Michael Kiener Bruno Nunes-Silva

“單一ECU對(duì)應(yīng)單一功能”的模式因無(wú)法滿足汽車個(gè)性化、使用便捷性的新需求而走到了盡頭。

現(xiàn)代汽車就像是一個(gè)移動(dòng)的數(shù)據(jù)中心，原因在于車輛的電子電氣架構(gòu)正在轉(zhuǎn)型。

一個(gè)強(qiáng)大的服務(wù)器架構(gòu)會(huì)替代由電子控制單元（ECU）和微控制器組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，為車輛提供所有電子功能。先前車輛上的幾乎每個(gè)功能或功能區(qū)域都是通過(guò)專用 ECU集成到架構(gòu)之中，這造成了一個(gè)多樣化且復(fù)雜化的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不適于進(jìn)一步的創(chuàng)新，比如汽車成為萬(wàn)物互聯(lián)（IoT）的一部分。

只要車輛還是“車輪上獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)”，獨(dú)立ECU的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)就不是問(wèn)題。但是，如果車輛想為駕乘人員提供數(shù)字服務(wù)、通信和信息娛樂(lè)功能，那么就需要全新的電子電氣架構(gòu)。在現(xiàn)有的車輛結(jié)構(gòu)中，我們很難實(shí)現(xiàn)跨域的功能整合，也無(wú)法通過(guò)無(wú)線接口與互聯(lián)網(wǎng)或者云端互聯(lián)。無(wú)線更新（OTA）只有在特定的功能區(qū)域中才能實(shí)現(xiàn)，而如果要大大增加整車的功能范圍，那么通常需要對(duì)整車進(jìn)行改款，甚至是推出新一代的車輛。當(dāng)前的電子電氣架構(gòu)無(wú)法滿足駕駛員或消費(fèi)者對(duì)汽車個(gè)性化和使用便捷性的要求。這也表明，“單一ECU對(duì)應(yīng)單一功能”的模式已經(jīng)走到盡頭。

軟件：車輛的新核心

要實(shí)現(xiàn)理想中的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)的電子電氣架構(gòu)必須以功能強(qiáng)大的軟件架構(gòu)為中心，以驅(qū)動(dòng)強(qiáng)大的功能和面向服務(wù)的設(shè)置，而為數(shù)不多的高性能計(jì)算單元或服務(wù)器則為必要的功能集成提供了可能性。域控制器作為全新的電子電氣架構(gòu)基本元素，將支持高性能計(jì)算單元，用于處理傳感器和執(zhí)行器的輸入/輸出邏輯，以及實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的功能（圖1）。車身高性能計(jì)算單元就是這樣的一個(gè)服務(wù)器，它將網(wǎng)關(guān)功能與車身控制器的功能相結(jié)合。車身高性能計(jì)算單元作為車內(nèi)的中央數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)通訊模塊（如車載智能通訊單元或智能天線模塊）與外界連接，車身高性能計(jì)算單元也是互聯(lián)服務(wù)的理想主機(jī)（圖2）。大陸集團(tuán)為大眾ID.系列車型開發(fā)了車載應(yīng)用服務(wù)器（ICAS1），是全球首家實(shí)現(xiàn)車身高性能計(jì)算單元以及相關(guān)軟件量產(chǎn)的供應(yīng)商。在該解決方案中，車身高性能計(jì)算單元涵蓋了網(wǎng)關(guān)和車身域控制器功能，并協(xié)調(diào)OTA更新和在線服務(wù)，由于可根據(jù)需要提供更多的算力和存儲(chǔ)量，因此在前期只使用了部分產(chǎn)品能力。車身高性能計(jì)算單元提供了內(nèi)存和25 K DMIPS算力-每秒執(zhí)行百萬(wàn)條整數(shù)處理指令數(shù)——因而可以隨時(shí)安裝新的軟件或進(jìn)行更新。車身高性能計(jì)算單元還能協(xié)調(diào)與后端以及后端應(yīng)用程序的連接。隨著電子電氣架構(gòu)的不斷演化，將會(huì)有更多的跨域功能的整合。大陸集團(tuán)的不同的高性能計(jì)算單元解決方案，已經(jīng)為未來(lái)的應(yīng)用做好準(zhǔn)備。

在硬件方面，高性能計(jì)算單元包括具有外部存儲(chǔ)器和多核技術(shù)的微處理器。其高速數(shù)據(jù)接口及Hypervisor程序管理技術(shù)可支持虛擬化。該中間件還支持千兆以太網(wǎng)，為各類應(yīng)用提供必要的數(shù)據(jù)吞吐量。通過(guò)Elektrobit基于自適應(yīng)AUTOS AR平臺(tái)開發(fā)的基礎(chǔ)軟件，高性能計(jì)算單元實(shí)現(xiàn)了持續(xù)的軟硬件分離，虛擬化（四個(gè)虛擬控制單元上的多個(gè)操作系統(tǒng)）和功能安全（ASIL和非ASIL），也滿足對(duì)新業(yè)務(wù)模式的要求和眾多軟件源的集成?？傮w而言，大陸集團(tuán)的高性能計(jì)算單元分為四個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域：與駕駛員進(jìn)行交互的駕駛艙高性能計(jì)算單元、調(diào)節(jié)車內(nèi)數(shù)據(jù)流并作為互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)安全和通信的智能接口的車身高性能計(jì)算單元、自動(dòng)駕駛高性能計(jì)算單元，安全高性能計(jì)算單元。目前正在開發(fā)第四個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，旨在縮小車身域與自動(dòng)駕駛域之間的差距，并為高級(jí)別的ASIL提供功能安全。大陸集團(tuán)高性能計(jì)算單元由公司內(nèi)部獨(dú)立研發(fā)并制造，部分功能由子公司Elektrobit （操作系統(tǒng)、虛擬化、OTA和軟件服務(wù)）和Argus（網(wǎng)絡(luò)安全）合力打造。

域控制單元：未來(lái)車輛架構(gòu)的基本組成部分

電子電氣架構(gòu)從多個(gè)ECU轉(zhuǎn)換到高性能計(jì)算單元服務(wù)器架構(gòu)的一個(gè)核心駆動(dòng)因素是引入了域控制器（ZCU，圖3）的新型中間層。域控制器可用于“簡(jiǎn)化”現(xiàn)有的電子電氣架構(gòu)，從而減少電子控制單元的數(shù)量和線束的重量。域控制器由高性能計(jì)算單元進(jìn)行管

控。在少量高性能計(jì)算單元上所集中的車輛中央計(jì)算能力越強(qiáng)，用以確保車輛功能可靠執(zhí)行的域控制器就越重要。域控制器是高性能計(jì)算單元和傳感器或執(zhí)行器之間的橋梁。因此，每個(gè)域控制器將車輛某個(gè)特定區(qū)域中不同域的功能集成在一起，并作為連接中心為設(shè)備提供電源分配及數(shù)據(jù)連接以滿足互聯(lián)服務(wù)的需求。

傳感器、外圍設(shè)備和執(zhí)行器并非直接連接到域控制器，而是連接到本地的一個(gè)區(qū)域控制器。域控制器接管其負(fù)責(zé)的車輛相應(yīng)區(qū)域的職能。通過(guò)這種方式，域控制器就減輕了高性能計(jì)算單元的功能性工作，使其能夠?qū)Ｗ⒂谄洹半娮哟竽X”的任務(wù)，用于車輛內(nèi)外的數(shù)據(jù)和功能管理。此外，域控制器執(zhí)行本地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，聚合數(shù)據(jù)，并通過(guò)以太網(wǎng)將其傳輸?shù)礁咝阅苡?jì)算單元。這種設(shè)置讓域控制器可以進(jìn)行跨域的設(shè)備的控制，而高性能計(jì)算單元可以專注于信息的處理。引入域控制器可以將軟件從硬件中“解放”出來(lái)，并為“終身學(xué)習(xí)”車輛的持續(xù)更新和改進(jìn)創(chuàng)造了先決條件。大陸集團(tuán)提供可縮放的平臺(tái)，以滿足不同市場(chǎng)的需求。

自動(dòng)化軟件工廠：敏捷開發(fā)

然而軟件應(yīng)用和服務(wù)數(shù)量的不斷增加，對(duì)于包括合作伙伴和供應(yīng)商在內(nèi)的所有參與者而言，都構(gòu)成了重大的挑戰(zhàn)。因此，大陸集團(tuán)推出了自動(dòng)化軟件工廠注重使用敏捷開發(fā)的方法。開發(fā)是一項(xiàng)小規(guī)模的任務(wù)，我們必須有效地協(xié)調(diào)和管理不斷擴(kuò)展的軟件范圍。為此，大陸集團(tuán)依靠自動(dòng)化項(xiàng)目階段性節(jié)點(diǎn)審核和透明指標(biāo)，可持續(xù)實(shí)時(shí)地評(píng)估軟件質(zhì)量，直至源代碼級(jí)別。所有與質(zhì)量相關(guān)的信息都可供開發(fā)團(tuán)隊(duì)以及內(nèi)外部利益相關(guān)者使用。有了這種敏捷而自動(dòng)化的工作模式，軟件在早期開發(fā)階段就具備了高度的成熟性。

敏捷的框架是選擇和調(diào)整開發(fā)方法和項(xiàng)目規(guī)模的基礎(chǔ)。 GitHub作為持續(xù)、無(wú)縫軟件審查服務(wù)的開發(fā)平臺(tái)，可以集成到 Continental DevOps 產(chǎn)品組合之中。我們可以通過(guò)GitHub創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化渠道，集成諸如 Jira和Grafana等工具來(lái)驗(yàn)證所有的更改。為確保第三方供應(yīng)商的安全集成，DevOps生態(tài)系統(tǒng)還包括標(biāo)準(zhǔn)化工具，例如用于監(jiān)控的Prometheus A用于數(shù)據(jù)記錄的Elasticsearch .用于跟蹤問(wèn)題的Jira、用于文檔編寫管理的Comclunes.用于二進(jìn)制存儲(chǔ)器 Artifactory.用于應(yīng)用部署管理的 Kubernetes等。我們每天提供二到三個(gè)軟件版本，測(cè)試也是完全自動(dòng)化的。如果遵循常規(guī)的開發(fā)過(guò)程和人工操作，那么高性能計(jì)算單元軟件的開發(fā)范圍和速度就不可能實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)，為了優(yōu)化軟件開發(fā)的基礎(chǔ)流程，大陸集團(tuán)還建立了大陸協(xié)作門戶。與之前軟件交付、測(cè)試和驗(yàn)證之間的“乒乓匹配”不同，它可以自動(dòng)執(zhí)行這些過(guò)程，并在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)恢復(fù)數(shù)據(jù)。這就保證了只有無(wú)錯(cuò)誤的應(yīng)用程序才可以轉(zhuǎn)移至實(shí)際的開發(fā)系統(tǒng)中（圖4）。門戶本身是一個(gè)安全的、標(biāo)準(zhǔn)化的界面，適用于內(nèi)部和外部的所有利益相關(guān)者。用戶可以訪問(wèn)軟件庫(kù)，打開文檔，還可以開發(fā)軟件。該軟件經(jīng)歷了自動(dòng)測(cè)試和預(yù)集成過(guò)程。審核通過(guò)后加入主線。代碼中的錯(cuò)誤報(bào)告得非?？?，并且可以在較短的迭代中進(jìn)行修復(fù)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)這些流程步驟的自動(dòng)化，大陸合作門戶能夠與越來(lái)越多的內(nèi)外部利益相關(guān)者一起加快軟件開發(fā)，并追求更高質(zhì)量的軟件。

可見，軟件和數(shù)據(jù)將主導(dǎo)未來(lái)的汽車，引領(lǐng)汽車生態(tài)系統(tǒng)和汽車行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)變革。軟件的作用越大，標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和操作系統(tǒng)就越為重要，這也是高性能計(jì)算單元將成為未來(lái)車輛電子電氣架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的原因之一。如果說(shuō)高性能計(jì)算單元服務(wù)器概念僅僅是涵蓋目前對(duì)于聯(lián)網(wǎng)汽車的需求，那么它并不具有前瞻性。其處理能力和存儲(chǔ)能力均旨在支持新的基于數(shù)據(jù)和服務(wù)的業(yè)務(wù)模式。

總體而言，高性能計(jì)算單元是未來(lái)車輛的基石——從分布式架構(gòu)向基于服務(wù)器的電子電氣架構(gòu)轉(zhuǎn)變。這有利于實(shí)現(xiàn)電子電氣架構(gòu)的整體優(yōu)化，以及在車輛生命周期內(nèi)的功能升級(jí)與更新。另一個(gè)未來(lái)趨勢(shì)是將少量且功能強(qiáng)大的跨域高性能計(jì)算單元集成到一輛車中，可將車輛功能從一臺(tái)服務(wù)器轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)服務(wù)器，這增加了靈活性以及電子功能的冗余性和可靠性。