2017年5月22日

Mentor Graphics的Andrew Patterson

http://eecatalog.com/automotive/2017/05/22/creating-embedded-platforms-for-integrated-infotainment/

今天的汽車數據共享需要創新思維。

綜合駕駛艙對於下一代汽車買家來說變得越來越重要，他們希望看到車內不同系統之間自由共享的信息，並在必要時引起駕駛員的注意。在某些情況下，傳統的單獨的儀表板和信息娛樂屏幕已經被組合成一個大型顯示屏。在涉及多個顯示屏幕的其他用例中，已經需要共享從車輛內的多個源產生的信息，例如導航圖像，相機數據，音頻饋送和ADAS傳感器。這些數據共享要求需要使用的嵌入式軟件平台的新思維和設計方法以及新的測試和安全審批方法。本文將介紹一些採用的技術和趨勢。

數字顯示器
數字顯示技術的持續改進，以更低分辨率的屏幕以更低的成本提供，意味著它們正在應用於大眾市場。目前的儀器集群是所謂的“混合動力”，將機械撥盤與小型數字內置面板相結合。隨著它們成為財務上可行的替代方案，全數字面板正在逐漸取代混合集群。全數字面板比其機械前身提供了多個優點，包括動態重新配置以支持不同的駕駛模式或信息偏好，以及車輛個性化的大量未來範圍。在整個生命週期內的軟件更新意味著可以升級顯示應用程序以提供新的功能和功能，可能為車輛製造商開闢額外的收入來源。數字集群的典型架構堆棧如圖1所示。

圖1：全數字汽車顯示架構

安全關鍵體系結構

當涉及到嵌入式架構時，任何設計中的安全關鍵因素都需要通過獨立的安全認證操作系統進行操作，與“正常世界”功能明確分離，這些功能可能會因干擾而受損。車輛製造商通常會要求由嵌入式軟件提供商提供“安全工件”以及軟件可交付成果。這些工件包括諸如測試證明，所有操作模式的詳盡文檔，包括故障模式和可追溯到軟件要求的項目。安全等級（ASIL）越高，驗證和認證過程越嚴格，嵌入式軟件組件的成本越高。

為了充分滿足最嚴格的ASIL D安全要求，需要具有內置軟件和硬件冗餘的容錯設計。在系統級，這可能意味著重複的信號連接路徑，複製硬件和故障安全操作模式。在嵌入式軟件層面，安全架構將涉及分離的操作系統，過程監視看門狗和警報系統，這些系統在任何檢測到的異常或故障的情況下被觸發。

綜合ECU對車輛結構的影響

現代豪華車可能包含60到100個電子控制單元（ECU）以及從簡單調度器到實時操作系統（RTOS）的各種操作系統，以及復雜的多功能Linux-基於操作系統或支持通信網關，域控制器，信息娛樂和驅動程序信息系統的類似嵌入式平台。

整合功能的趨勢在汽車行業正在迅速發展，通過組合一些功能可以優化線束重量和連接複雜性。可以消除一些ECU硬件，節省總體成本和組件數量。

軟件應用程序的複雜性為測試和認證帶來了挑戰 - 要測試的代碼越多，缺少用例的風險就越大或者意外的行為。將分解應用到嵌入式軟件允許安全關鍵組件在獨立的安全認證操作系統上隔離運行，而更複雜的“正常世界”組件可以在復雜的操作系統（如Linux）上運行，這些操作系統可以承載豐富的圖形支持，複雜的應用。

為操作系統提供安全認證意味著檢查任何給定的輸入集合的所有可能的響應。對於諸如Linux這樣的高端操作系統，可能的狀態和響應的數量變得非常大，並且滿足嚴格的測試和認證標準是耗時且昂貴的。通過減小操作系統的大小和範圍，安全認證過程變得更加易於管理，混合域架構將允許小尺寸，安全認證的操作系統與基於Linux或其他多功能操作系統的更複雜的域一起運行。

儀器集群顯示器等應用需要與車載通信系統集成，通過CAN，CAN-FD，FlexRay和以太網通信網絡傳遞數據。包括作為單獨的安全域運行的AUTOSAR軟件通信棧允許收集車輛性能信息並將其傳遞到儀錶盤中。

使用安全通信渠道的不同嵌入式領域提供了可擴展的混合安全平台，可以滿足消費者高性能豐富的圖形預期，以及汽車行業的安全關鍵要求。

圖2：安全世界 - 安全關鍵，正常世界 - 複雜圖形

用於信息共享的
技術存在用於在單獨的物理ECU之間或者在承載多個應用程序的單個ECU中共享信息的幾種機制，這些應用會聚到單個顯示器上。下一代車輛設計中的高帶寬總線架構允許視頻和其他大尺寸圖形數據對像在車輛總線上的節點之間快速移動。

表1：高數據速率ECU的連接機制

這些機制包括可從兩個應用程序訪問的共享存儲器，一個進程間通信機制（IPC）或諸如數據分發服務（DDS）或限制許可消息（RPMsg）之類的安全消息協議。共享內存方法提供高數據速率吞吐量，並且通常對於基於圖形的應用程序是有利的。

結論

車輛中醒目的複雜顯示器正在成為製造商的差異化賣點，需要新技術將2D / 3D圖形與安全關鍵信息相結合。將新思維應用於嵌入式軟件框架，使安全關鍵和“正常世界”應用程序並存，滿足供應商和車輛買家的需求。具有強大的HMI解決方案的混合關鍵性嵌入式架構已經成為汽車設計師非常受歡迎的，並且可擴展以滿足下一代越來越自主的車輛的需求。

Andrew Patterson是Mentor Graphics的嵌入式軟件部門的業務發展總監，專門從事汽車解決方案（Mentor Automotive）。在導師之前，他在設計自動化市場和IT /工程市場工作了25年以上，從事汽車網絡，仿真模型開發和嵌入式軟件構建與測試工作。最近，他一直專注於涉及ADAS，信息娛樂，AUTOSAR的汽車連接挑戰，以及在基於Linux的車載解決方案中使用複雜的SoC。Patterson擁有英國劍橋大學工程與電氣科學碩士學位。

＊本文由雲創隆科技 - 張子修提供，不代表TAICS立場。