下一代域控軟體開發的“陷阱”

全面轉向下一代集中式(域)電子架構的程序,正在加速。

一方面,高算力、高效能晶片推動硬體革新,並保證域控制器實現對傳統分散式ECU的整合;另一方面,基礎軟體架構以及端到端安全通訊模組也在逐步形成共識。

十年前,奧迪啟動第一代域控制器的研發招標,Vector及其戰略合作伙伴TTTech Automotive獲得了奧迪BSW軟體的供應合同,同時涉及CAN、LIN和FlexRay通訊模組,包括RTE和安全相關ECU的端到端保護。

如今,這樣的模式已經成為汽車行業打造下一代整車電子架構的主流選擇。此前,現代汽車就宣佈將整合自己的標準軟體平臺產品和TTTech的MotionWise安全軟體,作為未來輔助駕駛以及自動駕駛域控制器的核心組成部分。

這其中,類似MotionWise這樣的產品是一個可擴充套件的安全軟體平臺,在汽車電子架構中充當自動駕駛等安全關鍵應用的安全“守門人”角色。

背後,是高級別自動駕駛系統量產開發的複雜度,從早期大多數基於ROS2開源系統做樣車測試,到前裝量產啟用AutoSAR Adaptive,同時還要考慮到安全實時通訊互動(尤其是資料融合),對於很多汽車製造商來說,難度不小。

“對於車企來說,現有規模有限的軟硬體團隊主導AutoSAR Adaptive與安全中介軟體的貫通和協同,並不容易。”映馳科技CTO段勃勃表示,對於新車開發來說,時間緊、任務重,整合難度可想而知。

複雜的軟體整合過程和滿足最高安全要求的需求,與軟體開發的快速迭代,往往很多時候是一個矛盾。這涉及到從車型預研到最後量產的整個週期。

此外,從單域到跨域(車身域、座艙域、自動駕駛域),複雜度更是指數級上升,而目前映馳科技是全球為數不多可以提供跨域(多域融合)高效能計算軟體平臺的廠商之一。

早在產品設計之初,映馳科技就考慮到了未來多域融合的趨勢。段勃勃介紹,“接下來,自動駕駛域、座艙域、閘道器域等將會融合在一起。所以我們框架的設計不僅可以支援自動駕駛一個域,而且可以實現更多域的軟體跨域,跨平臺的整合,並支援不同實時和安全需求的應用。”

一、SOA架構,說起來容易,做起來難

眾所周知,在域控制器的基礎軟體層中,通訊服務(CommunicationServices)模組幾乎涵蓋了汽車所有的通訊標準,軟體模組大部分由第三方公司提供。隨著域控制器的出現,通訊服務層的安全要求也越來越高。

這也是面向服務(SOA)的汽車電子架構中,非常關鍵的一環。

在上述奧迪的專案中,TTTechAutomotive的端到端保護(E2E)模組在功能和配置上實現無縫整合。根據ISO 26262 ASIL-D要求,適用於與安全相關的關鍵應用,以及通訊引數的高效配置。

選擇一家供應商為ECU提供基礎軟體,對汽車製造商開發人員和域控制器供應商都有好處:大幅減少整合和測試工作,縮短開發時間。同時,整個堆疊的一致配置概念也可以提高整個域控制器軟體的開發質量。

不過,近年來,越來越多的頭部汽車製造商開始組建自己的軟體研發團隊,著手自主開發域控制器硬體以及相應的配套軟體。這其中,硬體部分有上游晶片廠商的支援,包括平臺的參考設計以及下游代工廠。

但軟體部分,尤其是基礎軟體平臺(包括底層RTOS、中介軟體以及相關模組化軟體),開發難度較大。

即便是大眾集團對於軟體的高投入,其目標也只是到2025年將軟體自研比例從現在的10%提升到60%。

這其中,很大一部分自研佔比,會更多在應用層功能軟體開發上,這是整車與使用者互動的直接差異化體現。

“中介軟體的概念並不新鮮,”採埃孚軟體解決方案和全球軟體中心副總裁Nico Hartmann表示,但對於日益依賴軟體的汽車製造商來說,擁有中介軟體將更好地處理今天和未來的E/E架構之間的過渡。

而在大陸集團CEONikolaiSetzer看來,“沒有人能完全靠自己做到,”,即使大眾、戴姆勒等巨頭希望開發自己的定製軟體,也會依賴供應商提供更標準化的“中介軟體”。

事實上,在汽車製造商大幅增加軟體投入的同時,成本和效率也是一個亟需要解決的大難題,畢竟軟體的成功,並非純粹靠“工程師堆積”。事實上,架構規劃以及應用層軟體開發才是OEM品牌差異化的最佳路徑。

在行業人士看來,一個最佳化的中介軟體開發平臺,可以讓一個軟體開發人員處理以前需要8個人才能完成的工作。“這個指標暗示了降低成本的內在潛力,但我想強調的是,中介軟體不是一個成本削減角色,而是一個開發效率的推動者。”

對於汽車製造商來說,除了底層實時作業系統,AutoSAR、安全實時通訊模組以及其他關鍵軟體模組仍然非常複雜,就整車而言,執行在不同硬體平臺上的各種軟體必須協同工作。

此外,軟體複雜性的迅速增長,極大地擴大了行業開發複雜軟體的需求和汽車製造商自研能力之間的差距。只有透過軟體重用和採用第三方基礎軟體平臺,才能在短期內快速縮小這種差距。

而在實際的工程開發過程中,這些基礎軟體模組將佔用大量人力資源(並且還涉及到大量的Know-how問題);而汽車製造商以及外部應用演算法供應商又必須在越來越快的迭代週期中部署應用功能,而且必須從一開始就保證安全。

“近幾年,國內一些車企在購買了AutoSAR AP之後,實際在使用中往往不能真正落地,”一位行業人士透露,這其中涉及到大量的軟體功能服務能力自建以及與安全通訊模組的整合問題。

與此同時,傳統的RTOS(比如,黑莓QNX)本身並不能提供未來智慧汽車所需要的綜合軟體。“這其中,有很多附加服務的需求,這些服務大多數將位於中介軟體之上,需要具有很強的可重用。”

下一代域控軟體開發的“陷阱”

以映馳科技推出的EMOS為例,

整合了增強型AutoSAR AP(加入了自研的確定性排程和通訊)以及傳統CP,覆蓋整車中央計算單元、自動駕駛域控、座艙域控(關鍵功能安全部分),整個架構是面向SOA(面向服務的架構)定義。

同時,EMOS連線了MCU、SOC等多種晶片與中介軟體,可實現包括排程與通訊在內的實時性、診斷與監控所有應用的安全性。總體上,平臺以服務為產品形式,其中包括對於感測器、車輛控制、除錯的服務等。

下一代域控軟體開發的“陷阱”

此外,EMOS中的所有模組與服務都會透過標準化的模式來開發,實現服務與其他模組相容性的最大化。

下一代域控軟體開發的“陷阱”

這在海外,同樣是主流趨勢。

比如,此前汽車軟體工具提供商Vector與ADAS演算法公司Baselabs合作,將後者的感測器融合軟體庫透過平臺工具可以直接在嵌入式裝置和ECU上使用AutoSAR基礎軟體進行執行。

二、量產開發,不只是堆砌感測器和晶片

從去年開始,進軍高階智慧電動車成為自主品牌轉型升級的新一股熱潮。

除了規劃全新的下一代電子架構,部分汽車製造商也熱衷於自主研發域控制器的軟硬體方案,這也被視為未來汽車的中央大腦。

但在背後,涉及到大量的工程開發工作,過去類似的工作更多是交由一家或幾家Tier1來完成,比如奧迪Zfas就是一個典型案例。

公開資料顯示,開發L2智慧駕駛控制器,差不多是需要數百個工程師3-4年左右的時間,才能達到量產的水平。而L2以上系統花費更大,如果仍然依靠傳統的Tier1合作模式。

隨著汽車製造商加大軟體架構以及部分模組的自主研發能力,傳統OEM和Tier1(硬體為主)的關係變得越來越微妙。而以TTTech、映馳科技這樣的軟體Tier1或者Tier0.5的角色變得越來越重要。

過去,行業內更傾向於關注演算法,高效能晶片以及高精度的感測器這三個要素,“但面向量產,硬體架構和軟體平臺同樣非常重要的,也是量產必不可少、必須要做的事情。”行業人士表示。

首當其衝,就是域控制器和整車電子架構的開發。

比如,應用軟體的開發與底層硬體以及作業系統的“解耦”,同時保證後續迭代的應用軟體可複用性強(包括跨硬體、車型平臺),從而大幅度降低OEM在軟體上的持續投入。

下一代域控軟體開發的“陷阱”

圖為映馳科技基於異構多核SoC的域控制器軟硬體設計

比如,通常一輛高階豪華車型,大概會有幾十個不同的應用軟體搭載執行,來自於十幾家供應商。要對這些軟體以及供應商進行管控,並且在開發過程中保證協同,就必須要有一套好的中介軟體、工具鏈和工程服務來協助完成系統整合。

過去,傳統模式是主機廠需要選擇多家供應商的軟體工具來完成域控制器的開發,成本相對較高,比如文章開頭提到的奧迪與Vector、TTTech的三方合作。與此同時,這還涉及到多個不同軟體工具與平臺之間的協作開發。

這意味著,傳統軟體開發模式(平臺工具+基礎軟體模組+工程服務+應用演算法開發四種供應商角色),也面臨著洗牌壓力。在這一點上,映馳科技有著自己的獨特競爭優勢。

簡單概括,其核心技術包括確定性通訊技術、確定性排程技術,以及可靠的AI技術三部分。

其中,AI技術可理解為一種演算法,一方面可以實現真正的應用功能,另一方面可以提供一種安全可靠的機制,賦能主機廠的演算法來滿足更高的安全性、可靠性;

談到確定性通訊與確定性排程的問題時,段勃勃表示,自動駕駛應用的資訊自感測器一路傳遞,到中央大腦進行處理,最終透過控制指令傳送出去的整個過程其實包含很多環節。

而映馳科技計算平臺的亮點在於保障了該條環節中時延與排程的絕對可靠,而不僅僅單純保障某個任務的可靠,這也是該平臺區別於過去技術的不同與創新。

此前,解決上述兩個問題的技術方案都是零散的,僅針對具體的小問題。映馳科技的計算平臺服務則面向更系統、更完整的鏈條,為自動駕駛的任務提供了很好的支援,同時極大程度提升了主機廠的迭代效率。

另一方面,主機廠普遍缺少專門的機制和軟體服務來提供全鏈路的安全保障,只能顧及區域性問題。

而映馳科技則從整體的系統上著手,並針對各種可能出現的問題提供瞭解決方案,巢狀在平臺中。主機廠在開發應用時只需關注應用本身,無需擔心安全問題。

專注於智慧駕駛域控制器的核心安全軟體平臺,映馳科技以智慧駕駛應用級作業系統,嵌入式人工智慧為核心技術,助力車企和汽車零部件公司,實現ADAS及自動駕駛技術的落地。

此外,該公司還可以為汽車製造商提供功能應用層軟體服務,涉及感測器感知融合、規劃、控制、定位、模擬以及網路安全等軟體模組。

據高工智慧汽車瞭解,EMOS的第一個量產專案已與國內頭部車廠合作,將在今年的Q2 SOP,這也是映馳科技的跨域計算平臺1.0版本的首次量產。

段勃勃表示,

“目前,我們的產品實現了從0-1的跨越,也就是把關於跨域融合的想法落地到了技術中。接下來我們要做的就是從1-100的進階,希望將現在的成果平臺化、工具化,標準化,服務更多車廠,提升業內整體的開發效率。”