汽車自動化要求不蹲提高,硬件虛擬化成為必然
傳統(tǒng)汽車制造商似乎還沒有意識到車載操作系統(tǒng)重要性,它能在未來商業(yè)模式中節(jié)省資金,同時也可以解決自動駕駛問題,ADAS問題和安全問題以及所有其他電氣化問題。
計算平臺在硬件層實現(xiàn)多處理器整合的同時,打破了傳統(tǒng)汽車電子架構(gòu)中基于總線和網(wǎng)關(guān)的物理保護(hù)屏障,使得不同安全級別的應(yīng)用共享計算能力,在軟件層基于自動駕駛操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件運(yùn)行具有不同功能安全及信息安全等級和實時性要求的應(yīng)用軟件。保證差異化功能安全和信息安全要求的同時滿 足性能要求是自動駕駛操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件設(shè)計的關(guān)鍵。
特斯拉在互聯(lián)汽車的功能方面發(fā)揮了重要作用,可以使用iPhone打開汽車,檢查汽車,查看汽車中的攝像頭,一般情況下,兩臺不同的計算機(jī),無法將相機(jī)連接到該手機(jī)上,它觀看視頻。然而,特斯拉計算機(jī)執(zhí)行攝像頭系統(tǒng),與其他任何設(shè)備都可以形成通信,這就是操作系統(tǒng)的意義。
硬件虛擬化旨在解決這些問題!凹僭O(shè)你有一個GPU,但是它具有多個客戶端操作系統(tǒng)-基本上是多個受保護(hù)的工作負(fù)載,它們可以占據(jù)一定比例的GPU,可以將其完全放在硬件中,以使開銷降至最低,這與人們近來在CPU上所做的事情類似,一種基于時間切片的系統(tǒng)。使用基于軟件的規(guī)則來調(diào)度不同的工作負(fù)載并相互保護(hù)!
Cadence解決方案營銷高級組總監(jiān)Frank Schirrmeister指出,鑒于汽車行業(yè)正在重新考慮數(shù)據(jù)總線,因此虛擬化在當(dāng)前的汽車中尤其重要!疤摂M化非常重要,尤其是在汽車中,您會遇到分區(qū)架構(gòu)以及如何放置的情況。您確實需要小心,將關(guān)鍵方面與次要方面分開,例如音頻和視頻,后者對自動駕駛很重要。”
在自動駕駛汽車中,具有許多不同的分布式處理器,但并不是每個處理器都專用于特定功能。在許多情況下,這被視為冗余的一種方式,從而增加了重量和成本。但是這種方法也限制了自動駕駛汽車所需的故障轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的功能。
每個提供商都將為該特定處理器提供操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序,隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高,所需的計算能力被集中在一臺集中式計算機(jī)中。這些處理器被要求放在一起,同時又要互不干擾分開工作,不同的安全等級往往會帶來很大的難度。通過虛擬化的方法,可以創(chuàng)建分配任務(wù)的錯覺,將每個任務(wù)分開,如果某個特定任務(wù)由于軟件故障而失敗,那么其他所有任務(wù)都將不受影響。軟件虛擬化是分隔不同軟件系統(tǒng)并降低總體硬件成本的有效方法。
國外Imagination公司利用內(nèi)置的硬件虛擬化功能,實現(xiàn)服務(wù)與應(yīng)用程序的完全隔離,以確保在系統(tǒng)被入侵或數(shù)據(jù)毀損的情況下仍能保持安全,此平臺最多能同時支持八個應(yīng)用程序或服務(wù)運(yùn)行在各自獨立的容器中,汽車 OEM 廠商能任意部署并移除服務(wù),完全不會影響其他同時運(yùn)行的服務(wù)。汽車 OEM 廠商可以根據(jù)圖形或運(yùn)算應(yīng)用程序優(yōu)先設(shè)計其系統(tǒng),以滿足車道偏離警示、盲點偵測、以及全景環(huán)繞等 ADAS 功能。其他任務(wù),像是信息娛樂系統(tǒng)和儀表板顯示,能在第二個 SPU 上運(yùn)行,利用優(yōu)先級機(jī)制來達(dá)到系統(tǒng)的性能目標(biāo)。
汽車虛擬化面臨的挑戰(zhàn)
目前,用于汽車應(yīng)用的處理器內(nèi)核發(fā)展緩慢。為了支持虛擬化,需要附加硬件功能,結(jié)合更多的軟件層,這使得整體驗證和功能安全合規(guī)性更加復(fù)雜。同時,如果沒有標(biāo)準(zhǔn)化解決方案(例如汽車專用操作系統(tǒng)),該問題將變得更加困難。操作系統(tǒng)的任務(wù)是處理這個領(lǐng)域中許多獨特的安全性和復(fù)雜性要求,但是要與專用操作系統(tǒng)相比,實現(xiàn)這一點要困難得多。
汽車是世界上唯一沒有自己的操作系統(tǒng)的大批量消費(fèi)設(shè)備。INTEGRITY和QNX是最著名的以汽車為中心的操作系統(tǒng)。還有汽車級的Linux版本,這是Linux的簡化版本,所有這些都可以在虛擬系統(tǒng)中運(yùn)行。Linux和Android之類的產(chǎn)品都經(jīng)過了一定程度的測試,但是它們?nèi)匀皇情_源的,不能完全保證它們沒有錯誤。
同時,汽車開發(fā)過程中要求將ISO26262覆蓋在汽車開發(fā)的V模型上。在開發(fā)周期的每個階段,甚至都要解決一些沒有出現(xiàn)在開發(fā)工具中的開發(fā)步驟,并且這些步驟必須是可追溯和可測試的,虛擬化在這里也可以發(fā)揮作用。
汽車OEM廠商們正在努力磨練其軟件專業(yè)知識,解決以硬件為中心的思維方式。 虛擬化,數(shù)字化和數(shù)字雙胞胎確實可以為他們提供幫助,滿足在物理上無法驗證真實硬件上的所有內(nèi)容。測試從設(shè)計到驗證都是斷開的,使用數(shù)字孿生和虛擬化的抽象是幫助他們突破障礙的一種方法。如果他們在整個過程中都接受這一點,將可以極大地加快和改善更多自動駕駛汽車的開發(fā)過程。
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英特爾中國研究院 Autonomous System Lab
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