上海2015年7月14日電 /美通社/ -- 這是汽車行業的黃金時代。開源軟件(OSS)、“萬物互聯”，以及無數用來支持主動安全系統、駕駛員信息顯示和車載電子產品等技術的硬件的涌現聚集讓即使是最普通的汽車也具備了成為真正超級巨星的潛力。
這不只是關于汽車數字基礎架構內部元件的連接，而是關于汽車與外界的連接 -- 比如和其它汽車、互聯網以及云的連接。雖然硬件廠商不斷做出重大貢獻，但重點已經轉向了推動 互聯汽車 的軟件。事實上，用于嵌入式系統的軟件的開發，包括原型設計、調試、測試和驗證，現在占據了汽車制造的大部分時間。
現在制造的汽車在不久的將來可能會有大約2000萬行代碼（已經超過一架美國F-35噴氣式戰斗機），預計豪華高端汽車的代碼還有可能超過1億行。汽車軟件的開發是件嚴肅的事。
遇見新的 Linux，不同于舊的Linux
雖然還算不上家喻戶曉，但可能會在你身邊的某輛車上看到，Linux操作系統是很多頂級汽車制造商首選的汽車開源軟件平臺。它已經取代無數專有或封閉的操作系統。許多全球領先的汽車制造商將Linux作為操作系統，不僅用來運行汽車的音響主機或信息娛樂中心，還用來運行遠程信息處理系統、儀表板，等等。當然，Linux已經存在了幾十年，已經證明自己是 高性能計算機操作系統 。如今，Linux更多的是一種 網絡操作系統 ，對互聯汽車來說是個好兆頭。可能大家都知道，Linux幫助推動了智能手機行業的發展。許多在手機行業得到完善的進步技術正在被開發應用于汽車Linux。除了其廣泛的網絡功能，Linux平臺還具有可觀的成本節約潛力。在一個世界性的開源開發人員團體的支持下，Linux內核會不斷完善和更新。老實說，“開放”并不一定意味著所有人都可以免費使用該操作系統，而是說軟件開發人員可以開放獲取Linux內核。當然，關于“免費使用”聲明也有一些規定，但事實仍然是Linux的軟件授權方法更簡化，這對于必須考慮利潤的汽車制造商來說非常具有吸引力。
升級汽車軟件就像智能手機一樣 ?
一個眾所周知的事實是，當Linux首次引入汽車電子系統時，汽車制造商和一級供應商是持懷疑態度的。一輛車的平均壽命大概是十年。智能手機的壽命遠不到十年。隨著汽車的老化，怎么向客戶承諾最新的電子創新？怎樣把一款新的車載信息娛樂系統引入一個已經使用了五年的硬件架構？
首先，Linux是一個協同設計環境的一部分。有成千上萬的軟件開發人員一直在為Linux內核和中間件層工作。世界上沒有其它操作系統投入這么多人力（或工時）來主動解決汽車行業正在發生的需求和挑戰。汽車制造商能夠利用這種協作式的開源工作來加快新技術在汽車領域的應用，并節省這個過程中的成本。
此外，眾多組織和非盈利聯盟已經建立，來協助汽車制造商保持軟件和中間件的更新，以及滿足汽車行業和管理機構制定的嚴格標準。其中有兩個這樣的聯盟，他們是GENIVI Alliance以及Linux基金會的Automotive Grade Linux (AGL)。
去年，福特汽車公司通過GENIVI Alliance推出了其AppLink專有源代碼和平臺。GENIVI是一個由建立和共享基于Linux的車載信息娛樂平臺的汽車制造商和一級供應商組成的非營利組織。GENIVI主要推動開源中間件兼容，旨在為所有成員建立一個更通用的系統平臺。雖然中間件是共享的，但成員仍然可以在應用層面添加他們自己的差異化特點，從而建立獨一無二的品牌和產品（圖1）。隨著福特的加入，GENIVI及其成員能夠用一個久經考驗的框架補充這個開源車載信息娛樂系統平臺，從而與智能手機和平板電腦應用互動。福特成功了，是因為該同步平臺在這一方面現在已經具備了成為開源汽車標準的潛力。
圖1：GENIVI軟件架構。
今天確實有了無線軟件更新技術，并被用來更新車載遠程信息處理和信息娛樂系統。關注點仍然圍繞車載通信網絡上其它模塊的編程（比如控制器局域網），尤其是安全和內存要求。但是這樣的技術確實存在，來保持信息娛樂系統和其它電子模塊貫穿車輛整個生命周期的更新。
互聯汽車
看看當今汽車的內部，你會發現有很多電子系統在工作。現在的汽車可能包含軍用式夜視功能來幫助分辨路口的行人；先進的安全程序來確保安全氣囊在一微秒內啟用；電子穩定控制系統和防抱死剎車幫助在惡劣天氣引導車輛；或者是備用攝像頭（傳感器）來幫助駕駛員在不良駕駛環境下看得更清楚。所有這些電子系統都需要電子控制單元來保持正常運行。一旦車輛增加了車載信息娛樂系統，開發人員也就一下子面臨了一輛車上很多復雜的連接性挑戰。顯然，一輛車的多媒體功能要被分類，并與安全關鍵性功能區分出不同的優先順序。
互聯汽車也意味著使用了空前多的電子控制單元。最近有研究顯示，當今的高端豪華車上可看到近100個電子控制單元。還發現了從8位和16位應用處理器向低端32位微控制器的轉移。這只有在硬件成本不斷下降而硬件性能和功能提升時才適用。互聯汽車中的這些活動需要處理復雜的活動。這就是全功能汽車操作系統能夠發揮作用的地方。Linux作為一個操作系統顯示出了很廣闊的發展前景，它能夠將眾多功能集于它的中間件。
目前正在努力確保在達到基本活動要求的同時，將汽車關鍵活動獨立出來，確保安全性和數據完整性，這通常會使用一套虛擬層和虛擬化技術。在虛擬層技術中將Linux與經過安全驗證的RTOS相結合提供了一種絕佳的選擇，既能夠在單芯片平臺上整合各種關鍵應用，又可以通過模塊的整合降低整體汽車成本。
除了為安全關鍵應用提供支持外，安全也正成為互聯汽車領域重點關注的問題。安全增強Linux (SELinux)是Linux的一個成熟組件，目前正被研究用于安全至上的互聯汽車的內部功能。這也是Linux遠超專有操作系統的一個方面。
電子控制單元和模塊整合
隨著電子功能不斷增多，對模塊整合的需求變得愈加明顯。由于汽車結構中加入了新的電子控制單元，很多問題隨之出現。汽車線束的復雜性和重量有所增加。通常會配置多余的軟件功能，以便為汽車平臺的可升級性提供更好的支持。例如：一輛車配備支持語音識別的遠程信息處理模塊，而信息娛樂系統也支持語音識別，從而實現指揮與控制。車載信息娛樂系統可能通過聯網的移動設備實現免提功能。我們還看到新興先進駕駛輔助系統(ADAS)與駕駛座信息娛樂和駕駛員信息系統在傳感器輸入處理方面存在許多共性，這為模塊整合提供了又一個用例。
汽車中電子控制單元的不斷增多也更凸顯了標準化的重要性。隨著硬件平臺發生變化，這就需要重新設計軟件，甚至重新設計系統，以整合各模塊的功能。汽車開放系統架構(AUTOSAR)很好地為不同汽車軟件架構創建了開放性標準，以解決這些問題（圖2）。汽車原始設備制造商、電子產品供應商、芯片制造商和軟件公司組成了AUTOSAR聯盟。
圖2：AUTOSAR開發環境。
帶您進入全新領域
互聯性不僅限于汽車內的電子控制單元，還涉及汽車與外界溝通的方式。汽車可能需要接入蜂窩無線網絡。信息娛樂系統將通過與帶入汽車的移動設備互聯而獲益，不僅可以訪問設備上的多媒體、應用和數據，而且還為接入互聯網提供了新的選擇。
這方面有兩項新興技術：車與車(V2V)和車輛與基礎設施(V2I)通信，統稱為V2X（圖3）。V2X是一種機器對機器(M2M)通信，可在汽車之間、汽車與路邊基礎設施之間，甚至汽車與云之間實現自動通信。V2V使汽車能夠進行對講，使用短程無線電交換交通堵塞、天氣狀況和意料之外的施工區等數據。此外還有收費等許多商業應用。V2V能夠大大提升駕駛的安全性，因而前景十分廣闊。
諸如V2V通信之類的車輛通信系統并非ADAS專用，但卻為ADAS應用帶來了很多有趣的新功能。這項技術基于專用短程通信(DSRC)，采用5.9 GHz頻段，該頻段也用于Wi-Fi。這樣就可以將信息發送至附近的汽車，一般最多只能傳輸1000米。該技術適用于在汽車之間或者汽車與路邊站臺之間收發本地信息。從ADAS的角度來說，V2V代表著另一種類似于傳感器的輸入系統，可用于改善策略和反應。
當然，V2V和V2I的實用性基于成本和客戶需求。部署激勵措施很可能最終將通過政府強制執行。在任何情況下，成本都將成為一個問題。Linux作為一種開源軟件平臺，在降低開發成本方面發揮著重要作用。此外，GENIVI等聯盟將必須加大力度確保V2V和V2I符合全行業都接受的通用標準。
圖3：V2X格局：車與車(V2V)和車與基礎設施(V2I)通信。
建立采用Linux操作系統的汽車系統
從信息娛樂和音響系統到遠程信息處理系統（要求立即啟動和強大的安全層），Linux將充當起運行大部分互聯汽車 功能的角色，這是大勢所趨。開源軟件正迅速占領裸機運行系統、實時操作系統或封閉式汽車操作系統等傳統領域。
為滿足當今汽車軟件解決方案的需求，一款開源軟件解決方案必須像Linux一樣具有成熟且值得信賴的內核。因此可以考慮選擇Linux操作系統，此外還需要大量安全且高品質的定制軟件組件。提供這類組件的廠商不僅需要有豐富的相關經驗和服務的一致性，還要能夠提供涉及各個學科的工程服務，這樣才能與一級供應商及其他合作伙伴共同打造最終解決方案。
除了值得信賴的安全內核外，軟件平臺還應能夠滿足汽車行業的特殊需求。其中不僅包括快速啟動和圖像效果等最終用戶能輕易察覺的性能要求，還有對控制器局域網消息在50毫秒內做出早期響應的系統要求，這一點也是原始設備制造商所關注的。
此外，擁有早期開發的硬件原型也很重要，汽車制造商和一級供應商可以用它們來進行應用軟件開發。一開始就獲得硬件原型讓汽車制造商能更深入地參與開發過程，從而以有效且獨特的方式來與一級供應鏈合作。
總結
車載娛樂信息系統在廣播內容方面已經形成了高度靈活的調諧/預置功能，能夠呈現很多新的內容形式，其中一些是基于互聯網的和交互式的。可以利用各類基礎技術和操作系統來打造這些新系統。已投入生產的車載娛樂信息系統采用了Microsoft Windows、Linux以及QNX的專有操作系統等。然而，業內人士認為在汽車原始設備制造商要求的推動下，關注的焦點正從技術創新轉向成本優化。接下來，Linux顯然將成為成本最低的選擇。
其他汽車系統隨著新要求的出現而不斷發展，模式也很類似。遠程信息處理系統、儀表板和其他電子系統開始具備標準化的新功能集，同時也出于商業上的因素，Linux很可能受到這些系統的青睞。事實上，整體都會有變化，因為汽車的各個部分都將受到影響。我們將看到，大量可移動、可互換的零部件將讓汽車大變身。開源軟件會成為這一巨大轉變的核心力量嗎？讓我們拭目以待。
Mentor Automotive憑借在系統工程方面的深厚專長，打造出先進的汽車設計工具和軟件系列產品，幫助客戶解決了行業所面臨的最復雜的設計難題。Mentor Automotive的解決方案包括：電子電氣分配系統設計和工程；產品定義/架構；車載娛樂信息系統；ADAS；網絡/AUTOSAR設計和集成；服務和技術文檔；印刷電路板(PCB)系統設計；機械分析；電力電子技術可靠性和計算流體動力學(CFD)模擬。明導利用這些解決方案，幫助客戶把復雜難題變成創新和競爭優勢。
作者簡介：
Patrick Shelly是明導的高級解決方案架構師。他從事汽車行業的嵌入式系統已超過25年，專注于軟件架構和軟件開發流程。Pat曾在福特汽車公司(Ford Motor Company)從事動力總成控制系統業務、在天合汽車(TRW Automotive)從事主動安全系統工作，他的豐富經驗還涵蓋了汽車信息娛樂系統、遠程信息處理系統和儀表板應用等各個方面。Pat為大量新的汽車項目提供咨詢服務、經常出席專業組織活動，并在全球教授眾多操作系統和開發工具培訓課程。Pat目前的研究重點包括汽車連接、多核處理器、汽車架構中的分散式和一體化系統，人機界面(HMI)技術以及操作系統標準。