ECU和汽車處理架構：虛擬化和軟件定義汽車

現(xiàn)代汽車是工程技術的奇跡，其特點和功能在幾年前是無法想象的。但在光鮮亮麗的外表下，隱藏著日益增長的復雜性，這給汽車行業(yè)的未來帶來了重大挑戰(zhàn)：對車載計算日益增長的需求及其對電子控制單元（ECU）的影響。

ECU是控制車內(nèi)許多安全關鍵型和非安全關鍵型任務的專用計算機。例如，今天的大多數(shù)汽車都有一個ECU控制著發(fā)動機，另外一個ECU管理著制動系統(tǒng)，還有一個ECU負責娛樂系統(tǒng)，諸如此類，而所有這些都通過構成汽車神經(jīng)系統(tǒng)的電纜、線纜和軟件相連。

這種復雜的網(wǎng)絡雖然實現(xiàn)了先進功能，但也存在缺點。由于ECU數(shù)量龐大且相互依賴，導致有線連接雜亂如麻。這增加了系統(tǒng)重量和成本，也讓集成和軟件開發(fā)變得更加復雜，還限制了部署和管理固件無線更新（FUOTA）的能力。如果沒有FUOTA等功能，汽車制造商就必須承擔高昂費用安排進店處理，而車主也必須面對長時間無法用車的窘境。

好消息是，軟件定義汽車（SDV）時代正在改變汽車業(yè)的一切，包括ECU和汽車處理架構。

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SDV革命的驅(qū)動力

朝著SDV的演變不僅僅是一種軟件的改變，這還是車輛內(nèi)部架構的深層次重構。這場革命的核心在于ECU整合的概念，是對車輛控制和處理層次結構的重新評估，從而推動成本降低和性能改進，開啟通過軟件更新完成車輛持續(xù)升級的未來。

ECU整合中出現(xiàn)的創(chuàng)新之一是使用Zonal架構，將各個車輛子系統(tǒng)劃分為相關功能區(qū)域，從而解決當前ECU數(shù)量激增的挑戰(zhàn)。每個區(qū)域由一臺功能強大的控制器管理，而該控制器在其領域內(nèi)整合了多個傳統(tǒng)ECU的功能，并負責特定的子系統(tǒng)，例如動力總成、底盤或信息娛樂系統(tǒng)。

這種模塊化方法提供了多重好處：

1

降低復雜性，簡化布線

目前的汽車布線是一個雜亂無章的網(wǎng)絡，使用分區(qū)式布局可將其化繁為簡。Zonal拓撲在各區(qū)之間使用更少的高帶寬鏈接來替代許多點對點連接，由此降低了重量和成本，而后使用的線束也更少。

2

提高穩(wěn)健性

ECU更少意味著潛在故障點更少，網(wǎng)絡安全威脅的攻擊面也更少。得益于集中式處理和資源共享功能，Zonal架構可提供更大的冗余度和更高的安全性，使SDV更能抵御故障和外部入侵。

3

虛擬化和容器化

Zonal架構為虛擬化鋪平了道路，而虛擬化是軟件開發(fā)的一項顛覆性技術?，F(xiàn)在，多個軟件應用程序可以在一個功能強大的控制器上運行，通過容器化技術相互隔離。因此，這項技術可以通過模塊化方法無縫實現(xiàn)軟件更新和功能添加。

4

OTA更新

借助Zonal架構和高帶寬連接，SDV可以通過無線（OTA）更新不斷發(fā)展。SDV可以無線接收實時性能增強、故障修復，甚至全新的功能，從而在購買后長時間保持“新鮮”感。

作為SDV的信息高速公路，高帶寬連接進一步釋放了下一代車輛架構的潛力。經(jīng)過改進的網(wǎng)絡增強了提供持續(xù)OTA更新的能力，這將使SDV多年保持常用常新，并通過軟件訂閱和可定制的駕駛體驗開啟經(jīng)常性收入渠道。

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SDV的虛擬基礎

Zonal架構是SDV的大腦，但真正的魔力在于它們的虛擬基礎。就像城市需要強大的基礎設施來支持各種活動一樣，SDV依賴于虛擬機（VM）和容器等虛擬化技術來協(xié)調(diào)軟件，讓它們始終保持正常運行。

VM為各種軟件工作負載提供安全的分區(qū)執(zhí)行環(huán)境。VM基本上是充當SDV中央控制器或半分布式分區(qū)控制器內(nèi)部的虛擬計算機，每個VM專門用于特定任務，如發(fā)動機管理、駕駛輔助或信息娛樂。這種模塊化架構帶來了多重優(yōu)勢：

1

開發(fā)效率

VM通過隔離不同的項目和功能簡化了軟件開發(fā)。開發(fā)人員可以對一個部分進行更新而不影響其他部分，從而提高了效率，降低了測試復雜性。

2

動態(tài)擴展

VM可以適應不斷變化的需求。例如，負責導航的VM可以在復雜導航期間動態(tài)擴展其虛擬資源，還可汲取更多的處理能力，以確保順暢的用戶體驗。

3

更高的安全性

在整合極端工作負載時，VM為風險低于制動器件的信息娛樂系統(tǒng)等混合關鍵性軟件提供重要隔離。這種隔離確保一個VM中的故障不會影響另一個VM的關鍵操作，從而提高了整體系統(tǒng)安全性。

總之，VM可以為軟件提供完整的執(zhí)行環(huán)境。而容器是輕量級、可移植的軟件包，包含運行特定軟件模塊所需的一切。這種方法本身就具有顯著優(yōu)勢：

1

快速部署和更新

使用容器部署新功能或修復錯誤速度快得多。更新可以一次一個模塊地進行，從而盡可能減少停機時間和潛在風險。

2

跨車型的可擴展性

由于容器獨立于平臺，因此相同的容器化功能可以在不同的SDV平臺上運行，而不論硬件型號如何。這顯著降低了汽車制造商的開發(fā)和維護成本。

3

集中控制和監(jiān)控

通過管理的容器，汽車制造商可以獲得集中控制和監(jiān)控功能。想象一下，擁有一個實時顯示每個軟件模塊性能的儀表板。這讓汽車可以對安全威脅或危急故障做出迅速診斷和協(xié)調(diào)響應。

VM和容器的模塊化可幫助汽車制造商搶占先機，簡化運營。有了它們，SDV可以輕松整合新的軟件和硬件開發(fā)成果。需要使用新的AI功能升級車載娛樂系統(tǒng)？只需將相應的容器換成新版本即可。

這種更新既可以保證SDV中的技術與時俱進，又可順應不斷變化的行業(yè)需求及時調(diào)整，使汽車制造商始終站在汽車創(chuàng)新的前沿。這些發(fā)展將會終結傳統(tǒng)的ECU模式，并開創(chuàng)靈活、可升級、不斷變化的汽車新時代。

路面上的SDV

特斯拉是通過采用Zonal架構和OTA更新推動行業(yè)發(fā)展的一個精彩案例。例如，特斯拉Model S和X汽車配備了一臺高性能的全自動駕駛（FSD）計算機，負責處理以前由許多獨立ECU管理的任務。這種精簡的架構減輕了重量，降低了復雜性，并通過軟件更新解鎖了無限可能。

想象一下，您收到的OTA更新在一夜之間就將您的特斯拉汽車續(xù)航里程提高了10英里。這正是2020年發(fā)生的事情，展示了軟件驅(qū)動的性能提升威力。但特斯拉的雄心壯志遠不止于解決續(xù)航里程焦慮。2022年，他們推出了“召喚”功能，讓車主能夠使用智能手機應用遠程泊車和取車，這在硬件定義汽車中是無法想象的功能。

但特斯拉并不是這場游戲中的唯一玩家。梅賽德斯-奔馳的新款EQS轎車采用了模塊化電氣架構，為未來的軟件定義功能奠定了基礎。沃爾沃采用了Zonal架構，而豐田和通用汽車也正在積極探索類似的概念。全球汽車格局正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，而SDV正是這背后的推手。

除了汽車制造商外，供應商也在積極求變。恩智浦半導體（NXP）和博世（Bosch）等公司正在開發(fā)專門針對Zonal架構的強大集中式控制器。這個蓬勃發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)促進了創(chuàng)新，并確保了SDV革命走向勝利所需的硬件基礎設施。

結語

SDV的興起標志著汽車行業(yè)的一個關鍵時刻。Zonal架構正在以其集中處理和模塊化設計開啟不斷創(chuàng)新的未來。想象一下，汽車可以學習和適應，接收提升駕駛體驗的個性化更新，并根據(jù)個人需求調(diào)整性能。再想象一下，汽車在與您共同進步，而不僅僅是簡單地陪在您身邊，隨著時間的推移，它將變得更新穎、更安全、更高效。

遠程更新制動系統(tǒng)和防碰撞軟件等關鍵系統(tǒng)的能力有望顯著提高道路安全。此外，通過軟件更新持續(xù)優(yōu)化發(fā)動機性能和能源管理，還能為未來更清潔、更可持續(xù)的交通鋪平道路。

不過，前方的道路并非一帆風順。確保軟件更新的安全性和可靠性尤為重要。監(jiān)管機構和制造商必須通力合作，為這些聯(lián)網(wǎng)汽車建立健全的網(wǎng)絡安全協(xié)議。此外，管理混合關鍵性系統(tǒng)（如信息娛樂和制動等具有不同安全要求的功能），需要復雜的虛擬化解決方案。

SDV的發(fā)展仍處于早期階段，但其潛力不可否認。Zonal架構設計、高帶寬連接技術，以及專為SDV量身定制的開發(fā)平臺的不斷進步，將加速自動駕駛汽車和聯(lián)網(wǎng)汽車服務的崛起。想象一下這樣一個世界：汽車在彼此之間以及與周圍的基礎設施無縫通信，譜寫一曲智能出行交響樂。

審核編輯：彭菁