开源软件继续推动互联汽车向前发展

 

这不只是关于汽车数字基础架构内部元件的连接，而是关于汽车与外界的连接 -- 比如和其它汽车、互联网以及云的连接。虽然硬件厂商不断做出重大贡献，但重点已经转向了推动 互联汽车 的软件。事实上，用于嵌入式系统的软件的开发，包括原型设计、调试、测试和验证，现在占据了汽车制造的大部分时间。

 

现在制造的汽车在不久的将来可能会有大约2000万行代码（已经超过一架美国F-35喷气式战斗机），预计豪华高端汽车的代码还有可能超过1亿行。汽车软件的开发是件严肃的事。

 

遇见新的 Linux，不同于旧的Linux

 

虽然还算不上家喻户晓，但可能会在你身边的某辆车上看到，Linux操作系统是很多顶级汽车制造商首选的汽车开源软件平台。它已经取代无数专有或封闭的操作系统。许多全球领先的汽车制造商将Linux作为操作系统，不仅用来运行汽车的音响主机或信息娱乐中心，还用来运行远程信息处理系统、仪表板，等等。当然，Linux已经存在了几十年，已经证明自己是 高性能计算机操作系统 。如今，Linux更多的是一种 网络操作系统 ，对互联汽车来说是个好兆头。可能大家都知道，Linux帮助推动了智能手机行业的发展。许多在手机行业得到完善的进步技术正在被开发应用于汽车Linux。除了其广泛的网络功能，Linux平台还具有可观的成本节约潜力。在一个世界性的开源开发人员团体的支持下，Linux内核会不断完善和更新。老实说，“开放”并不一定意味着所有人都可以免费使用该操作系统，而是说软件开发人员可以开放获取Linux内核。当然，关于“免费使用”声明也有一些规定，但事实仍然是Linux的软件授权方法更简化，这对于必须考虑利润的汽车制造商来说非常具有吸引力。

 

升级汽车软件就像智能手机一样 ?

 

一个众所周知的事实是，当Linux首次引入汽车电子系统时，汽车制造商和一级供应商是持怀疑态度的。一辆车的平均寿命大概是十年。智能手机的寿命远不到十年。随着汽车的老化，怎么向客户承诺最新的电子创新？怎样把一款新的车载信息娱乐系统引入一个已经使用了五年的硬件架构？

 

首先，Linux是一个协同设计环境的一部分。有成千上万的软件开发人员一直在为Linux内核和中间件层工作。世界上没有其它操作系统投入这么多人力（或工时）来主动解决汽车行业正在发生的需求和挑战。汽车制造商能够利用这种协作式的开源工作来加快新技术在汽车领域的应用，并节省这个过程中的成本。

 

此外，众多组织和非盈利联盟已经建立，来协助汽车制造商保持软件和中间件的更新，以及满足汽车行业和管理机构制定的严格标准。其中有两个这样的联盟，他们是GENIVI Alliance以及Linux基金会的Automotive Grade Linux (AGL)。

 

去年，福特汽车公司通过GENIVI Alliance推出了其AppLink专有源代码和平台。GENIVI是一个由建立和共享基于Linux的车载信息娱乐平台的汽车制造商和一级供应商组成的非营利组织。GENIVI主要推动开源中间件兼容，旨在为所有成员建立一个更通用的系统平台。虽然中间件是共享的，但成员仍然可以在应用层面添加他们自己的差异化特点，从而建立独一无二的品牌和产品（图1）。随着福特的加入，GENIVI及其成员能够用一个久经考验的框架补充这个开源车载信息娱乐系统平台，从而与智能手机和平板电脑应用互动。福特成功了，是因为该同步平台在这一方面现在已经具备了成为开源汽车标准的潜力。

 

图1：GENIVI软件架构。
 

今天确实有了无线软件更新技术，并被用来更新车载远程信息处理和信息娱乐系统。关注点仍然围绕车载通信网络上其它模块的编程（比如控制器局域网），尤其是安全和内存要求。但是这样的技术确实存在，来保持信息娱乐系统和其它电子模块贯穿车辆整个生命周期的更新。

 

互联汽车

 

看看当今汽车的内部，你会发现有很多电子系统在工作。现在的汽车可能包含军用式夜视功能来帮助分辨路口的行人；先进的安全程序来确保安全气囊在一微秒内启用；电子稳定控制系统和防抱死刹车帮助在恶劣天气引导车辆；或者是备用摄像头（传感器）来帮助驾驶员在不良驾驶环境下看得更清楚。所有这些电子系统都需要电子控制单元来保持正常运行。一旦车辆增加了车载信息娱乐系统，开发人员也就一下子面临了一辆车上很多复杂的连接性挑战。显然，一辆车的多媒体功能要被分类，并与安全关键性功能区分出不同的优先顺序。

 

互联汽车也意味着使用了空前多的电子控制单元。最近有研究显示，当今的高端豪华车上可看到近100个电子控制单元。还发现了从8位和16位应用处理器向低端32位微控制器的转移。这只有在硬件成本不断下降而硬件性能和功能提升时才适用。互联汽车中的这些活动需要处理复杂的活动。这就是全功能汽车操作系统能够发挥作用的地方。Linux作为一个操作系统显示出了很广阔的发展前景，它能够将众多功能集于它的中间件。

 

目前正在努力确保在达到基本活动要求的同时，将汽车关键活动独立出来，确保安全性和数据完整性，这通常会使用一套虚拟层和虚拟化技术。在虚拟层技术中将Linux与经过安全验证的RTOS相结合提供了一种绝佳的选择，既能够在单芯片平台上整合各种关键应用，又可以通过模块的整合降低整体汽车成本。

 

除了为安全关键应用提供支持外，安全也正成为互联汽车领域重点关注的问题。安全增强Linux (SELinux)是Linux的一个成熟组件，目前正被研究用于安全至上的互联汽车的内部功能。这也是Linux远超专有操作系统的一个方面。

 

电子控制单元和模块整合

 

随着电子功能不断增多，对模块整合的需求变得愈加明显。由于汽车结构中加入了新的电子控制单元，很多问题随之出现。汽车线束的复杂性和重量有所增加。通常会配置多余的软件功能，以便为汽车平台的可升级性提供更好的支持。例如：一辆车配备支持语音识别的远程信息处理模块，而信息娱乐系统也支持语音识别，从而实现指挥与控制。车载信息娱乐系统可能通过联网的移动设备实现免提功能。我们还看到新兴先进驾驶辅助系统(ADAS)与驾驶座信息娱乐和驾驶员信息系统在传感器输入处理方面存在许多共性，这为模块整合提供了又一个用例。

 

汽车中电子控制单元的不断增多也更凸显了标准化的重要性。随着硬件平台发生变化，这就需要重新设计软件，甚至重新设计系统，以整合各模块的功能。汽车开放系统架构(AUTOSAR)很好地为不同汽车软件架构创建了开放性标准，以解决这些问题（图2）。汽车原始设备制造商、电子产品供应商、芯片制造商和软件公司组成了AUTOSAR联盟。

 

 

带您进入全新领域

 

互联性不仅限于汽车内的电子控制单元，还涉及汽车与外界沟通的方式。汽车可能需要接入蜂窝无线网络。信息娱乐系统将通过与带入汽车的移动设备互联而获益，不仅可以访问设备上的多媒体、应用和数据，而且还为接入互联网提供了新的选择。

 

这方面有两项新兴技术：车与车(V2V)和车辆与基础设施(V2I)通信，统称为V2X（图3）。V2X是一种机器对机器(M2M)通信，可在汽车之间、汽车与路边基础设施之间，甚至汽车与云之间实现自动通信。V2V使汽车能够进行对讲，使用短程无线电交换交通堵塞、天气状况和意料之外的施工区等数据。此外还有收费等许多商业应用。V2V能够大大提升驾驶的安全性，因而前景十分广阔。

 

诸如V2V通信之类的车辆通信系统并非ADAS专用，但却为ADAS应用带来了很多有趣的新功能。这项技术基于专用短程通信(DSRC)，采用5.9 GHz频段，该频段也用于Wi-Fi。这样就可以将信息发送至附近的汽车，一般最多只能传输1000米。该技术适用于在汽车之间或者汽车与路边站台之间收发本地信息。从ADAS的角度来说，V2V代表着另一种类似于传感器的输入系统，可用于改善策略和反应。

 

当然，V2V和V2I的实用性基于成本和客户需求。部署激励措施很可能最终将通过政府强制执行。在任何情况下，成本都将成为一个问题。Linux作为一种开源软件平台，在降低开发成本方面发挥着重要作用。此外，GENIVI等联盟将必须加大力度确保V2V和V2I符合全行业都接受的通用标准。

 

 

图3：V2X格局：车与车(V2V)和车与基础设施(V2I)通信。
 

建立采用Linux操作系统的汽车系统

 

从信息娱乐和音响系统到远程信息处理系统（要求立即启动和强大的安全层），Linux将充当起运行大部分互联汽车 功能的角色，这是大势所趋。开源软件正迅速占领裸机运行系统、实时操作系统或封闭式汽车操作系统等传统领域。

 

为满足当今汽车软件解决方案的需求，一款开源软件解决方案必须像Linux一样具有成熟且值得信赖的内核。因此可以考虑选择Linux操作系统，此外还需要大量安全且高品质的定制软件组件。提供这类组件的厂商不仅需要有丰富的相关经验和服务的一致性，还要能够提供涉及各个学科的工程服务，这样才能与一级供应商及其他合作伙伴共同打造最终解决方案。

 

除了值得信赖的安全内核外，软件平台还应能够满足汽车行业的特殊需求。其中不仅包括快速启动和图像效果等最终用户能轻易察觉的性能要求，还有对控制器局域网消息在50毫秒内做出早期响应的系统要求，这一点也是原始设备制造商所关注的。

 

此外，拥有早期开发的硬件原型也很重要，汽车制造商和一级供应商可以用它们来进行应用软件开发。一开始就获得硬件原型让汽车制造商能更深入地参与开发过程，从而以有效且独特的方式来与一级供应链合作。

 

总结

 

车载娱乐信息系统在广播内容方面已经形成了高度灵活的调谐/预置功能，能够呈现很多新的内容形式，其中一些是基于互联网的和交互式的。可以利用各类基础技术和操作系统来打造这些新系统。已投入生产的车载娱乐信息系统采用了Microsoft Windows、Linux以及QNX的专有操作系统等。然而，业内人士认为在汽车原始设备制造商要求的推动下，关注的焦点正从技术创新转向成本优化。接下来，Linux显然将成为成本最低的选择。

 

其他汽车系统随着新要求的出现而不断发展，模式也很类似。远程信息处理系统、仪表板和其他电子系统开始具备标准化的新功能集，同时也出于商业上的因素，Linux很可能受到这些系统的青睐。事实上，整体都会有变化，因为汽车的各个部分都将受到影响。我们将看到，大量可移动、可互换的零部件将让汽车大变身。开源软件会成为这一巨大转变的核心力量吗？让我们拭目以待。

 

Mentor Automotive凭借在系统工程方面的深厚专长，打造出先进的汽车设计工具和软件系列产品，帮助客户解决了行业所面临的最复杂的设计难题。Mentor Automotive的解决方案包括：电子电气分配系统设计和工程；产品定义/架构；车载娱乐信息系统；ADAS；网络/AUTOSAR设计和集成；服务和技术文档；印刷电路板(PCB)系统设计；机械分析；电力电子技术可靠性和计算流体动力学(CFD)模拟。明导利用这些解决方案，帮助客户把复杂难题变成创新和竞争优势。详情请访问： http://automotive.cn.mentor.com/ 。

 

作者简介：

 

Patrick Shelly是明导的高级解决方案架构师。他从事汽车行业的嵌入式系统已超过25年，专注于软件架构和软件开发流程。Pat曾在福特汽车公司(Ford Motor Company)从事动力总成控制系统业务、在天合汽车(TRW Automotive)从事主动安全系统工作，他的丰富经验还涵盖了汽车信息娱乐系统、远程信息处理系统和仪表板应用等各个方面。Pat为大量新的汽车项目提供咨询服务、经常出席专业组织活动，并在全球教授众多操作系统和开发工具培训课程。Pat目前的研究重点包括汽车连接、多核处理器、汽车架构中的分散式和一体化系统，人机界面(HMI)技术以及操作系统标准。