軟件成未來汽車最大挑戰(zhàn)，新處理器平臺保駕護航

作者 / 王瑩 《電子產品世界》編輯

編者按：汽車業(yè)有三大趨勢：互聯通信、自動駕駛和電氣化，其所需要的軟件的復雜程度越來越高，這對處理器的計算能力和平臺架構提出了挑戰(zhàn)。來自全球最大的汽車半導體制造商NXP公司的高管在此分析了軟件挑戰(zhàn)和處理器平臺的應對策略。

汽車制造商眼中的軟件挑戰(zhàn)

　　由于恩智浦(NXP)公司處于市場領先地位，并且和全球領先的汽車生產廠商之間保持非常緊密的聯系，因此有豐富的行業(yè)知識，基于這些知識充分地認識到目前汽車行業(yè)所面臨的最大挑戰(zhàn)是軟件方面。

　　當前互聯性、無人駕駛以及程度越來越高的電氣化是趨勢，但是這樣的一個宏觀趨勢對于每一家汽車生產廠商來說意味著什么呢，對于底層的電子架構意味著什么呢?

　　首先看看互聯性大趨勢。對絕大多數的汽車駕駛者，尤其是在像北京、上海這樣的大城市里，人們每天在汽車里花的時間越來越多了，大城市里人們每天至少在汽車里待一個小時。人們在車內待這么長時間，當然希望在車內的時間也能和外部世界有效連通起來，大部分駕駛員非常熟悉、習慣常規(guī)的方式，不管通信的聯系還是導航的聯系。這個大趨勢意味著對于汽車來說，要基于以太網有更大的帶寬支持互聯。

　　第二個趨勢是無人駕駛，要求汽車對于它周遭所運營的環(huán)境認知能力更強。而這種對于環(huán)境的認知能力是基于車身所匹配的一整套傳感器。這些傳感器包含不同的用途，有雷達的，有視覺的(例如攝像頭傳感器)，有聲波抓取的傳感器。這就意味著汽車將獲取數量驚人的、比以前多得多的數據，才能使車有效地了解周圍的環(huán)境。對于一輛普通汽車，通常有6~8個攝像頭，以及同等數量的雷達傳感器。這些傳感器對于帶寬會有很高的要求，需要有數百兆的帶寬能力。

　　第三個趨勢是電氣化。電氣化也為汽車行業(yè)帶來很多新的挑戰(zhàn)，例如針對動力總成方面的新應用。這樣的一些新要求毫無疑問需要更加復雜的計算技術，才能夠處理那些非常復雜的算法，也才能夠非常有效地管理像內燃機、普通發(fā)動機、電動汽車或者混合電動、燃料電池之間的關系。

　　所有這些趨勢都意味著在以下幾個方面提出了更高的要求：首先是應用的復雜程度越來越高;其次對計算能力的要求越來越高;第三是軟件的復雜程度越來越高。

　　基于前面提到的全球宏觀的大背景，以及產生的新的應用要求，例如在電氣化、互聯以及無人駕駛這些新的趨勢和應用的要求，使得我們有理由相信未來五年汽車行業(yè)軟件的復雜程度將進一步激增。對于汽車生產廠商最主要的一個挑戰(zhàn)就是用了這么多的軟件是來自不同的軟件公司，而來自多個不同的供應商的多個不同的軟件系統需要有效地在一輛汽車里面得到集成。這就對汽車整車生產廠商提出了更大的挑戰(zhàn)，他們不得不耗費更多的軟件開發(fā)方面的資源，新車上市的時間也被延長了。

汽車底層電子架構的挑戰(zhàn)

　　汽車內部的車載網絡也變得越來越復雜。傳統汽車廠商主要是依靠自身的能力和資源來不斷發(fā)展，試圖來包容進去前面提到的新要求，實現一些新功能，以滿足市場的需求。這種做法可以奏效，前提是每一項功能是彼此相對獨立運行的。當然，如果汽車內部的各個子系統之間都是彼此獨立來工作的，例如車輪不會受到傳感器的影響，發(fā)動機不會受到車內導航系統的影響等，前面提到的這種不斷增加新功能的方法是可以的。當車身內部不同的應用之間通信不斷的加強，這尤其對于無人駕駛來說是非常重要的，很顯然我們就需要一種更加復雜、更加結構化的平臺。

　　所以展望未來，未來的汽車會需要一個更加結構化的架構，這可使汽車內部不同的高性能的計算資源之間實現互相比較簡便的溝通。而這就要提到傳統架構的限制和問題了，因為傳統架構中硅片硬件方面和軟件的系統之間往往存在著不匹配性，這樣就使得更新變得比較困難，而且不同的應用之間也很難實現有效的擴展。而現在的新架構將具備更強大的網絡能力，更加安全、有保障，尤其在無線更新/OTA方面更加會有保障。

　　舉個例子來解釋一下不同模式之間的差別：在十年前，那些最領先、最尖端的汽車，諸如寶馬7系、奔馳X系或者更高端的車，儀表盤上的按鍵超過百個，而每一個按鍵都對應控制著汽車內部的一個單獨的系統或者應用。但你現在再來看奔馳X系列或者寶馬7系，包括特斯拉等，車內儀表盤體驗完全不一樣，所有原來的按鈕都消失不見了，取而代之的是軟件界面。在軟件界面上，用戶根據自己的需要添加一些新的功能都是非常便捷的。

　　如果我們還是延用原來那種每個按鈕控制每一個單獨的應用的方式，我們不可能為現在的消費者提供他們所需要的互聯體驗。但是如果我們現在采用軟件控制的方式，普通的用戶就可以非常容易地根據自己的需要來添加一些新功能，而且只要在汽車壽命期內還能跑，就可以不斷地加一些新的功能，而無需將汽車開到經銷商那里，再去人工裝一些新按鈕。所以現在我們可以看到重要轉型：從原來傳統的架構轉向新的現代化的架構。

　　但是在這樣的轉型歷程當中，并不是所有的車廠齊頭并進的。有一些車廠是漸進式地不斷加入一些新功能。還有一類廠商是比較新的汽車生產企業(yè)，它們因為沒有歷史包袱，完全就是一張白紙可以畫出美好的圖案，完全現代化地實現新架構。但不管哪一類廠商，他們的要求都是一樣的，那就是更高的安全性和更高的移動性。

　　由此可見，電子元件和軟件現在是主導一輛汽車的最主要的力量，為了滿足普通消費者對于新功能越來越多的期望，車身內部的軟件系統也變得愈加復雜。而汽車廠商則需要有更高性能的軟件系統來支持用戶所期望獲得的更強的可擴展性和更高性能的要求。同時還要滿足他們的期許，保證駕駛的安全。

全新的處理器平臺

　　既然整個行業(yè)面臨很多軟件挑戰(zhàn)，那么NXP能夠為市場提供什么來解決這些挑戰(zhàn)呢?

　　為了有效應對以上這些挑戰(zhàn)， NXP推出了S32處理器平臺，對硬件做了完全新的再工程化的工作，包括MCU(微控制器)和MPU(微處理器)。也就是NXP對于硬件IP(知識產權)進行了全新的設計，以支持軟件上的要求。同樣在軟件方面也做了完全嶄新的再工程化，使得汽車內部各個不同的域之間保持一貫的使用體驗和性能，不管是空調系統還是汽車去感知捕捉行人經過的這些信息。NXP需要通過這種方式，來作為一個軟件的供應商，服務于各個不同的汽車生產廠商。

　　我們現在可以為我們的客戶所提供平臺性能比目前表現最好的汽車安全平臺高十倍1 。應用程序內的軟件開發(fā)工作減少90%，跨應用程序的開發(fā)減少40%以上2。令汽車安全、防護和空中(OTA)能力邁上新臺階。

　　特別指出的是，通?，F代架構上，一輛汽車有5個大域：中央互聯網，車內駕駛體驗域，除此之外還有其它重要的動力總成控制域，車身和舒適度域，駕駛者輔助或駕駛者替代域。

　　NXPS32架構帶給客戶最強大的功能就是給他們提供了在所有五個不同域之間共同的通用軟件開發(fā)環(huán)境。那么，NXP如何將處理器性能提高十倍呢?實際上，主要的做法是讓微控制器進入千兆赫茲的領域，通常來說以前業(yè)界用的微控制器主要是在300~350MHz，NXP現在用的是業(yè)內第一款微處理器，采用的是16nm FinFET。

　　另外，NXP主要面向的是Tier one(汽車一級供應商)還是整車制造商(OEM)?其實架構的變化背后驅動力來自于OEM廠商，最高級別的網絡架構方面，OEM會有強烈的需求。但是針對每一個具體的應用，NXP也和領先的Tier one合作，以針對他們對性能的具體要求。(備注：1.基于競爭對手公開發(fā)布的路線圖性能聲明;2.根據對現有客戶應用程序中恩智浦軟件代碼的分析，恩智浦預計軟件重復利用率在域內和不同汽車域之間將分別高達90%和40%以上。)

　　本文來源于《電子產品世界》2017年第11期第1頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。