汽車(chē)座艙虛擬機(jī)系統(tǒng)發(fā)展前景分析

隨著高性能多核處理器在汽車(chē)電子領(lǐng)域的應(yīng)用，面對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)需求，虛擬機(jī)能夠更好地發(fā)揮芯片性能以及節(jié)約成本。汽車(chē)座艙虛擬機(jī)系統(tǒng)讓駕駛者及汽車(chē)成為一體，通過(guò)不同的視覺(jué)模式來(lái)掌控行車(chē)環(huán)境及車(chē)內(nèi)信息。其中面對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的中檔車(chē)，大部分車(chē)企的主機(jī)采用的核心芯片是瑞薩的R-Car M3。

那什么是虛擬機(jī)呢?虛擬機(jī)是指通過(guò)軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全獨(dú)立環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬系統(tǒng)通過(guò)生成現(xiàn)有操作系統(tǒng)的全新虛擬鏡像，所有操作都在這個(gè)全新且獨(dú)立的虛擬系統(tǒng)里進(jìn)行，它可以獨(dú)立安裝并運(yùn)行軟件、保存數(shù)據(jù)，并擁有獨(dú)立桌面，不會(huì)對(duì)真正的系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，是能夠在現(xiàn)有系統(tǒng)與虛擬鏡像之間靈活切換的一類操作系統(tǒng)。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，為了追求性價(jià)比，中國(guó)國(guó)內(nèi)的手游廠商基本都采用虛擬機(jī)技術(shù)，將單個(gè)服務(wù)器分割成30路、50路、60路，甚至上百路操作模塊，這是因?yàn)橐粋€(gè)人打手游用一臺(tái)大型服務(wù)器會(huì)造成資源浪費(fèi)，廠商提供服務(wù)器的成本也很高。那么如何才能把這個(gè)資源分割成多個(gè)相互獨(dú)立、互不影響的模塊，讓這些打游戲的人在同時(shí)使用一個(gè)服務(wù)器的時(shí)候又感覺(jué)自己在獨(dú)享一個(gè)服務(wù)器呢?這就要將一個(gè)服務(wù)器虛擬成好幾個(gè)服務(wù)器才能實(shí)現(xiàn)以上需求。

而創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)，需要將實(shí)體機(jī)的部分硬盤(pán)和內(nèi)存容量作為虛擬機(jī)的硬盤(pán)和內(nèi)存容量，并且每個(gè)虛擬機(jī)都有獨(dú)立的CMOS、硬盤(pán)和操作系統(tǒng)，這樣就可以像使用實(shí)體機(jī)一樣對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行操作。再進(jìn)一步，為什么人們要將虛擬機(jī)技術(shù)引入汽車(chē)座艙系統(tǒng)呢?難道在汽車(chē)座艙系統(tǒng)中也有和手游場(chǎng)景同樣的需求嗎?

事實(shí)上，將虛擬機(jī)技術(shù)引入汽車(chē)座艙系統(tǒng)看重的不是節(jié)約成本，而是安全性問(wèn)題。就目前的發(fā)展趨勢(shì)，汽車(chē)電子電器系統(tǒng)正在從分布式向域集中式控制演進(jìn)，原來(lái)需要很多個(gè)ECU(電子控制單元)來(lái)實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在只需要一個(gè)DCU(域控制器)就能實(shí)現(xiàn)，功能更強(qiáng)大的同時(shí)還能節(jié)約大量線束和接插件，大大降低整車(chē)重量，從而降低自身功耗，增加行駛里程。但這也會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，在汽車(chē)電子電氣系統(tǒng)中，不同的ECU提供的服務(wù)是不同的，操作優(yōu)先級(jí)也大不相同。

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262，汽車(chē)儀表系統(tǒng)和娛樂(lè)系統(tǒng)的安全等級(jí)要求是不一樣的，汽車(chē)儀表系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)系更為密切，所以在實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性方面的要求更高，多以QNX操作系統(tǒng)為主。而信息娛樂(lè)系統(tǒng)主要是為車(chē)內(nèi)人機(jī)交互提供控制平臺(tái)，追求多樣化的應(yīng)用與服務(wù)，所以在實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性方面的要求相對(duì)較寬，多以Linux和Android操作系統(tǒng)為主。

如何才能讓不同類型的操作系統(tǒng)運(yùn)行在同一個(gè)計(jì)算平臺(tái)上呢?最優(yōu)的解決方案就是引入虛擬化技術(shù)，如此一來(lái)，供應(yīng)商就不再需要針對(duì)每種操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的硬件平臺(tái)了，只需要在車(chē)載主芯片上進(jìn)行虛擬化的軟件配置，使之形成多個(gè)虛擬機(jī)，在每個(gè)虛擬機(jī)上運(yùn)行相應(yīng)的軟件就可以了，同時(shí)還能起到不同操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序間的安全隔離作用。

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2025年，中國(guó)國(guó)內(nèi)智能座艙市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1,101億元，2021~2025年年復(fù)合增長(zhǎng)率約為22%，其中中控屏、域控制器和HUD將成為增長(zhǎng)重點(diǎn)。而隨著汽車(chē)的電子電氣架構(gòu)往集中式發(fā)展，域控制器市場(chǎng)滲透率將大幅提升，運(yùn)用虛擬機(jī)技術(shù)的中高端控制器或成為主流，而僅能集成中控和儀表的低端域控制器最終可能將被淘汰。

綜上所述，從市場(chǎng)的角度，我們可以清楚地看到虛擬機(jī)技術(shù)在汽車(chē)座艙領(lǐng)域的前景。但站在技術(shù)的角度，汽車(chē)座艙等應(yīng)用場(chǎng)景又對(duì)虛擬機(jī)主芯片和虛擬機(jī)平臺(tái)提出了哪些要求呢?據(jù)悉，信息安全性、實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)展性是其中重要的幾個(gè)方面。此外，對(duì)于虛擬機(jī)平臺(tái)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，場(chǎng)景定義能力、軟件配套和迭代能力將成為主要的差異化優(yōu)勢(shì)分割點(diǎn)。

而瑞薩作為集成式駕駛艙和聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)設(shè)備的主要供應(yīng)商，兼具滿足以上所有的需求能力。比如瑞薩自2015年12月推出、2018年12月量產(chǎn)的3代R-Car產(chǎn)品線，該產(chǎn)品線在開(kāi)發(fā)過(guò)程中就受到了大型汽車(chē)生產(chǎn)商的青睞，旗下某中端汽車(chē)產(chǎn)品全線采用R-Car H3。此外，其他汽車(chē)生產(chǎn)商也在電動(dòng)車(chē)、皮卡等高配車(chē)型中搭載了R-Car M3W、R-Car M3N、R-Car H3等。除了整車(chē)廠外，在框架車(chē)身高性能計(jì)算機(jī)(HPC)中也采用了瑞薩的高性能系統(tǒng)級(jí)芯片R-Car M3。

R-Car for Every Segment

那為什么R-Car系列產(chǎn)品會(huì)如此受歡迎呢?這是因?yàn)镽-Car作為一般用途汽車(chē)計(jì)算平臺(tái)，擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力，比如R-Car E3擁有7,500 DMIPS的計(jì)算性能，而R-Car M3和R-Car H3更甚，分別擁有30,000 DMIP和45,000 DMIPS的計(jì)算性能。

此外，R-Car系列的虛擬化功能還可以將連接至外部云服務(wù)的軟件和車(chē)輛控制軟件進(jìn)行隔離，實(shí)現(xiàn)全獨(dú)立運(yùn)行?；趩涡酒挠行Ц綦x使R-Car可以滿足功能安全和信息安全的車(chē)輛網(wǎng)關(guān)要求。R-Car還集成了多種硬件信息安全功能，如安全啟動(dòng)等。為了實(shí)現(xiàn)快速軟件更新和更高的數(shù)據(jù)吞吐量，R-Car還提供了高速千兆以太網(wǎng)功能。如果將R-Car和瑞薩RH850/U2A跨域MCU結(jié)合使用，還可以支持高達(dá)ASIL D等級(jí)的功能安全。

值得一提的是，除了硬件資源的強(qiáng)大基石外，從2017年4月起，瑞薩還為R-Car系列提供了完善的虛擬化支持包，幫助選購(gòu)瑞薩品牌的客戶更輕松地開(kāi)發(fā)用于R-Car汽車(chē)片上系統(tǒng)的虛擬機(jī)軟件。其中，免費(fèi)的R-Car虛擬機(jī)管理程序開(kāi)發(fā)指南文檔和示例軟件還能給系統(tǒng)研發(fā)工程師作為上手參考，依據(jù)需要運(yùn)行的操作系統(tǒng)組合、使用的儀表系統(tǒng)和云服務(wù)，選擇最合適的管理程序，從而增加集成座艙和聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的靈活性、加快開(kāi)發(fā)速度、降低開(kāi)發(fā)成本。

原文標(biāo)題：汽車(chē)座艙虛擬機(jī)平臺(tái)市場(chǎng)迎來(lái)最佳時(shí)期，瑞薩從容布陣

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審核編輯：湯梓紅