汽車工業(yè)正在呈現(xiàn)不可思議的變化。提到當(dāng)今現(xiàn)代化的汽車不得不說消費者和汽車代工廠商同樣都在適應(yīng)這個千變?nèi)f化的時代。毫無疑問，汽車制造商面臨的挑戰(zhàn)是如何滿足消費者期望在車內(nèi)獲得豐富的多媒體體驗。汽車制造商最為關(guān)心的是如何構(gòu)建安全平臺、滿足車內(nèi)外連接的需求。由于還要遵守嚴(yán)格的安全規(guī)定和要求，解決這些挑戰(zhàn)的難度又進一步變大。

　　代工廠商要想獲得成功和保持領(lǐng)先就必須注意幾個趨勢。首先，當(dāng)下有一個目標(biāo)是將過去不同領(lǐng)域和時期的車內(nèi)體驗整合到一起。這一目標(biāo)主要是受汽車以類似消費電子設(shè)備的方式運行和反應(yīng)的期望所推動。此外，車輛電氣化產(chǎn)生了大量關(guān)于車內(nèi)和車外的數(shù)據(jù)。通常需要對這些數(shù)據(jù)加以實時的整合、處理，并轉(zhuǎn)換成可采取行動的形式向車內(nèi)的人呈現(xiàn)，進一步強化采取整合解決方案的必要性。

　　最后，由于代工廠商設(shè)計和構(gòu)建滿足無數(shù)預(yù)設(shè)安全和品質(zhì)門檻的車內(nèi)體驗，成本問題較以往變得更加至關(guān)重要。挑戰(zhàn)就是實現(xiàn)創(chuàng)新的同時能降低研發(fā)成本。在這個大背景下，嵌入式軟件在快速興起的汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮主導(dǎo)作用就毫不奇怪了。

　　整合的車內(nèi)體驗跨越不同領(lǐng)域

　　汽車電子在不斷進步，從不需要嵌入式操作系統(tǒng)的簡單的電子控制單元(ECUs)到如今可能需要多個操作系統(tǒng)的復(fù)雜的多功能電子控制單元。過去，嵌入式操作系統(tǒng)被當(dāng)作獨立分開的個體，但由于性能和安全的原因，這種情況將不復(fù)存在。操作系統(tǒng)是當(dāng)下車輛最重要的元件，直接影響安全、安保和車內(nèi)外設(shè)備、路邊基礎(chǔ)設(shè)施、云或外部其它車輛的連接性。

　　車內(nèi)連接的需要涉及各種各樣的物理網(wǎng)絡(luò)間的通信。以太網(wǎng)(Ethernet)、以太網(wǎng)音視頻連接(eAVB)、汽車音頻總線?(A2B?)和無線解決方案這類更強的技術(shù)對傳統(tǒng)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)起到了增補作用，如控制器局域網(wǎng)總線(CAN)、FlexRay和局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)。為控制線路復(fù)雜性個人網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計通常是以特定應(yīng)用程序的需求為導(dǎo)向，將連接不同車輛領(lǐng)域的網(wǎng)關(guān)電子控制單元聯(lián)系在一起。強大的片上系統(tǒng)(SoC)和軟件系統(tǒng)的結(jié)合讓汽車制造商能考慮新的合并的系統(tǒng)架構(gòu)。這方面的一個例子是，一個聯(lián)合車載信息娛樂系統(tǒng)(IVI)和駕駛員信息駕駛艙不僅顯示信息娛樂選項，還疊加來自不同信息源的車輛運行數(shù)據(jù)，如速度、引擎狀態(tài)、安全指針（車道偏離警報系統(tǒng)(LDWS)數(shù)據(jù)）等。

　　電子控制單元和模塊整合

　　聯(lián)網(wǎng)車輛擁有比以往任何時候都多的基于電子控制單元的功能。豪華車使用的電子控制單元已經(jīng)超過100個，下一個趨勢將是從8-16位微控制器向32位基于微處理器的片上系統(tǒng)、再向多核基礎(chǔ)架構(gòu)遷移。這只有在復(fù)雜的片上系統(tǒng)的硬件成本繼續(xù)下降而硬件性能和能力不斷變好的情況下才有意義。

　　隨著電子功能的增多，模塊整合的必要性變得更加明顯。新的電子控制單元被添加到汽車架構(gòu)上后就出現(xiàn)了一系列的問題。車輛線束的復(fù)雜性和重量增加了。車內(nèi)出現(xiàn)越來越多的電子控制單元也將使標(biāo)準(zhǔn)化越來越受重視。隨著硬件平臺的發(fā)展，重新設(shè)計軟件或重新構(gòu)建系統(tǒng)以便在模塊之間移動或整合功能性就成了新的挑戰(zhàn)。合作關(guān)系如汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR)在為各種汽車軟件架構(gòu)創(chuàng)造和建立開放標(biāo)準(zhǔn)以解決這類問題方面表現(xiàn)不凡。汽車代工廠商、電氣供應(yīng)商、芯片制造商和軟件公司均是AUTOSAR的成員。

　　連線信息娛樂

　　現(xiàn)代汽車的信息娛樂系統(tǒng)擁有比以往任何時候都多的功能互動，所以連通性的概念非常廣泛?，F(xiàn)代信息娛樂系統(tǒng)是駕駛者和乘客指揮和控制車上各種數(shù)據(jù)的生成和發(fā)布的駕駛艙。信息娛樂系統(tǒng)需要連接到車輛網(wǎng)絡(luò)以便從多個電子控制單元收集數(shù)據(jù)，并報告自己的狀態(tài)。從外部來講，有連接智能設(shè)備的期望，這些越來越多地通過應(yīng)用程序和技術(shù)，如蘋果CarPlay(AppleCarPlay)、谷歌安卓汽車(GoogleAndroidAuto)、MirrorLink實現(xiàn)。隨著無人駕駛汽車的出現(xiàn)，信息娛樂功能現(xiàn)在還必須與其他車輛和外界連接。毫不奇怪，通常在車頭單元的信息娛樂系統(tǒng)已成為眾所周知的汽車的大腦。

　　鑒于這種對職責(zé)和功能的期望，嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成的駕駛艙是一項關(guān)鍵技術(shù)。MentorGraphics已經(jīng)向一個名叫ConnectedOS?的概念投資，包括能極大地提高車內(nèi)體驗的下一代解決方案所需的多層集成和連接（圖1）。

　　
                 圖1：連線操作系統(tǒng)(ConnectedOS)的軟件平臺和開發(fā)工具高級視圖　　
　　創(chuàng)新跟上消費電子變革的速度

　　ConnectedOS軟件擁有一個模塊、一個帶增強板支持包(SuperBSP)的基于GENIVI的Linux平臺和一個優(yōu)化的中間件層(OPTstack)。箱外，該開箱即用的軟件平臺提供關(guān)鍵技術(shù)，如快速啟動、即時和優(yōu)化音頻/視頻功能--構(gòu)建先進的汽車應(yīng)用程序所必需的功能。這方面的一個例子是，緊密集成的ConnectedOS架構(gòu)可使系統(tǒng)快速啟動并激活早期的音頻和視頻功能，這些對滿足帶備份相機的信息娛樂系統(tǒng)的要求來說至關(guān)重要。

　　此外，ConnectedOS針對新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擁有中間件支持，如eAVB、A2B等。事先整合的(eAVB)軟件棧在開發(fā)低延遲時間和實時通信的應(yīng)用方面特別有幫助，如在ADAS中的應(yīng)用（圖2）。除此之外，支持eAVB這類協(xié)議加上視頻處理專長讓基于ConnectedOS的系統(tǒng)擁有如后座娛樂(RSE)這類功能。ConnectedOS中的eAVB棧按IEEEAVB標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)并符合AVnuAlliance要求。支持的IEEE（美國電氣和電子工程師協(xié)會）安裝包括：IEEE802.1AS、802.1Qat、802.1Qav、1722.1和1733。同樣的，ConnectedOS中的對A2B軟件棧的支持讓汽車制造商能以更低的系統(tǒng)價格開發(fā)音頻網(wǎng)絡(luò)，同時提高車內(nèi)音頻體驗。
　ConnectedOS作為一個基于軟件的解決方案可定制程度高，為汽車制造商提供創(chuàng)新的靈活性和為不同車款和車齡分類。　　

                  圖2：一個針對IVI和ADAS應(yīng)用的基于eAVB的網(wǎng)格經(jīng)典案例　　
　　管理成本的同時實現(xiàn)安全和品質(zhì)目標(biāo)

　　安全和安保一直是汽車廠商考慮的重中之重，隨著無人駕駛汽車的出現(xiàn)，已經(jīng)出現(xiàn)更多的可為黑客和任何外界干擾源利用的無線“攻擊表面”。車輛架構(gòu)的每一個層次都應(yīng)考慮安保，從硬件到嵌入式軟件、應(yīng)用程序和人為因素。軟件缺陷應(yīng)盡可能地降到最低，繼續(xù)開發(fā)對與安全息息相關(guān)的軟件的詳盡測試策略。通過細(xì)心劃分，很難完全被驗證的與安全息息相關(guān)的元素可被分開并利用更為復(fù)雜的系統(tǒng)分別驗證。MentorGraphics已經(jīng)引進了一個重要軟件混合的一體儀器集群解決方案，這讓經(jīng)驗證的與安全息息相關(guān)的圖形指示器與豐富的3D圖形在一個單一的顯示屏上整合起來（圖3）。這些與安全息息相關(guān)的圖形在一個安全的硬件區(qū)運行并在一個單獨的通過安全認(rèn)證的Nucleus?SafetyCert?實時操作系統(tǒng)(RTOS)上運行，在外部干擾和拒絕服務(wù)方面使它盡可能地安全?！　?/span>

                         圖3：單個片上系統(tǒng)上的重要軟件混合集群　　
　　支持多個操作系統(tǒng)

　　ConnectedOS的概念不僅僅包括一個基本的Linux操作系統(tǒng)。新的多核架構(gòu)可容納多個操作系統(tǒng)，并且在它們之間實現(xiàn)緊密的通信聯(lián)系。這包括AUTOSAR基本軟件(BSW)操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)，如NucleusRTOS，甚至是讓安卓本地運行的鏈接，或在一個Linux容器(LXC)里的操作系統(tǒng)。一旦使用多個操作系統(tǒng)，利用諸如RPMsg和VirtIO協(xié)議就可實現(xiàn)安全的通信，這樣在一個領(lǐng)域生成的信息就能被傳輸?shù)搅硪粋€領(lǐng)域（圖4）。一個例子是需要在安保駕駛員信息集群顯示器上出現(xiàn)的電話狀態(tài)信息。在多核框架中分開領(lǐng)域或通過使用內(nèi)置管理程序可以對安保和分離進行管理，與此同時優(yōu)化性能。　　

                               圖4：RPMsg和VirtIO的多域通信　　
　　結(jié)論

　　在當(dāng)今車輛生產(chǎn)當(dāng)中嵌入式軟件的數(shù)量和價值仍在繼續(xù)增長，汽車廠商需要確保他們采用了最新的能使系統(tǒng)安全互動的技術(shù)。通過仔細(xì)使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開放源碼軟件來節(jié)約開發(fā)成本已經(jīng)變得比以往任何時候都重要，而專注的平臺提供商，如MentorGraphics正在為二級供應(yīng)商設(shè)定新標(biāo)準(zhǔn)、利用合適的技術(shù)創(chuàng)新幫助一級廠商和他們的汽車代工廠商滿足生產(chǎn)時間的要求。