作者：张国斌
目前，智能化大潮席卷汽车领域，百年汽车领域也孕育着新的变革，催生着新的商机，一直以来，Arm公司以提供各种处理器IP以及外围各种IP为主要业务，硬件是其基因，就在昨天，Arm公司突然宣布：杀入汽车软件领域！“消费者对汽车的需求越来越多，比如联网功能、高品质人机界面功能、自动辅助驾驶功能、以及电力系统性能提升等。这些复杂的功能和服务已经没有办法由传统分散式ECU及MCU系统架构来完成，因此，在硬件方面，集中式计算平台将会是未来的主流。”Arm 汽车和物联网事业部亚太区合作伙伴关系高级总监邓志伟 Simon Teng在发布会上指出，“同时，随着实现这些的复杂功能的软件也越来越复杂，利用云原生技术去改进软件的开发、构建、管理、更新的效率会变得越来越重要，因为软件开发和维护的成本会变得非常高。其次，我们会看到产业链发展的趋势，对于车厂和一级供应商方面来说，他们都认识到随着汽车硬件和软件越来越复杂、越来越先进，他们必须掌握更多的软件与硬件的技术才能满足市场的需求，从而创造自己的价值。”他进一步表示目前车厂和一级供应商在软件开发方面不断投入，甚至去主导IC设计，这些改变在过去是很难想像的。总体来看，车厂跟一级供应商在硬件或软件方面的投入有很多是共同的部分，因此为了提高投资效率，假设有一个统一的软件定义汽车的平台作为大家开发的基础，让大家在这个统一的平台上去进行差异化功能和服务开发，则将会使所有产业链中的企业和用户受益。这就是为什么Arm要发布软件架构，这是从根本上是为了顺应和满足产业的需求。“汽车产业正处于一个关键拐点，整个硬件架构从分散性转为集中式，整个软件开发也从在传统汽车嵌入式软件开发，变得越来越复杂，必须要找到一个合适的方法来管理和开发，所以云原生的概念也被引入。同时，因为新能源车和电动化的趋势，包括各地的法规让传统的汽油引擎或者是柴油引擎的车子被迫做一些结构性的改变。在这个结构性改变的过程中，最好是从硬件和软件甚至从整个系统的架构去考虑，是不是该有一个更好的架构或者是有一个更好的技术能够一步到位地去做根本的改变，以符合汽车产业演进的未来。最近在国内出现很多新能源车车厂，自动驾驶车技术导入也非常蓬勃，我们认为此时进入是一个对的时间点，去导入新的技术、新的观念，争取对汽车产业的未来做出贡献。因为有了产业变化的背景，所以我们认为在这个时候提出用软件定义汽车的概念，同时提出能够实现它的具体方法，是非常好的时间点。”他再次强调。第一，是SOAFEE——Scalable Open Architecture for Embedded Edge，面向嵌入式边缘的可扩展开放架构，它是一套新的软件架构和开源参考实现，既可满足汽车的实时和安全需求，又能充分利用基于云原生开发的优势。第二，是一个能够执行SOAFEE，以及开发各式功能及服务的硬件参考平台。第三，Arm会成立一个产业合作的组织来持续完善SOAFEE的设计。他指出市面上有非常多的云端的技术，但Arm在跟车厂和一级供应商沟通的时候发现，其实很多云技术都有短板，一些问题无法通过既有的技术去解决，因为直接从数据中心或者从服务器来的云技术是没有办法直接应用在汽车产业中，其中最关键的是功能安全（functional safety）以及实时性（real time）的要求，因为汽车在100公里甚至是是200公里时速下高速行驶时必须要导入功能安全，这对汽车来说非常重要。同时它又必须要有实时性的要求。过去虽然在业界有云原生技术，但都没有把功能安全以及实时性需求考虑进去。所以SOAFEE的提出最大的贡献是把在container的技术中加上混合关键编排器（Mixed Criticality Orchestrator），也就是说让整个云端的云原生技术的元素能够加上功能安全及实时性特性。“我想这个是对于汽车产业来讲，尤其是车厂来讲非常、是非常重要的。Arm所提出来的SOAFEE其实就是特别为汽车定制，把整个的云端技术加上汽车产业的特殊需求来实现。目前在整个业界，并没有任何一个其他完整的云端平台能满足这样的需求。所以SOAFEE是第一个针对汽车产业，实现真正把云端技术导入到汽车产业，满足汽车产业的架构。”他指出，“为了让大家尽快地参与其中，我们很高兴地宣布，SOAFEE的第一个版本，已经开放下载，硬件参考平台，也已经开放预订。同时Arm 以及行业领先厂商也成立了 SOAFEE 的专家小组 (Special Interest Group) 作为产业合作的组织。Arm 期望藉由这些新的资源投入，能加速软件定义汽车的实现。”
他解释说从Arm的角度来看，简单来说软件定义就是由软件启动和控制一个特定的功能，但不只如此，一个完整的软件定义还必须包含对底层硬件的抽象化，从而实现同样的软件在不同的硬件上都能顺畅运行。另外，软件定义还必须要能具备不断升级和更新的能力，而且，它必须是以云端技术作为开发和构建的基础。它为什么那么重要呢？因为它会为整个产业链带来非常显著的益处。对于今天Arm发布的软件架构，他说如果一个汽车的底层架构不是Arm处理器里架构也可以适用这个软件架构，整个SOAFEE项目的目的就是希望能在硬件和软件的界面做标准化，但并不表示你的硬件的架构一定要用Arm的架构，“目前有非常多的硬件架构可以提供计算平台。既然SOAFEE是一个开源的架构，它就必须要涵盖各种不同硬件、IP的架构，只要符合与软件之间的标准界面，Arm以外的硬件架构也是可以在SOAFEE上使用的。”他强调。另外，他指出Arm的软件定义汽车是覆盖从云端到终端的架构，这个架构必须要涵盖所有的应用以及服务，或者说它能满足所有的应用以及服务的需求，其中包括了智能座舱、传统的导航系统，甚至包括了辅助驾驶或者是自动驾驶。大家熟悉的自动驾驶的功能是其中一部分，但整个软件架构并不只是为了自动驾驶而设计的。自动驾驶的功能很复杂，所以它可能是在一个独立的container中，也可能需要多个container组合起来去执行。他指出统一的软件架构可以大幅度降低车厂及一级供应商的开发成本，同时，通过售后不断地推出创新的服务，可以为车厂创造新的营收来源。报告显示，软件定义的实现可为车厂创造每台车多达2600-7500美金的额外利润。对IC设计及软件供应商而言，他们可以更好地实现产品的差异化，同时软件定义也会让更多的云端应用开发者加入汽车创新的行列。最后，消费者也会更满意定制化的汽车功能及使用体验。
从技术角度来看，当一个功能及服务会在云端的环境中开发、测试及验证时，这些工作需要借助很多的云端技术来完成，Hardware Models 用来模拟硬件的环境，container/virtualization提供独立的软件执行环境及虚拟化，CI/CD（Continuous Integration and Continuous Delivery持续集成 / 持续交付)负责管理应用及服务的更新，编排器（Orchestrator）负责配置适当的软硬件资源给每一个容器 (container)。当这个功能及服务被放到车中执行时，底层的硬件必须提供好的扩充能力以应付各式计算处理需求，同时要能在一定的功耗下达到最佳的运作性能，也必须提供处理实时性，功能安全，及保密的技术。而Arm所提供的技术完全能满足这些要求，因此Arm能够由终端的IP技术出发，来完善软件定义汽车的架构以及整合产业链中对于软件定义汽车的要求。1、软件必须要具备可移植性，也就是说一份软件要能够在不同的硬件当中去执行。2、软件必须以云端的技术来开发构建和升级，让整个软件的开发和维护成本能够降到最低。3、由于汽车产业里面的一些特殊的要求，所以软件定义汽车的软件必须能够处理实时性、功能安全以及保密的要求。4、软件必须要去符合开放式的架构，因为开放式的标准才能创造更大的生态系统，让所有人都能参与其中。Arm相信SOAFEE能够去满足所有的这些需求，并且为实现软件定义汽车打下基础。他指出SOAFEE 是一个由Arm以及汽车产业的领导厂商所提出的构想，这个项目已经投入了实际资源并得到了实现。SOAFEE包括两个部分：第一，它是一个软件架构，该架构将通过扩增既有的云端技术，来实现汽车产业对于实时性及功能安全的特殊要求。值得强调的是，它也是一个开源的参考实现。同时SOAFEE是以Arm Project Cassini中的SystemReady 开放标准为基础，来实现底层硬件的抽象化。那云原生 (cloud-native) 是如何应用在汽车的系统架构中的？首先，在汽车端，最底层是硬件计算平台，在此之上是固件 (firmware)，作为系统软件与硬件之间的接口。而在系统软件之上包括各种的应用及服务，分别在各自独立的环境中运行，这个环境我们称为容器(container)。在以云原生 (cloud-native) 为概念运行的系统中，这些container是在云端的环境中开发、测试及验证，然后，再经由一个编排器（Orchestrator）的软件模块，配置适当的软硬件资源给每一个container中的应用与服务，使它们能够在汽车中执行它们的工作，同时在云端另一个CI/CD (持续集成 / 持续交付) 的模块将负责管理，应用及服务的更新。SOAFEE是如何以云原生(cloud-native) 的概念为基础来满足软件定义汽车的需求？首先SOAFEE 是以SystemReady 的开放标准来统一硬件及固件与系统软件的接口达到第一层的抽像化。同时，SOAFEE以管理程序 (hypervisor) 来管理不同操作系统之间共享资源的问题，同时以container run time 及 HAL （硬件抽像层，Hardware Abstraction Layer） 作为另一个层级的抽像化。在云端，SOAFEE不只会去构建相同的软件环境，同时也会构建虚拟的硬件环境 Virtual ECU ，以确保云端与终端间的一致性。SOAFEE的另一个重要的贡献，就是将编排器 (orchestrator) 改进成为能够处理功能安全及实时需求的软件模块。综合这些设计，Arm希望SOAFEE能成为推动软件定义汽车的重要里程碑。SOAFEE的第一个版本的下载地址在这里有兴趣的可以下载“这个版本包含了启动云原生 (cloud-native) 的所有基本模块，所有相关的信息都可以在gitlab 的连结中找到。同时，我们也成立了专家小组，而且这个专家小组的会员在不断的增加中。”他指出"很多人担心软件的可靠性和安全性，其实软件部分的可靠性和安全性在整个汽车业产业有非常多的标准，比如说Automotive Spice或者是ISO的一些标准。当然，这些可靠度还包括整个软件的开发过程，这些可靠性和安全性是所有的人都必须要遵循的，不管今天是开源也好，还是是商业化这个软件的版本也好，都必须去符合这样的需求。现在，全球很多领先的车厂和一级供应商都参与了SOAFEE计划，我们希望通过他们加入到专家小组中，我们可以一起锁定更清楚的软件需求，这也就是我刚刚在整个的说明中讲到的，软件定义汽车的需求是非常重要的，如移植性，云原生的特性，通过整个标准能够确保整个软件部分的可靠性与安全性。”他指出，“至于开源引发的碎片化的问题，我想如果能够在一个比较有共识的架构之下去让所有参与者能够发挥创意和贡献力量，势必会产生整个软件的多样化，我们在专家小组中会有一个商业化的机制，让整个开源软件变成多样化，而不是碎片化，这个部分需要持续跟产业界的合作伙伴一起来共同解决和管理的这个问题。”他表示软件定义汽车的愿景必须靠产业的密切合作才能达成。Arm愿意以一己之力促成这个合作。这项计划目前已经得到非常多的公司回应及参与，其中有车厂、一级供应商 (Tier 1)、硬件及软件生态系统伙伴，我们期望借这个发布能够让更多公司加入SOAFEE专家小组，共同为打造软件定义汽车的未来贡献力量。他表示为了让更多的开发者能够加入SOAFEE的行列，Arm与Ampere 及ADLink（凌华科技）合作设计了一个具备扩充功能及高性能的硬件参考平台。通过SOAFEE与这个硬件参考平台的结合，开发者可以在这个系统中开发及试作各种应用及服务，例如座舱系统，驾驶辅助系统，甚至自驾功能。目前有二个不同用途的硬件参考平台：一个是工程开发平台 ADLink AVA Developer Platform，另一个是可以联结车载系统的实车测试用平台ADLink AVA-AP1。二者都具备三个高速的扩充接口，用来增加不同目地的处理器，例如GPU ，或ML加速器等。他特别指出缩短开发时间不仅是对软件的开发，而且对整个汽车的供应链都有非常大的影响。传统的整个开发流程大约需要三到四年，其中最大的问题是IC的性能非常可能无法跟上应用及服务的需求，因为这个IC的规格是三到四年前定义的。而Arm提出的解决方式就是在 IC 规格定案之前，通过 SOAFEE及硬件开发平台，来决定应用及服务的计算需求，如此一来，不只可以降低规格不合的风险，也可以缩短整个开发时程。“这个改变对整个产业链来讲都是一个非常重要的贡献。”他总结说。“汽车产业正处于一个关键拐点，硬件的计算架构及软件功能为了因应市场需求 只会变得越来越复杂。软件定义的技术能够解决这些复杂问题所带来的挑战，同时又能带来更多的创意，更有效率的开发及更多的生意机会。”对于Arm公司这个新动作，大家怎么看？欢迎留言讨论！注：本文为原创文章，未经作者授权严禁转载或部分摘录切割使用，否则我们将保留侵权追诉的权利！
