汽车:移动数据中心
作者：Michael Kiener Bruno Nunes-Silva
来源：《汽车观察》2021年第06期
        “单一ECU对应单一功能”的模式因无法满足汽车个性化、使用便捷性的新需求而走到了尽头。
        现代汽车就像是一个移动的数据中心，原因在于车辆的电子电气架构正在转型。
        一个强大的服务器架构会替代由电子控制单元（ECU）和微控制器组成的复杂网络，为车辆提供所有电子功能。先前车辆上的几乎每个功能或功能区域都是通过专用 ECU集成到架构之中，这造成了一个多样化且复杂化的嵌入式系统结构，不适于进一步的创新，比如汽车成为万物互联（IoT）的一部分。
        只要车辆还是“车轮上独立的网络”，独立ECU的复杂网络就不是问题。但是，如果车辆想为驾乘人员提供数字服务、通信和信息娱乐功能，那么就需要全新的电子电气架构。在现有的车辆结构中，我们很难实现跨域的功能整合，也无法通过无线接口与互联网或者云端互联。无线更新（OTA）只有在特定的功能区域中才能实现，而如果要大大增加整车的功能范围，那么通常需要对整车进行改款，甚至是推出新一代的车辆。当前的电子电气架构无法满足驾驶员或消费者对汽车个性化和使用便捷性的要求。这也表明，“单一ECU对应单一功能”的模式已经走到尽头。
移动汽车网        软件：车辆的新核心
        要实现理想中的发展趋势，未来的电子电气架构必须以功能强大的软件架构为中心，以驱动强大的功能和面向服务的设置，而为数不多的高性能计算单元或服务器则为必要的功能集成提供了可能性。域控制器作为全新的电子电气架构基本元素，将支持高性能计算单元，用于处理传感器和执行器的输入/输出逻辑，以及实时性要求严格的功能（图1）。车身高性能计算单元就是这样的一个服务器，它将网关功能与车身控制器的功能相结合。车身高性能计算单元作为车内的中央数据节点，通过通讯模块（如车载智能通讯单元或智能天线模块）与外界连接，车身高性能计算单元也是互联服务的理想主机（图2）。大陆集团为大众ID.系列车型开发了车载应用服务器（ICAS1），是全球首家实现车身高性能计算单元以及相关软件量产的供应商。在该解决方案中，车身高性能计算单元涵盖了网关和车身域控制器功能，并协调OTA更新和在线服务，由于可根据需要提供更多的算力和存储量，因此在前期只使用了部分产品能力。车身高性能计算单元提供了内存和25 K DMIPS算力-每秒执行百万条整数处理指令数——因而可以随时安装新的软件或进行更新。车身高性能计算单元还能协调与后端以及后端应用程序的连接。随着电子电气架构的不断演化，将会有更多的跨域功能的整合。大陆集团的不同的高性能计算单元解决方案，已经为未来的
应用做好准备。
        在硬件方面，高性能计算单元包括具有外部存储器和多核技术的微处理器。其高速数据接口及Hypervisor程序管理技术可支持虚拟化。该中间件还支持千兆以太网，为各类应用提供必要的数据吞吐量。通过Elektrobit基于自适应AUTOS AR平台开发的基础软件，高性能计算单元实现了持续的软硬件分离，虚拟化（四个虚拟控制单元上的多个操作系统）和功能安全（ASIL和非ASIL），也满足对新业务模式的要求和众多软件源的集成。总体而言，大陆集团的高性能计算单元分为四个应用领域：与驾驶员进行交互的驾驶舱高性能计算单元、调节车内数据流并作为互联网、网络安全和通信的智能接口的车身高性能计算单元、自动驾驶高性能计算单元，安全高性能计算单元。目前正在开发第四个应用领域，旨在缩小车身域与自动驾驶域之间的差距，并为高级别的ASIL提供功能安全。大陆集团高性能计算单元由公司内部独立研发并制造，部分功能由子公司Elektrobit （操作系统、虚拟化、OTA和软件服务）和Argus（网络安全）合力打造。
        域控制单元：未来车辆架构的基本组成部分
        电子电气架构从多个ECU转换到高性能计算单元服务器架构的一个核心駆动因素是引
入了域控制器（ZCU，图3）的新型中间层。域控制器可用于“简化”现有的电子电气架构，从而减少电子控制单元的数量和线束的重量。域控制器由高性能计算单元进行管
        控。在少量高性能计算单元上所集中的车辆中央计算能力越强，用以确保车辆功能可靠执行的域控制器就越重要。域控制器是高性能计算单元和传感器或执行器之间的桥梁。因此，每个域控制器将车辆某个特定区域中不同域的功能集成在一起，并作为连接中心为设备提供电源分配及数据连接以满足互联服务的需求。
        传感器、外围设备和执行器并非直接连接到域控制器，而是连接到本地的一个区域控制器。域控制器接管其负责的车辆相应区域的职能。通过这种方式，域控制器就减轻了高性能计算单元的功能性工作，使其能够专注于其“电子大脑”的任务，用于车辆内外的数据和功能管理。此外，域控制器执行本地数据转换，聚合数据，并通过以太网将其传输到高性能计算单元。这种设置让域控制器可以进行跨域的设备的控制，而高性能计算单元可以专注于信息的处理。引入域控制器可以将软件从硬件中“解放”出来，并为“终身学习”车辆的持续更新和改进创造了先决条件。大陆集团提供可缩放的平台，以满足不同市场的需求。
        自动化软件工厂：敏捷开发
        然而软件应用和服务数量的不断增加，对于包括合作伙伴和供应商在内的所有参与者而言，都构成了重大的挑战。因此，大陆集团推出了自动化软件工厂注重使用敏捷开发的方法。开发是一项小规模的任务，我们必须有效地协调和管理不断扩展的软件范围。为此，大陆集团依靠自动化项目阶段性节点审核和透明指标，可持续实时地评估软件质量，直至源代码级别。所有与质量相关的信息都可供开发团队以及内外部利益相关者使用。有了这种敏捷而自动化的工作模式，软件在早期开发阶段就具备了高度的成熟性。
        敏捷的框架是选择和调整开发方法和项目规模的基础。 GitHub作为持续、无缝软件审查服务的开发平台，可以集成到 Continental DevOps 产品组合之中。我们可以通过GitHub创建一个自动化渠道，集成诸如 Jira和Grafana等工具来验证所有的更改。为确保第三方供应商的安全集成，DevOps生态系统还包括标准化工具，例如用于监控的Prometheus A用于数据记录的Elasticsearch .用于跟踪问题的Jira、用于文档编写管理的Comclunes.用于二进制存储器 Artifactory.用于应用部署管理的 Kubernetes等。我们每天提供二到三个软件版本，测试也是完全自动化的。如果遵循常规的开发过程和人工操作，那么高性能计算单元软件的开发范围和速度就不可能实现。
        同时，为了优化软件开发的基础流程，大陆集团还建立了大陆协作门户。与之前软件交付、测试和验证之间的“乒乓匹配”不同，它可以自动执行这些过程，并在出现错误时恢复数据。这就保证了只有无错误的应用程序才可以转移至实际的开发系统中（图4）。门户本身是一个安全的、标准化的界面，适用于内部和外部的所有利益相关者。用户可以访问软件库，打开文档，还可以开发软件。该软件经历了自动测试和预集成过程。审核通过后加入主线。代码中的错误报告得非常快，并且可以在较短的迭代中进行修复。通过实现这些流程步骤的自动化，大陆合作门户能够与越来越多的内外部利益相关者一起加快软件开发，并追求更高质量的软件。