開源軟件繼續(xù)推動互聯(lián)汽車向前發(fā)展

這不只是關(guān)于汽車數(shù)字基礎(chǔ)架構(gòu)內(nèi)部元件的連接，而是關(guān)于汽車與外界的連接 -- 比如和其它汽車、互聯(lián)網(wǎng)以及云的連接。雖然硬件廠商不斷做出重大貢獻(xiàn)，但重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向了推動 互聯(lián)汽車 的軟件。事實(shí)上，用于嵌入式系統(tǒng)的軟件的開發(fā)，包括原型設(shè)計(jì)、調(diào)試、測試和驗(yàn)證，現(xiàn)在占據(jù)了汽車制造的大部分時(shí)間。

現(xiàn)在制造的汽車在不久的將來可能會有大約2000萬行代碼（已經(jīng)超過一架美國F-35噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)），預(yù)計(jì)豪華高端汽車的代碼還有可能超過1億行。汽車軟件的開發(fā)是件嚴(yán)肅的事。

遇見新的 Linux，不同于舊的Linux

雖然還算不上家喻戶曉，但可能會在你身邊的某輛車上看到，Linux操作系統(tǒng)是很多頂級汽車制造商首選的汽車開源軟件平臺。它已經(jīng)取代無數(shù)專有或封閉的操作系統(tǒng)。許多全球領(lǐng)先的汽車制造商將Linux作為操作系統(tǒng)，不僅用來運(yùn)行汽車的音響主機(jī)或信息娛樂中心，還用來運(yùn)行遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、儀表板，等等。當(dāng)然，Linux已經(jīng)存在了幾十年，已經(jīng)證明自己是 高性能計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 。如今，Linux更多的是一種 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ，對互聯(lián)汽車來說是個(gè)好兆頭?？赡艽蠹叶贾?，Linux幫助推動了智能手機(jī)行業(yè)的發(fā)展。許多在手機(jī)行業(yè)得到完善的進(jìn)步技術(shù)正在被開發(fā)應(yīng)用于汽車Linux。除了其廣泛的網(wǎng)絡(luò)功能，Linux平臺還具有可觀的成本節(jié)約潛力。在一個(gè)世界性的開源開發(fā)人員團(tuán)體的支持下，Linux內(nèi)核會不斷完善和更新。老實(shí)說，“開放”并不一定意味著所有人都可以免費(fèi)使用該操作系統(tǒng)，而是說軟件開發(fā)人員可以開放獲取Linux內(nèi)核。當(dāng)然，關(guān)于“免費(fèi)使用”聲明也有一些規(guī)定，但事實(shí)仍然是Linux的軟件授權(quán)方法更簡化，這對于必須考慮利潤的汽車制造商來說非常具有吸引力。

升級汽車軟件就像智能手機(jī)一樣 ?

一個(gè)眾所周知的事實(shí)是，當(dāng)Linux首次引入汽車電子系統(tǒng)時(shí)，汽車制造商和一級供應(yīng)商是持懷疑態(tài)度的。一輛車的平均壽命大概是十年。智能手機(jī)的壽命遠(yuǎn)不到十年。隨著汽車的老化，怎么向客戶承諾最新的電子創(chuàng)新？怎樣把一款新的車載信息娛樂系統(tǒng)引入一個(gè)已經(jīng)使用了五年的硬件架構(gòu)？

首先，Linux是一個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境的一部分。有成千上萬的軟件開發(fā)人員一直在為Linux內(nèi)核和中間件層工作。世界上沒有其它操作系統(tǒng)投入這么多人力（或工時(shí)）來主動解決汽車行業(yè)正在發(fā)生的需求和挑戰(zhàn)。汽車制造商能夠利用這種協(xié)作式的開源工作來加快新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，并節(jié)省這個(gè)過程中的成本。

此外，眾多組織和非盈利聯(lián)盟已經(jīng)建立，來協(xié)助汽車制造商保持軟件和中間件的更新，以及滿足汽車行業(yè)和管理機(jī)構(gòu)制定的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。其中有兩個(gè)這樣的聯(lián)盟，他們是GENIVI Alliance以及Linux基金會的Automotive Grade Linux (AGL)。

去年，福特汽車公司通過GENIVI Alliance推出了其AppLink專有源代碼和平臺。GENIVI是一個(gè)由建立和共享基于Linux的車載信息娛樂平臺的汽車制造商和一級供應(yīng)商組成的非營利組織。GENIVI主要推動開源中間件兼容，旨在為所有成員建立一個(gè)更通用的系統(tǒng)平臺。雖然中間件是共享的，但成員仍然可以在應(yīng)用層面添加他們自己的差異化特點(diǎn)，從而建立獨(dú)一無二的品牌和產(chǎn)品（圖1）。隨著福特的加入，GENIVI及其成員能夠用一個(gè)久經(jīng)考驗(yàn)的框架補(bǔ)充這個(gè)開源車載信息娛樂系統(tǒng)平臺，從而與智能手機(jī)和平板電腦應(yīng)用互動。福特成功了，是因?yàn)樵撏狡脚_在這一方面現(xiàn)在已經(jīng)具備了成為開源汽車標(biāo)準(zhǔn)的潛力。

圖1：GENIVI軟件架構(gòu)。

今天確實(shí)有了無線軟件更新技術(shù)，并被用來更新車載遠(yuǎn)程信息處理和信息娛樂系統(tǒng)。關(guān)注點(diǎn)仍然圍繞車載通信網(wǎng)絡(luò)上其它模塊的編程（比如控制器局域網(wǎng)），尤其是安全和內(nèi)存要求。但是這樣的技術(shù)確實(shí)存在，來保持信息娛樂系統(tǒng)和其它電子模塊貫穿車輛整個(gè)生命周期的更新。

互聯(lián)汽車

看看當(dāng)今汽車的內(nèi)部，你會發(fā)現(xiàn)有很多電子系統(tǒng)在工作。現(xiàn)在的汽車可能包含軍用式夜視功能來幫助分辨路口的行人；先進(jìn)的安全程序來確保安全氣囊在一微秒內(nèi)啟用；電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和防抱死剎車幫助在惡劣天氣引導(dǎo)車輛；或者是備用攝像頭（傳感器）來幫助駕駛員在不良駕駛環(huán)境下看得更清楚。所有這些電子系統(tǒng)都需要電子控制單元來保持正常運(yùn)行。一旦車輛增加了車載信息娛樂系統(tǒng)，開發(fā)人員也就一下子面臨了一輛車上很多復(fù)雜的連接性挑戰(zhàn)。顯然，一輛車的多媒體功能要被分類，并與安全關(guān)鍵性功能區(qū)分出不同的優(yōu)先順序。

互聯(lián)汽車也意味著使用了空前多的電子控制單元。最近有研究顯示，當(dāng)今的高端豪華車上可看到近100個(gè)電子控制單元。還發(fā)現(xiàn)了從8位和16位應(yīng)用處理器向低端32位微控制器的轉(zhuǎn)移。這只有在硬件成本不斷下降而硬件性能和功能提升時(shí)才適用?；ヂ?lián)汽車中的這些活動需要處理復(fù)雜的活動。這就是全功能汽車操作系統(tǒng)能夠發(fā)揮作用的地方。Linux作為一個(gè)操作系統(tǒng)顯示出了很廣闊的發(fā)展前景，它能夠?qū)⒈姸喙δ芗谒闹虚g件。

目前正在努力確保在達(dá)到基本活動要求的同時(shí)，將汽車關(guān)鍵活動獨(dú)立出來，確保安全性和數(shù)據(jù)完整性，這通常會使用一套虛擬層和虛擬化技術(shù)。在虛擬層技術(shù)中將Linux與經(jīng)過安全驗(yàn)證的RTOS相結(jié)合提供了一種絕佳的選擇，既能夠在單芯片平臺上整合各種關(guān)鍵應(yīng)用，又可以通過模塊的整合降低整體汽車成本。

除了為安全關(guān)鍵應(yīng)用提供支持外，安全也正成為互聯(lián)汽車領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。安全增強(qiáng)Linux (SELinux)是Linux的一個(gè)成熟組件，目前正被研究用于安全至上的互聯(lián)汽車的內(nèi)部功能。這也是Linux遠(yuǎn)超專有操作系統(tǒng)的一個(gè)方面。

電子控制單元和模塊整合

隨著電子功能不斷增多，對模塊整合的需求變得愈加明顯。由于汽車結(jié)構(gòu)中加入了新的電子控制單元，很多問題隨之出現(xiàn)。汽車線束的復(fù)雜性和重量有所增加。通常會配置多余的軟件功能，以便為汽車平臺的可升級性提供更好的支持。例如：一輛車配備支持語音識別的遠(yuǎn)程信息處理模塊，而信息娛樂系統(tǒng)也支持語音識別，從而實(shí)現(xiàn)指揮與控制。車載信息娛樂系統(tǒng)可能通過聯(lián)網(wǎng)的移動設(shè)備實(shí)現(xiàn)免提功能。我們還看到新興先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)與駕駛座信息娛樂和駕駛員信息系統(tǒng)在傳感器輸入處理方面存在許多共性，這為模塊整合提供了又一個(gè)用例。

汽車中電子控制單元的不斷增多也更凸顯了標(biāo)準(zhǔn)化的重要性。隨著硬件平臺發(fā)生變化，這就需要重新設(shè)計(jì)軟件，甚至重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以整合各模塊的功能。汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR)很好地為不同汽車軟件架構(gòu)創(chuàng)建了開放性標(biāo)準(zhǔn)，以解決這些問題（圖2）。汽車原始設(shè)備制造商、電子產(chǎn)品供應(yīng)商、芯片制造商和軟件公司組成了AUTOSAR聯(lián)盟。

帶您進(jìn)入全新領(lǐng)域

互聯(lián)性不僅限于汽車內(nèi)的電子控制單元，還涉及汽車與外界溝通的方式。汽車可能需要接入蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)。信息娛樂系統(tǒng)將通過與帶入汽車的移動設(shè)備互聯(lián)而獲益，不僅可以訪問設(shè)備上的多媒體、應(yīng)用和數(shù)據(jù)，而且還為接入互聯(lián)網(wǎng)提供了新的選擇。

這方面有兩項(xiàng)新興技術(shù)：車與車(V2V)和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信，統(tǒng)稱為V2X（圖3）。V2X是一種機(jī)器對機(jī)器(M2M)通信，可在汽車之間、汽車與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間，甚至汽車與云之間實(shí)現(xiàn)自動通信。V2V使汽車能夠進(jìn)行對講，使用短程無線電交換交通堵塞、天氣狀況和意料之外的施工區(qū)等數(shù)據(jù)。此外還有收費(fèi)等許多商業(yè)應(yīng)用。V2V能夠大大提升駕駛的安全性，因而前景十分廣闊。

諸如V2V通信之類的車輛通信系統(tǒng)并非ADAS專用，但卻為ADAS應(yīng)用帶來了很多有趣的新功能。這項(xiàng)技術(shù)基于專用短程通信(DSRC)，采用5.9 GHz頻段，該頻段也用于Wi-Fi。這樣就可以將信息發(fā)送至附近的汽車，一般最多只能傳輸1000米。該技術(shù)適用于在汽車之間或者汽車與路邊站臺之間收發(fā)本地信息。從ADAS的角度來說，V2V代表著另一種類似于傳感器的輸入系統(tǒng)，可用于改善策略和反應(yīng)。

當(dāng)然，V2V和V2I的實(shí)用性基于成本和客戶需求。部署激勵措施很可能最終將通過政府強(qiáng)制執(zhí)行。在任何情況下，成本都將成為一個(gè)問題。Linux作為一種開源軟件平臺，在降低開發(fā)成本方面發(fā)揮著重要作用。此外，GENIVI等聯(lián)盟將必須加大力度確保V2V和V2I符合全行業(yè)都接受的通用標(biāo)準(zhǔn)。

圖3：V2X格局：車與車(V2V)和車與基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信。

建立采用Linux操作系統(tǒng)的汽車系統(tǒng)

從信息娛樂和音響系統(tǒng)到遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)（要求立即啟動和強(qiáng)大的安全層），Linux將充當(dāng)起運(yùn)行大部分互聯(lián)汽車 功能的角色，這是大勢所趨。開源軟件正迅速占領(lǐng)裸機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或封閉式汽車操作系統(tǒng)等傳統(tǒng)領(lǐng)域。

為滿足當(dāng)今汽車軟件解決方案的需求，一款開源軟件解決方案必須像Linux一樣具有成熟且值得信賴的內(nèi)核。因此可以考慮選擇Linux操作系統(tǒng)，此外還需要大量安全且高品質(zhì)的定制軟件組件。提供這類組件的廠商不僅需要有豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和服務(wù)的一致性，還要能夠提供涉及各個(gè)學(xué)科的工程服務(wù)，這樣才能與一級供應(yīng)商及其他合作伙伴共同打造最終解決方案。

除了值得信賴的安全內(nèi)核外，軟件平臺還應(yīng)能夠滿足汽車行業(yè)的特殊需求。其中不僅包括快速啟動和圖像效果等最終用戶能輕易察覺的性能要求，還有對控制器局域網(wǎng)消息在50毫秒內(nèi)做出早期響應(yīng)的系統(tǒng)要求，這一點(diǎn)也是原始設(shè)備制造商所關(guān)注的。

此外，擁有早期開發(fā)的硬件原型也很重要，汽車制造商和一級供應(yīng)商可以用它們來進(jìn)行應(yīng)用軟件開發(fā)。一開始就獲得硬件原型讓汽車制造商能更深入地參與開發(fā)過程，從而以有效且獨(dú)特的方式來與一級供應(yīng)鏈合作。

總結(jié)

車載娛樂信息系統(tǒng)在廣播內(nèi)容方面已經(jīng)形成了高度靈活的調(diào)諧/預(yù)置功能，能夠呈現(xiàn)很多新的內(nèi)容形式，其中一些是基于互聯(lián)網(wǎng)的和交互式的?？梢岳酶黝惢A(chǔ)技術(shù)和操作系統(tǒng)來打造這些新系統(tǒng)。已投入生產(chǎn)的車載娛樂信息系統(tǒng)采用了Microsoft Windows、Linux以及QNX的專有操作系統(tǒng)等。然而，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為在汽車原始設(shè)備制造商要求的推動下，關(guān)注的焦點(diǎn)正從技術(shù)創(chuàng)新轉(zhuǎn)向成本優(yōu)化。接下來，Linux顯然將成為成本最低的選擇。

其他汽車系統(tǒng)隨著新要求的出現(xiàn)而不斷發(fā)展，模式也很類似。遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、儀表板和其他電子系統(tǒng)開始具備標(biāo)準(zhǔn)化的新功能集，同時(shí)也出于商業(yè)上的因素，Linux很可能受到這些系統(tǒng)的青睞。事實(shí)上，整體都會有變化，因?yàn)槠嚨母鱾€(gè)部分都將受到影響。我們將看到，大量可移動、可互換的零部件將讓汽車大變身。開源軟件會成為這一巨大轉(zhuǎn)變的核心力量嗎？讓我們拭目以待。

Mentor Automotive憑借在系統(tǒng)工程方面的深厚專長，打造出先進(jìn)的汽車設(shè)計(jì)工具和軟件系列產(chǎn)品，幫助客戶解決了行業(yè)所面臨的最復(fù)雜的設(shè)計(jì)難題。Mentor Automotive的解決方案包括：電子電氣分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程；產(chǎn)品定義/架構(gòu)；車載娛樂信息系統(tǒng)；ADAS；網(wǎng)絡(luò)/AUTOSAR設(shè)計(jì)和集成；服務(wù)和技術(shù)文檔；印刷電路板(PCB)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；機(jī)械分析；電力電子技術(shù)可靠性和計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)模擬。明導(dǎo)利用這些解決方案，幫助客戶把復(fù)雜難題變成創(chuàng)新和競爭優(yōu)勢。詳情請?jiān)L問： http://automotive.cn.mentor.com/ 。

作者簡介：

Patrick Shelly是明導(dǎo)的高級解決方案架構(gòu)師。他從事汽車行業(yè)的嵌入式系統(tǒng)已超過25年，專注于軟件架構(gòu)和軟件開發(fā)流程。Pat曾在福特汽車公司(Ford Motor Company)從事動力總成控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)、在天合汽車(TRW Automotive)從事主動安全系統(tǒng)工作，他的豐富經(jīng)驗(yàn)還涵蓋了汽車信息娛樂系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)和儀表板應(yīng)用等各個(gè)方面。Pat為大量新的汽車項(xiàng)目提供咨詢服務(wù)、經(jīng)常出席專業(yè)組織活動，并在全球教授眾多操作系統(tǒng)和開發(fā)工具培訓(xùn)課程。Pat目前的研究重點(diǎn)包括汽車連接、多核處理器、汽車架構(gòu)中的分散式和一體化系統(tǒng)，人機(jī)界面(HMI)技術(shù)以及操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。