嵌入式系統(tǒng)的軟體和硬體通常緊密相連，錯(cuò)綜複雜。開(kāi)發(fā)人員面對(duì)有限資源和緊迫截止日期等限制，還要確保無(wú)縫整合，這需要進(jìn)行許多回合的器件測(cè)試。
然而這種方法對(duì)於快速的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命週期並不適用，也不符合以服務(wù)為導(dǎo)向的商業(yè)模式要求。汽車(chē)製造商正在逐步接受軟體定義汽車(chē)（SDV）的概念，而不是僅僅依靠維修期間進(jìn)行的關(guān)鍵或有限的韌體（firmware）更新。SDV的目標(biāo)是在其整個(gè)生命週期內(nèi)持續(xù)發(fā)展和增強(qiáng)。
實(shí)現(xiàn)SDV必須採(cǎi)取平臺(tái)的方法。通過(guò)將硬體和軟體解耦（decoupling），能夠讓?xiě)?yīng)用程式和架構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加靈活，並且可以隨著時(shí)間的推移添加其他功能。解耦還有助於在不同車(chē)型中增加軟體複用，減少平臺(tái)之間的適應(yīng)成本。此外，車(chē)主還將享受到更高的安全性和可靠性，同時(shí)降低能耗。
這種方法將徹底顛覆汽車(chē)軟體發(fā)展。我們將看到行業(yè)「向左移動(dòng)」，即使在原型硬體未量產(chǎn)的情況下，軟體也能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命週期的早期完成。同時(shí)，該行業(yè)還可以「向右延伸」，在車(chē)輛售出後繼續(xù)進(jìn)行更新。這讓汽車(chē)製造商能夠通過(guò)基於雲(yún)端的服務(wù)尋找新的收入源，讓不同車(chē)型的車(chē)主都可以享用他們的服務(wù)，並通過(guò)空中編程（Over-the-air programming；OTA）更新在汽車(chē)的整個(gè)生命週期內(nèi)添加功能。
| 圖一 : 「向左移動(dòng)，向右延伸」架構(gòu)圖 |
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在持續(xù)整合和部署的基礎(chǔ)上建構(gòu)
持續(xù)整合和持續(xù)部署（或近持續(xù)部署）概念在企業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成功應(yīng)用多年。「向左移動(dòng)」（Shift Left）和「向右延伸」（Stretch right）是合乎邏輯的下一步。如果開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)選擇了正確的軟體發(fā)展方法，這兩者的要求在很大程度上是一致的。
SDV與其他嵌入式系統(tǒng)和支援技術(shù)沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。例如，虛擬化和軟體容器可以隔離軟體模組，並將其從底層硬體中抽象出來(lái)。這種方法的優(yōu)勢(shì)是能更加輕鬆地與多項(xiàng)增值服務(wù)的雲(yún)流程整合。這類(lèi)服務(wù)通常將核心汽車(chē)功能與人工智慧（AI）和基於雲(yún)端的分析相結(jié)合。
嵌入式系統(tǒng)的核心變化在於不再需要在物理硬體上進(jìn)行大量的原型製作，或者至少儘量減少相關(guān)工作，以確保對(duì)時(shí)序和硬體行為的假設(shè)符合實(shí)際情況。然而，嵌入式系統(tǒng)確實(shí)需要一個(gè)額外的元件。
虛擬化和模擬如何助力開(kāi)發(fā)
容器化是在雲(yún)端環(huán)境中採(cǎi)用持續(xù)整合和部署方法的重要要素，能夠減少應(yīng)用程式對(duì)硬體的依賴(lài)性。應(yīng)用程式可以與測(cè)試所用的支援函式庫(kù)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程式一起封包，從而與底層作業(yè)系統(tǒng)隔離開(kāi)。在嵌入式環(huán)境中，需要額外的隔離和保護(hù)層，由虛擬化技術(shù)提供。在虛擬化環(huán)境下，管理程式將I/O消息映射到底層硬體。管理程式對(duì)虛擬平臺(tái)的管理還有助於安全隔離在同一處理器複合體上運(yùn)行的獨(dú)立任務(wù)。
容器化提高了汽車(chē)製造商部署更新的靈活性和能力。這對(duì)於需要頻繁進(jìn)行OTA更新的系統(tǒng)部分特別有?明，例如車(chē)艙內(nèi)的娛樂(lè)中控模組。儘管這些模組將更加獨(dú)立，但硬體介面及其依賴(lài)關(guān)係對(duì)汽車(chē)的即時(shí)控制和安全系統(tǒng)仍然非常重要。開(kāi)發(fā)人員需要瞭解硬體變化如何影響他們的軟體，而數(shù)位分身（Digital twin）技術(shù)能夠解決這個(gè)問(wèn)題。
數(shù)位分身是一種複製硬體和韌體行為的虛擬模型。在數(shù)位分身技術(shù)的加持下，開(kāi)發(fā)人員無(wú)需訪(fǎng)問(wèn)硬體即可完成大部分測(cè)試。數(shù)位分身可以在互動(dòng)式調(diào)試的模式或高度自動(dòng)化的回歸測(cè)試套件中運(yùn)行，既可以在桌面工具上，也可以在基於雲(yún)端的容器中進(jìn)行。回歸測(cè)試通過(guò)執(zhí)行多種測(cè)試，加速了在進(jìn)行變更時(shí)的品質(zhì)控制檢查。另外，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還能利用分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，更快地發(fā)現(xiàn)bug。
可以針對(duì)任何代碼模組或子系統(tǒng)進(jìn)行更新測(cè)試，查看變更是否會(huì)導(dǎo)致意外的交互或問(wèn)題。數(shù)位分身並不能在專(zhuān)案中完全取代硬體。傳統(tǒng)的硬體在環(huán)（HIL）測(cè)試仍然是檢查數(shù)位分身類(lèi)比在實(shí)際條件下的行為的必要手段，但一旦解決了行為差異，數(shù)位分身可以廣泛用於支援中期更新。廣泛的硬體前測(cè)試可以通過(guò)雲(yún)端在多臺(tái)伺服器上高速運(yùn)行，使汽車(chē)製造商有信心在準(zhǔn)備就緒後立即大規(guī)模部署基於新功能的OTA更新。
使用精細(xì)和詳細(xì)的模型
模型的準(zhǔn)確性非常重要，儘管許多測(cè)試並不需要完全精確定時(shí)的模型。高度精細(xì)和詳細(xì)的模型通常運(yùn)行速度較慢，而那些為分析目標(biāo)處理器的指令輸送量和應(yīng)用邏輯而優(yōu)化的模型則更快。通過(guò)僅運(yùn)行需要完全詳細(xì)類(lèi)比的元件或子系統(tǒng)模型的分區(qū)，可以簡(jiǎn)化測(cè)試時(shí)間和驗(yàn)證流程。
儘管汽車(chē)製造商和子系統(tǒng)供應(yīng)商可以自行建構(gòu)數(shù)位分身模型，但與合適的半導(dǎo)體供應(yīng)商建立合作關(guān)係具有顯著的優(yōu)勢(shì)。恩智浦半導(dǎo)體等供應(yīng)商承諾，在產(chǎn)品交付給汽車(chē)製造商組裝成原型和最終產(chǎn)品之前，提前一年開(kāi)發(fā)其晶片平臺(tái)模型。
數(shù)位模型還可以?明汽車(chē)製造商和子系統(tǒng)供應(yīng)商瞭解架構(gòu)創(chuàng)新能夠?yàn)槟繕?biāo)應(yīng)用帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)。磁阻隨機(jī)存取記憶體（MRAM）就是一個(gè)很好的例子，它是快閃記憶體的高性能替代方案，同時(shí)克服了易失性DRAM和SRAM在持久資料方面的局限性。基本模型可以將快閃記憶體和MRAM等非易失性記憶體視為等效記憶體，在延遲或頻寬方面並沒(méi)有區(qū)別，而更準(zhǔn)確的模型則可以反映出它們?cè)谧x寫(xiě)時(shí)間和其他行為方面的差異。
這些差異可以通過(guò)更改代碼庫(kù)來(lái)加以利用，從而充分發(fā)揮現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。因此，通過(guò)採(cǎi)用以模型為中心的開(kāi)發(fā)方法，軟體團(tuán)隊(duì)可以?明指定未來(lái)的硬體實(shí)現(xiàn)方案，以提升多代產(chǎn)品的性能。
持續(xù)改進(jìn)
支援「向右延伸」的方法將不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)和服務(wù)收入。除了對(duì)於汽車(chē)本身進(jìn)行OTA更新外，汽車(chē)製造商還可以從運(yùn)行系統(tǒng)中收集感測(cè)器資料，並將其應(yīng)用於多種機(jī)器學(xué)習(xí)和分析系統(tǒng)，這些資訊可以在篩選後應(yīng)用於數(shù)位分身類(lèi)比，以評(píng)估現(xiàn)實(shí)世界中的性能。
如此一來(lái)，在新的OTA更新部署之前，就可以在回歸環(huán)境中測(cè)試改進(jìn)，從而減少開(kāi)發(fā)和部署之間的時(shí)間，加快產(chǎn)品改進(jìn)的週期。這不僅能增強(qiáng)現(xiàn)有硬體，還能為未來(lái)的技術(shù)變革奠定基礎(chǔ)。這也進(jìn)一步證明，包含持續(xù)整合和數(shù)位分身的整體開(kāi)發(fā)方法有助於簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和支援。
（本文作者Andy Birnie為恩智浦半導(dǎo)體汽車(chē)系統(tǒng)工程主管）
