現。

這一部分的架構同MCU的整體架構類似，Base Layer也是負責硬件基礎之上啟動代碼、IPC、OS等等，其中和MCU側是一些細微的細節差別：比如HPC一般都會部署Linux os。再看中間件部分，Base Layer一般會針對ADAS、IVI等不同的HPC節點部署不同的中間件形式，并在其上進行功能的拓展，比如車云診斷協同、UCM Master等。

圖片來源：嘉賓演講材料

第二個重要組成部分是SW Factory（軟件工廠），對VECTOR而言，軟件工廠和所運行的軟件具有同樣重要的地位。

如果沒有這樣一套完整的機制和流程，就很難確保在有限的時間內，將不同開發人員的代碼進行整合，以便及時、有效、快速地完成持續集成、持續測試、持續開發的全部流程。軟件工廠會把Base Layer和應用層代碼都使用自動化腳本進行ECU集成。同步，在云端或者服務器端，也支持把應用程代碼集成進來，充分利用云資源的靈活性，同步進行邏輯開發。之后將兩者結果合并，更好的完成整車VOS的集成，以及最后VOS軟件的更新和部署。而在這整個過程中，軟件工廠的核心意義就在于自動化的完成集成、測試和部署工作。

圖片來源：嘉賓演講材料

總而言之，Vehicle OS是為了幫助實現這種復雜而敏捷的車型開發工作而誕生的。為了助力OEM打造自主自研的車載生態系統，VECTOR不僅可以提供成熟的軟件服務方案，也可以提供完整的工具鏈支持，讓我們一起創造汽車軟件的未來！

（以上內容來自維克多汽車技術（上海）有限公司商業開發經理張駿于2023年3月14日-16日在2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國日發表的《為軟件定義汽車賦能的Vehicle OS》主題演講。）

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