基于自适应AUTOSAR的HPC开发

编辑 | 晓靖

出品 | 焉知

 

在焉知汽车科技、是德科技联合组织的“第三届智能汽车电子电气架构研讨会”上，来自车企、科技公司、零部件、测试认证公司的专业人士齐聚一堂，就电子电气架构标准、以太网标准、SOA、TSN、线束开发、域控制器、AUTOSAR、信息安全、芯片、测试、计算平台等话题进行了深入的交流和探讨。研讨会上，Elektrobit项目总监顾淳以“基于自适应AUTOSAR的HP开发”为主题发表了精彩演讲。

 

趋势及挑战

随着EB架构的进化，整个电子电气架构发生了很大的更新，软件本身变得日益复杂。现在的软件到底有多复杂？有几个实例大家可以看一下。

首先是奥迪说目前的软件开发工作90%是集成和验证的工作。宝马说现在信息娱乐系统开发复杂程度日益增加，其中包含了400个软件的组件，250个交互Interfaces，包含50到60个Million LoC。

Visteon，整个开发需要100个元年，日本的概念就是50个人要开发两年。信息娱乐系统需要500元年，如果要开发一个L3的自动驾驶可能需要2000个元年，就是500个人要开发4年。我相信，如果要开发一个相当智能的自动驾驶真的需要500个人投入4年去开发。

一位大佬说，差不多有15家主机厂目前正在开发自己的HCC，或叫HPC，都是要开发自己新的高性能处理器和E/E架构。整个新的E/E架构的投资全球范围内差不多要达到7.5亿美金。

整个E/E架构或者软件趋势变得越来越复杂，软件复杂度增加和新的E/E架构对于我们都是挑战。

来自一些专业咨询调研机构的数据显示，随着越来越多高级功能的增加，代码量及其复杂度呈指数级增长。这里给了几个例子，高端控制器大概是5000万行，高端导航软件是400万行，典型车身控制器要达到20到200万行，软件复杂度增加导致代码量呈指数级增长。除了代码量和复杂性的增长，打补丁等等占的比重也越来越大。

软件定义汽车会给这个行业产生什么影响呢？我总结了五点。

第一是车辆生命周期的影响。车辆生命周期中软件需要不断更新，不断打补丁，整个生命周期差不多有10到15年的时间，从全球数据看是10到15年，不管怎么说10到15年是需要更新的。之前汽车的维护和保养是在4S店进行，4S店可以对车上的软件进行升级，并通过维护和保养工作从中获得利益。从现在开始到将来，汽车制造商会越来越多地介入售后，通过一些后台OTA软件升级和更新进行，现在已经有一些主机厂正在进行这方面的工作。

第二，从用户来讲。以前期望得到一些车上新的功能或者高级的功能，可能不得不去换一辆车。今后客户可能只需要通过OTA的方式升级一些软件或者升级一些功能，他就会得到一些升级和高级的功能。比如说原先车上只是定适应巡航想改为自适应巡航，可以通过OTA的方式升级。

第三是复杂度，现在的主机厂越来越全球化，研发部门也是越来越全球化，全世界各个地点都有研发机构，这些研发机构的功能不尽相同。为了充分发挥优势，会把整个车辆开发生命周期的一些开发工作放在A，有些开发工作放在B，这样开发的模式一定会给项目带来更高的复杂性。并且会带来一定的集成风险。

如何降低集成风险？一个方法就是解耦，就是第四块解耦。

解耦分两大块，一个是硬件与软件的解耦，还有是软件与软件的解耦。在开发软件的时候不要依赖于硬件，在开发上层软件的时候不要依赖于底层的软件或者是中间件的软件。只有做到硬件和软件分离、软件和软件分离，接下来集成的工作、复杂程度才可以大大降低。

最后一个是差异化，现在所有的主机厂都追求自己车辆的差异化，老实说现在车的硬件部分，尤其是车的外观部分越来越相似，当然是越来越漂亮，但是越来越相似。大家可以看现在车的外形真的傻傻分不清，你能分清吉利和宝马吗？真的分不清。

以前主机厂追求差异化，很多是把功夫放在应用层，应用层用户可以直接看到，现在主机厂为了追求差异化，会把它的工作继续往下探，会开发自己的OS，所谓开发OS不是做那些OS核心的部分或者是扩容的部分，他们只是在现有商业化的OS外面包装一层，并且会自己开发一些特殊的东西打包以后变成OS。哪怕现在软件投入最多的大众，可能投入上万人开发自己的OS，但是绝对不可能靠这一万个人写出OS，肯定还是会利用一些商业软件公司提供的OS，把它打包变成自己的OS，就是所谓的BWOS。

 

看看整合的车辆基础架构，现在比较传统的Sigle ECU可以基于Linux OS平台，把ECU软件合并到HPC上，肯定是要高性能的，把这些ECU软件部分向上合并。其背后有很多的集成工作，有很多的健康管理、状态管理等等。但是总的软件架构应该是差不多的。

在把多个ECU合并到HPC上之后，整个架构提升到了更高的层面，就形成了整车的架构。图中灰色的部分是OEM掌控的后端服务器；蓝色的部分是HPC，有三个，当然也有可能是4个，这取决于中心化、高性能计算平台的分布。

 

 

刚才说的是挑战，现在说一下市场趋势。目前看来有三大趋势，大家各有各自的提法，我总结了三个主要趋势：

·第一是电气化，电气化可以大大降低动力总成的复杂度，也可以降低硬件复杂性，还可以降低架构的复杂度，让中心化、高性能的平台成为可能。如果你还是用传统的架构，很难做到中心化、高性能的架构。所以集成化将起到非常重要的推动作用，这就是为什么现在很多OEM对整个架构的改革是从电动车开始。

·第二是自动驾驶，自动驾驶会产生海量的数据，安全性是必选项，对于SOA和操作系统故障恢复机制可用性提出了很高的要求。

·第三是出行服务，V2X互联和OTA更新，信息安全必不可少，对于信息安全的要求越来越高。所有的对于软件架构影响和EB架构需求就变成了行业需求，SOTA，比如动态配置、远程分析诊断。

 

 

Adaqtive AUTOSAR定义及特性

如何满足未来的动态需要呢？就是Adaptive AUTOSAR。

什么是自适应AUTOSAR？自适应AUTOSAR到底是什么东西呢？首先是技术，因为所有的OEM、Tier 1，很多的企业都投入了很多专家研发自适应AUTOSAR。首先是生态，因为所有的OEM、Tier 1和方案供应商都可以针对适合汽车生态系统和工具链设计进行协同合作。因为大家都用同样的工具链或者类似的工具链，大家都用同样的语言，大家都用同样的协议，可以在这个基础上进行很好的合作。

自适应AUTOSAR是一个联盟，因为它可以确保联盟成员知识产权对开放源码的使用和法律指导。如何去保护这部分知识产权，这方面的源代码使用过程当中不违反法律准则，自适应AUTOSAR作为一个联盟都会进行定义。

另外，联盟当中所有的会员承担开发或者投资的费用，可以控制风险。

自适应AUTOSAR特性是什么？第一是面向服务的架构，第二是面向服务的通信。跟传统的通信协议比Ethernet有高带宽、点对点连接、支持小型嵌入式设备并行处理等特点。自适应AUTOSAR所有的通信都是通过Ethernet协议实现的。

 

一站式Adaptive AUTOSAR解决方案

接下来介绍一下EB汽车软件自适应AUTOSAR产品EBcorbos。首先是工具链或者开发环境。第一，软件包或者协议栈、软件模块需要对上层应用进行集成。第二，EBcorbos AdaptiveCore中就是软件模块和协议栈，包括基于容器的Linux、E corbos Hypervisor等。

工具链包含四大块，第一块是Model Editor，即模型编辑器，主要提供创建和编辑自适应AUTOSAR编辑文件。第二是C和C++的Editor，本身EB corbos Studio带有Eclipse C开发工具。第三是Automation，在脚本中聚合多个任务，从用户截面调用聚合的任务，调用代码生成器。第四是Development Environment和Extensions，从AUTOSAR模型创建代码或报告，创建特定Project的规则以验证自定义的模型约束。其最大的好处是无需拿到硬件板子，只要在工具链开发环境中就可以开发应用。

EB corbos AdaptiveCore也是遵守自适应AUTOSAR标准的架构规定。首先它是一个基于POSIX的多操作系统，自适应AUTOSAR可以装在任何POSIX的操作系统上，包括QNX、Linux，适用于多个硬件平台，这里举了一些国外的平台，目前EB产品的互操作性也支持国内芯片，如果已经量产，可以放到上面，可以达到一定的安全等级。

 

核心协议栈大概有13个，都是根据联盟19-11最新标准基于规范开发的协议栈。中间绿色的部分分五大块，包括信息安全、标准、诊断更新等等，ARA有通信和管理，支持SOME/IP的协议；System包括ara exec、araphm，是健康管理；ara time是时间同步；第三块Security；ara iam主要是Ldentity和access等；下面是aara crypto进行加密；State是状态管理；ara nm是Network management；还有ara sm更新管理，在更高的等级上进行监控；还有诊断和更新模块；最下面的绿色长条aracore是错误码管理；最左边是工具链是开发环境；下面有EB corbos Linux，不仅可以跟自己集成也可以跟QNX集成。

 

EB corbos Linux是基于容器的技术，可以与客户Linux配合，最大的好处是隔离。当一个系统或者OS跑一个应用挂了以后不会影响其他的软件。POSIX操作系统中也包含一些信息安全机制，支持功能安全等级最高做到ASIL-B。

Linux的应用场景包括Kernel、RT、Securtty、Optimization等等；还有系统的管理，包括OTA的Foundation。再上面一层还有各种各样的Container，可以装在自己的上面，也可以支持AGL、GENIVI等，都可以用到这上面。

Hypervisor也是一条产品线，支持多核CPU，但是它是微内核架构，可以把下面硬件抽象、半虚拟化，也可以实现虚拟机，如VM间通信。

 

HPC客户成功案例

介绍一下EB HPC的成功案例，都是量产的案例。大众的ID.3上面有些东西就是EB提供的。ID.3是大众的首款纯电动车，其中就包含HPC，就是高性能计算机。整个高性能计算机的OS都是EB提供的。

具体包含车身ICAS1，EB提供ICAS1车身控制器和网关ECU；ICAS3信息娱乐也提供了一些软件，包括OCU4车载通信单元软件和收发器模块，这些ECU中不仅有HPC软件还有其他EB的软件。