在SoC上集成車載信息娛樂和儀表子系統(tǒng)

除了這些不同的處理內(nèi)核，這個系統(tǒng)芯片上還有許多其它部件，包括內(nèi)存、緩存、輸入/輸出端口、安全功能等等。這些系統(tǒng)芯片架構(gòu)支持集成，反過來則有助于汽車原始設(shè)備制造商應(yīng)對全球競爭壓力。

異構(gòu)多核系統(tǒng)芯片

到目前為止描述的范圍涉及多個電子部件和各個部件間的通信。隨著處理能力和整合功能的提升，先進(jìn)的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)技術(shù)必不可少。因此，MentorGraphics 使用異構(gòu)多核開發(fā)工具開發(fā)了業(yè)界首個能夠提供全面的商業(yè)運行環(huán)境的解決方案，該方案可以選擇整合 AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)。德州儀器的異構(gòu)多核 Jacinto 6平臺便是擁有這樣一個系統(tǒng)芯片環(huán)境的例子(圖3)。

在異構(gòu)多核系統(tǒng)芯片上整合范圍。

異構(gòu)系統(tǒng)芯片開發(fā)挑戰(zhàn)

當(dāng)項目從松散連接系統(tǒng)的離散開發(fā)搬到集成的異構(gòu)環(huán)境中時，可能會出現(xiàn)巨大的開發(fā)挑戰(zhàn)。在離散開發(fā)時通常不會出現(xiàn)這些挑戰(zhàn)，因為開發(fā)人員能夠在他們自己設(shè)備的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計、開發(fā)、測試和優(yōu)化，他們只需設(shè)計和測試與系統(tǒng)其他部分的通信接口。

但是如今通過異構(gòu)集成，嵌入式開發(fā)人員必須解決許多新的挑戰(zhàn)，包括：

系統(tǒng)架構(gòu)

由于一個系統(tǒng)芯片擁有許多異構(gòu)核心，他們擁有許多選擇來向處理器內(nèi)核、GPU 設(shè)備、內(nèi)存、輸入/輸出端口以及如今廣泛獲得并可能共享的其它資源分配操作系統(tǒng)和應(yīng)用。開發(fā)人員如今需要考慮架構(gòu)如何才能最大程度滿足系統(tǒng)需求。

配置

架構(gòu)師不僅需要考慮系統(tǒng)布局，他們還需要一種方法來配置系統(tǒng)。按照以往的經(jīng)驗，初步擬定的架構(gòu)可能不會按照架構(gòu)師預(yù)期的運行，因此開發(fā)人員需要能夠快速地重新配置系統(tǒng)并且確定是否能夠滿足系統(tǒng)需求。這個過程可能需要進(jìn)行手動配置，較為緩慢，浪費了寶貴的開發(fā)周期。

啟動

在離散使用案例中，每個操作環(huán)境在其自己的硬件上啟動。而在異構(gòu)多核的使用案例中，多個操作系統(tǒng)通常需要使用一個特定的序列啟動，因此開發(fā)人員需要根據(jù)系統(tǒng)要求并且考慮到系統(tǒng)芯片上硬件的共同特性找到一種以協(xié)調(diào)的方式啟動系統(tǒng)不同部分的框架和方法。在汽車環(huán)境中，控制器局域網(wǎng)通常需要在50毫秒內(nèi)啟動，這樣才能托管于更低功耗的內(nèi)核。功率更強大的搭載信息娛樂系統(tǒng)的內(nèi)核可能需要更長的時間來啟動。

調(diào)試

集成系統(tǒng)時，開發(fā)人員和測試人員需要找到一種方法來將系統(tǒng)視為一個整體。他們需要了解每個操作系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境是怎樣工作的。他們需要知道哪里可能存在共享資源爭用，或處理器、總線或設(shè)備的飽和。他們需要找到一種方法來了解系統(tǒng)某一部分的行為如何影響系統(tǒng)的另一部分，或被另一部分影響。開發(fā)人員需要一種方法來優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能。

隔離

設(shè)計人員需要確保，如果系統(tǒng)的一部分由于不良編程或惡意企圖發(fā)生故障，集成系統(tǒng)的其它部分不會受到影響，或者整個系統(tǒng)不會被累及或整體癱瘓。

設(shè)備共享

由于可能有很多操作系統(tǒng)環(huán)境和應(yīng)用集成到同一個系統(tǒng)，服務(wù)于這些功能需求的硬件設(shè)備可能有限。這可能需要共享有限的硬件資源。設(shè)計師和開發(fā)人員需要一種方法來共享這些設(shè)備，同時保證單項功能不受影響。

處理器間通信(IPC)

多個應(yīng)用整合到同一個系統(tǒng)芯片上需要一種方法來讓這些應(yīng)用互相之間或與系統(tǒng)之間能夠通信。鑒于集成系統(tǒng)的異構(gòu)性，這催生了對處理器間通信架構(gòu)的需求，這種架構(gòu)要能夠根據(jù)不同的應(yīng)用擴展升級，包括開源軟件和注重 IP 保護(hù)的專有軟件環(huán)境。比如，在同一個多核系統(tǒng)芯片上共享儀表和信息娛樂系統(tǒng)時，就可以使用 VirtIO 或 RPMsg 等安全通信連接在這兩個領(lǐng)域共享有關(guān)車輛位置和速度的信息。

安全

憑借離散架構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計師可以整合與外界連接的嵌入式設(shè)備內(nèi)的某項獨立功能，并使任何外部惡意攻擊遠(yuǎn)離系統(tǒng)的其余部分。在集成過程中，這些安全功能可集成到一個異構(gòu)多核系統(tǒng)芯片上，但系統(tǒng)芯片上硬件和其它設(shè)備的共享性質(zhì)又給阻擋攻擊帶來了新的挑戰(zhàn)。隨著藍(lán)牙和 Wi-Fi 等無線通信媒介越來越多地使用于汽車中，拒絕服務(wù)攻擊的潛在訪問點數(shù)量也在增加。

結(jié)論

現(xiàn)在人買汽車都希望有高性能多媒體、無線連接、語音處理、導(dǎo)航和位置服務(wù)以及車身各處多個攝像頭和音頻視頻資料支持(僅舉幾例)。這些需求從而推動了對半導(dǎo)體廠商新的芯片系統(tǒng)解決方案的需求。異構(gòu)多核系統(tǒng)芯片也必須支持多個網(wǎng)絡(luò)接口，來實現(xiàn)與 AUTOSAR 及汽車中多個不同網(wǎng)絡(luò)硬件層的使用安全軟件協(xié)議的其它電子控制單元之間的通信。

受業(yè)務(wù)趨勢的推動，系統(tǒng)集成和新的硬件異構(gòu)系統(tǒng)芯片架構(gòu)需求應(yīng)運而生。原始設(shè)備制造商、設(shè)備制造商和設(shè)計團(tuán)隊需要把握這一趨勢。毋庸置疑，隨著越來越多異構(gòu)系統(tǒng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的車內(nèi)系統(tǒng)開發(fā)方法將被瓦解。