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汽車軟件工程師-軟件究竟如何定義汽車?從電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)看軟件開發(fā)分工的變化
汽車軟件工程師-軟件究竟如何定義汽車?從電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)看軟件開發(fā)分工的變化?
汽車界一直都有所謂的“傳統(tǒng)派”與“互聯(lián)網(wǎng)派”之間的話題爭論。傳統(tǒng)派與互聯(lián)網(wǎng)派都有自己的優(yōu)點(diǎn),但卻是有明確的領(lǐng)域限制的,比如互聯(lián)網(wǎng)所倡導(dǎo)的以用戶為中,持續(xù)打磨產(chǎn)品和服務(wù)的設(shè)計(jì)理念,對(duì)于傳統(tǒng)汽車行業(yè)的確有非常大的幫助。
引言:作為一個(gè)技術(shù)的愛好者,搞算法,玩芯片,攢系統(tǒng),并不只是工作,也是自己所追求的很重要的部分。寫這個(gè)系列,是為了梳理這幾年的所學(xué)、所思、所想,從而形成一個(gè)完整的知識(shí)體系,也供大家參考。這是一個(gè)橫向跨度很大的新領(lǐng)域,大家都還在探索,水平有限,難免疏漏,不對(duì)之處請(qǐng)大家指正,也歡迎各領(lǐng)域的專家參與討論。
由于自身電子設(shè)計(jì)和機(jī)器視覺的背景,早期的項(xiàng)目經(jīng)歷,讓我涉獵了各領(lǐng)域的技術(shù),包括電子設(shè)計(jì)、嵌入式軟件、互聯(lián)網(wǎng)全棧、移動(dòng)端 app、操作系統(tǒng)、渲染引擎、內(nèi)核驅(qū)動(dòng)、工業(yè)控制現(xiàn)場總線等,每一個(gè)部分都不敢說有多么精通,但都經(jīng)歷過實(shí)際的項(xiàng)目。對(duì)車這個(gè)領(lǐng)域,并不是專業(yè)出身,之前了解并不多,但為了能理解一幫傳統(tǒng)汽車人在想什么,也是惡補(bǔ)了博世系列的十幾本關(guān)于車輛工程、汽車電子、電子電氣架構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)等方面的書。多領(lǐng)域的涉獵也給這個(gè)系列的主題,提供了不同的視角。
一、互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)汽車人的碰撞
在這個(gè)領(lǐng)域探索了幾年,一個(gè)感悟就是,百年汽車工業(yè),任何人也不要妄談?lì)嵏?,但是也絕對(duì)不能拒絕進(jìn)化。汽車界一直都有所謂的“傳統(tǒng)派”與“互聯(lián)網(wǎng)派”之間的話題爭論。傳統(tǒng)派與互聯(lián)網(wǎng)派都有自己的優(yōu)點(diǎn),但卻是有明確的領(lǐng)域限制的,比如互聯(lián)網(wǎng)所倡導(dǎo)的以用戶為中,持續(xù)打磨產(chǎn)品和服務(wù)的設(shè)計(jì)理念,對(duì)于傳統(tǒng)汽車行業(yè)的確有非常大的幫助。但是對(duì)于過程中所慣用的敏捷開發(fā),快速迭代,卻并不能完全套用,至少是有一定前提的。敏捷開發(fā)的前提有兩個(gè),標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)設(shè)施的支持,并且需要有良好的架構(gòu)設(shè)計(jì)。
互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,部署代碼的主要有,電腦端、移動(dòng)端、服務(wù)端。每個(gè)端操作系統(tǒng)、應(yīng)用開發(fā)框架、開發(fā)工具都非常標(biāo)準(zhǔn),但如果是一輛傳統(tǒng)架構(gòu)的汽車,有幾十上百個(gè) ECU,而且還來自于不同的供應(yīng)商,系統(tǒng)集成的復(fù)雜度不是線性而是指數(shù)級(jí)別的增加,不得不有一套嚴(yán)苛的流程去規(guī)范整個(gè)開發(fā)流程。
二、從電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)看軟件開發(fā)分工的變化
電子電氣架構(gòu)EEA(Electrical/Electronic Architecture),最先是由德爾福公司提出的。汽車作為一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng),按照傳統(tǒng)定義,可以劃分為車身、底盤、動(dòng)力、信息娛樂、輔助駕駛等幾大子系統(tǒng);每個(gè)子系統(tǒng)又由多個(gè)電控單元 (ECU)組成,這些ECU連接起來就形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);EEA 的主要職責(zé)就是定義這些ECU之間的連接方式與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
電子電氣架構(gòu)
2.1 傳統(tǒng)的分布式的電子電氣架構(gòu)的問題
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,形成信息孤島,中央網(wǎng)關(guān)會(huì)是性能瓶頸
ECU冗余,算力浪費(fèi),且無法形成協(xié)同
ECU 由不同的供應(yīng)商開發(fā),框架無法復(fù)用,無法統(tǒng)一 OTA
外部開發(fā)者無法對(duì) ECU 進(jìn)行編程,無法由軟件定義新的功能
無法進(jìn)行硬件升級(jí)
2.2 不同架構(gòu)主機(jī)廠扮演的角色
基于傳統(tǒng)分布式架構(gòu),主機(jī)廠只是架構(gòu)的定義者,核心功能是由各個(gè) ECU 完成,其軟件開發(fā)工作主要是由 Tier1完成,主機(jī)廠只做集成的工作,這也是為什么大部分傳統(tǒng)主機(jī)廠基本沒有軟件開發(fā)能力的根本原因,就靠 DRE搞定供應(yīng)商就能集成一輛車,為什么還要花大量的成本養(yǎng)一個(gè)龐大的軟件團(tuán)隊(duì)。
基于域控制器架構(gòu),屬于過渡形態(tài),DCU 減輕了中央網(wǎng)關(guān)的壓力,也可以實(shí)現(xiàn)部分業(yè)務(wù)邏輯,但大部分業(yè)務(wù)還是由各 ECU 實(shí)現(xiàn),主機(jī)廠可能會(huì)參與部分 DCU 的開發(fā),但與 Tier1的整體分工無太大變化。
基于中央計(jì)算的架構(gòu),此時(shí)大部分 ECU 消失,各種傳感器與執(zhí)行器,被中央計(jì)算單元所支配,原本屬于 Tier1的大部分策略層面的軟件需要由主機(jī)廠去主導(dǎo),需要一只專業(yè)的軟件團(tuán)隊(duì),或者定義某種規(guī)范,讓 Tier1實(shí)現(xiàn),最后以軟件模塊的方式集成進(jìn)來,這需要一只高水平的軟件架構(gòu)團(tuán)隊(duì)。
2.3基于中央計(jì)算電子電氣架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
算力集中到為少數(shù)幾個(gè)中央單元,可以留有冗余便于后續(xù)軟件功能升級(jí)
經(jīng)過良好的平臺(tái)化設(shè)計(jì)之后,硬件單元也可以升級(jí),如特斯拉的 AP
該架構(gòu)是軟件定義汽車的硬件基礎(chǔ),并不是有了新的電子電氣架構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)軟件定義汽車,這還只是萬里長征第一步,還需要有一個(gè)經(jīng)過良好架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)。
三、車載環(huán)境下的操作系統(tǒng)
提到基礎(chǔ)軟件平臺(tái),很多人的第一反應(yīng)就是要做一個(gè)操作系統(tǒng),操作系統(tǒng)的確是非常關(guān)鍵的一個(gè)組件,但是打造一個(gè)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)絕對(duì)不是再造一個(gè)操作系統(tǒng)。
3.1操作系統(tǒng)的定義
操作系統(tǒng)是一種管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的計(jì)算機(jī)程序,大眾所知道的其實(shí)都是很泛化的操作系統(tǒng)概念,常見的概念分為四個(gè)層次。
類型 代表 特點(diǎn)
|
|
|
內(nèi)核 |
Windows NT、Unix、Linux、QNX、IOS(發(fā)源自 Unix) |
有自己獨(dú)立研發(fā)的內(nèi)核, |
發(fā)行版 |
Android、AliOS、Ubuntu、各種國產(chǎn)桌面系統(tǒng)、AGL |
在內(nèi)核之上構(gòu)建了應(yīng)用開發(fā)框架,包管理,核心服務(wù)等組件 |
ROM |
MIUI、EMUI、各種 xxx.OS |
在 Android 上修改過了系統(tǒng)服務(wù)和系統(tǒng)UI |
中間件 |
ROS、DurerOS Apex.OS |
具有某種功能集合的操作系統(tǒng)中間件 |
3.2內(nèi)核分類
內(nèi)核(kernel) 是操作系統(tǒng)最核心的部分,可以理解為操作系統(tǒng)的心臟,分為三種類型:
微內(nèi)核
QNX、LiteOS、VxWorks
只實(shí)現(xiàn)基本的任務(wù)管理、內(nèi)存管理、進(jìn)程通信等,其他包括驅(qū)動(dòng)等都在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)
宏內(nèi)核
Linux、Unix
除了基本組件之外,還有網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)等放在內(nèi)核態(tài)實(shí)現(xiàn)
混合內(nèi)核
Mac OS
結(jié)合了微內(nèi)核與宏內(nèi)核的好處
3.3選擇操作系統(tǒng)的核心因素
業(yè)務(wù)類型:
如果業(yè)務(wù)有實(shí)時(shí)性要求,必然需要使用 RTOS,比如航天軍工用的比較多的 VxWorks,車載用的比較多的 QNX。
芯片類型:
使用什么操作系統(tǒng),往往取決于選擇的芯片支持什么,沒有芯片廠商的支持,一個(gè)操作系統(tǒng)走不遠(yuǎn)。嵌入式領(lǐng)域是ARM 的天下,處理器類型也決定了使用的操作系統(tǒng)類型,Cortex-A/M/R 用于應(yīng)用處理器、低功耗、實(shí)時(shí)處理三個(gè)方面。
系統(tǒng)生態(tài):
面向C 端用戶的操作系統(tǒng),應(yīng)用生態(tài)決定了生死。面向行業(yè)的操作系統(tǒng),比如汽車儀表、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān),C 端用戶是無法感知到底用了什么操作系統(tǒng),開發(fā)者的態(tài)度決定了使用什么系統(tǒng),沒有人愿意在一個(gè)工具、庫都支持不全的系統(tǒng)上開發(fā)軟件。
3.4車載場景的操作系統(tǒng)選擇
汽車上的絕大部分ECU 都是 AUTOSAR 的天下,有些就是簡單的單片機(jī),甚至都不用跑操作系統(tǒng)。剩下的需要操作系統(tǒng)主要是信息娛樂、自動(dòng)駕駛、復(fù)雜網(wǎng)關(guān)、TBOX 等。
娛樂系統(tǒng),其核心是多媒體和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,主要關(guān)注應(yīng)用生態(tài)和開發(fā)者生態(tài),國內(nèi)大部分都是Android,少部分AliOS,特斯拉用linux,所以娛樂這塊兒國內(nèi)做的更好,但這并不是他的核心競爭力。由于生態(tài)的問題,針對(duì)車載的娛樂系統(tǒng)去開發(fā)一套操作系統(tǒng),沒有實(shí)際意義,以車的體量,也撐不起這樣一個(gè)生態(tài)。這一塊兒跟著消費(fèi)電子走就行了,任何鼓吹系統(tǒng)底層能力的行為,都是隔靴搔癢,沒有搞清楚重點(diǎn)。
自動(dòng)駕駛,其核心是算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)積累,沒有人會(huì)把算法的軟件實(shí)現(xiàn)和操作系統(tǒng)綁死,其設(shè)計(jì)一定是跨平臺(tái)的,有成熟穩(wěn)定的 RTOS 即可,目前主流的有三種 RT-Linux、QNX、VxWorks。由于深度學(xué)習(xí)構(gòu)建在開源軟件的基礎(chǔ)上,也需要生態(tài),這也是linux 雖然不是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng),但依然在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域用的比較多的原因 。自動(dòng)駕駛這塊,倒是缺一個(gè)類似于 ROS 的能夠跨平臺(tái)的分布式開發(fā)框架 ,雖然ROS2進(jìn)化許多,但是在低延時(shí)、功能安全、信息安全方面還有很多路要走,國外有家創(chuàng)業(yè)公司APEX.AI,正在基于ROS2分支,把它往車規(guī)級(jí)方向做。NVIDIA 構(gòu)建了一整套的框架,做的非常不錯(cuò),但是和自家芯片綁死,限制了其使用范圍。
網(wǎng)關(guān)以及以后的大吞吐的以太網(wǎng)交換機(jī),雖然算力要求也高,但是任務(wù)相對(duì)單一,架構(gòu)也很簡單,現(xiàn)有系統(tǒng)就能滿足,也沒必要去開發(fā)一個(gè)針對(duì)網(wǎng)關(guān)的操作系統(tǒng)。TBOX由于主芯片來源單一,目前基本是都是 Linux。
經(jīng)過以上的分析,大家可以知道,目前根本就不是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)的短板限制了軟件化的水平,車載架構(gòu)的特殊性,決定了無法使用單一操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所有功能,多個(gè)操作系統(tǒng)并存的局面還會(huì)持續(xù)很久。
四 中央計(jì)算電子電氣架構(gòu)下的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)
前面提到,新的電子電氣架構(gòu)是軟件定義汽車的硬件基礎(chǔ),并不是有了新的電子電氣架構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)軟件定義汽車,還需要有一個(gè)經(jīng)過良好架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)。下面我們就來對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行重新定義。
4.1 問題描述
在新的電子電氣架構(gòu)下,多個(gè)中央處理單元、多個(gè)傳感器、執(zhí)行器、交換機(jī)等,在以太網(wǎng)的連接下,組成了一個(gè)復(fù)雜的分布式系統(tǒng) ,由于工作任務(wù)的不同,多個(gè)中央計(jì)算單元運(yùn)行著不同的操作系統(tǒng)。
4.2 核心訴求
“軟件定義汽車“,其核心內(nèi)涵就是,能夠通過軟件的方式,動(dòng)態(tài)改變上述系統(tǒng)當(dāng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的聚合關(guān)系,從而產(chǎn)生新的業(yè)務(wù)功能,因此對(duì)軟件平臺(tái)的要求如下:
既然是軟件平臺(tái),就應(yīng)該不依賴于特定操作系統(tǒng)、芯片、車型,因此硬件抽象是最先該考慮的事情。
能動(dòng)態(tài)改變聚合關(guān)系,就要求網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系是可以運(yùn)行時(shí)更改的,同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該具備高內(nèi)聚、低耦合的特性。
需要滿足車載環(huán)境高可靠性、實(shí)時(shí)、安全性。
搞互聯(lián)網(wǎng)后端的或者 IT 系統(tǒng)的人,看到“軟件定義汽車“的描述,第一反應(yīng)可能是,這不是就是我們搞微服務(wù)架構(gòu)的思路嗎?
這就是我想說的第二點(diǎn),互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)流程雖然不能直接套用在車上,但是其在軟件工程領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)于解決車載軟件領(lǐng)域的問題還是很有幫助的??雌饋硎瞧囯娮榆浖_發(fā)的門檻高,其實(shí)是因?yàn)榉忾]和從業(yè)人員少。當(dāng)前的機(jī)遇就是,大家都想往這個(gè)方向走,但是也都是摸著石頭過河,可以有機(jī)會(huì)將這些理論經(jīng)驗(yàn)用于實(shí)踐。
前段時(shí)間梳理了一下,面向下一代智能汽車的關(guān)鍵技術(shù),分為智能座艙、自動(dòng)駕駛、與數(shù)字系統(tǒng)。今天講的主要數(shù)字系統(tǒng)當(dāng)中,我認(rèn)為最重要的軟件基礎(chǔ)設(shè)施,基礎(chǔ)軟件平臺(tái),下一篇將重點(diǎn)闡述,面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與車載軟件相結(jié)合的一些思考, 以下思維導(dǎo)圖僅供參考!
智能座艙
以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)力,但目前同質(zhì)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重,主要以硬件差異為基礎(chǔ),只能利用先發(fā)優(yōu)勢,無法形成技術(shù)與產(chǎn)品壁壘!
基于用戶畫像,使用AI技術(shù),構(gòu)建具有情景感知能力的引擎,是智能座艙產(chǎn)生質(zhì)變的前提,但技術(shù)上短期無法突破(行業(yè)普遍問題,不是車行業(yè)特有)。
多設(shè)備協(xié)同、多模態(tài)融合交互,是消費(fèi)電子IOT場景下大家探索的方向,對(duì)于車載環(huán)境有很強(qiáng)的借鑒意義。
自動(dòng)駕駛
以算法與數(shù)據(jù)的積累為核心驅(qū)動(dòng)力,可以在技術(shù)上形成壁壘,但是需要巨額的研發(fā)投入,能否快速落地主要受制于數(shù)字系統(tǒng)架構(gòu)。短期來講大家可能都差不多,但是積累到一定時(shí)間,后發(fā)玩家可能就再也追不上了。
數(shù)字系統(tǒng)
以架構(gòu)設(shè)計(jì)與資源整合為核心驅(qū)動(dòng)力,其包含了傳統(tǒng)意義上的電子電氣架構(gòu),但需要橫向整合多個(gè)軟硬件架構(gòu)部門,才能定義完整的系統(tǒng)架構(gòu)。是否采用新架構(gòu)從根本上決定了,智能座艙與自動(dòng)駕駛究竟能走多快走多遠(yuǎn)。
良好的數(shù)字系統(tǒng)架構(gòu),能夠屏蔽底層車型平臺(tái)的差異,多個(gè)車型共用一套基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái),能夠縮減開發(fā)資源,一套架構(gòu)持續(xù)5年,可以留出充足的資源研發(fā)下一代。
本文作者:leo_huang_
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以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于汽車電子的知識(shí)技巧了,學(xué)習(xí)以上的汽車軟件工程師-軟件究竟如何定義汽車?從電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)看軟件開發(fā)分工的變化知識(shí),對(duì)于汽車電子的幫助都是非常大的,這也是新手學(xué)習(xí)汽修專業(yè)所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù),我們會(huì)有專業(yè)的人士來為您解答。
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