#百人创作先锋团#软件定义汽车-Arm的SOAFEE项目

“软件定义汽车”的时代早已开启，包括主机厂、Tier1、内容提供商等在内，越来越多的玩家参与其中、大展拳脚，企图在这时代潮流中分到属于自己的那一杯羹。

而随着对汽车软件价值的挖掘日渐深入，行业内外对于“软件定义（Software-Defined）”的认知和研发也越发深入。针对“软件定义汽车”的概念，业内有着许多不同角度的解读。如果从整车价值的角度来理解，“软件定义汽车”即是指：整车的价值将不再由传统的机械硬件决定，而是由软件以及与软件所适配的电子硬件决定。

摩根士丹利曾在一份自动驾驶产业报告中提到，传统的汽车生产中，硬件占据了整车价值的90%，软件仅占据10%。但是，在未来的整车价值中，软件所占的比例将会提高到40%，硬件所占的比例则将下降到40%，至于剩余的20%将由内容决定。

未来打造汽车差异化的关键，或许将不再取决于原来的发动机等传统硬件，而是转变为整车全生命周期中的软件更新服务。“软件定义汽车”让汽车行业长期认定的“汽车从交付至用户手上那一刻起就开始老化”的观点不再适用。未来，通过软件的后续更新，汽车的驾驶体验或许只会随着行驶里程的增加而变得越来越好：

如同消费者早已习惯的智能手机软件更新一样，“软件定义汽车”的场景下，车辆的智能驾驶系统可以通过在线升级，获得更精准的操控或新功能；亦或是，通过电池充放周期的分析优化，提升汽车的续航能力等，软件将取代传统硬件，成为未来汽车最为核心的竞争力所在。

根据麦肯锡的测算，汽车软件市场或以每年9%的速度增长，到2030年整个市场规模将达到840亿美金。“软件定义汽车”市场之广阔，显而易见，只是我们也不难看到其中的技术挑战。一款全新的车型，除了要搭载符合不同地区法规要求的多项强制功能，还必须提供数百个功能选项，其可能变量会以几何倍数扩增。而要满足这些功能配置的要求，就需要一套可以进行大规模开发、测试与提供各项功能的方法，从而将干扰与相互依赖性降到最低。而且，软件也离不开硬件的承载。

现如今汽车越发多样、复杂的软件功能，对硬件平台也提出了更高的要求。不同于可两三年一换的消费电子产品，汽车的平均使用年限往往要长得多。在这期间，汽车软件虽然可以通过OTA更新升级，但传感器、计算模块、数据总线以及其他出厂搭载的基础硬件却不太可能改变。这就意味着，除了需要确保汽车的硬件平台在出厂时能够提供功能安全、信息安全等功能，制造商还要具备一定的预见性与规划力，以保证此时所搭载的硬件平台性能足以支持未来十年或更久以后的功能更新。

而这也带来了一个相当有挑战性的问题，即：什么样的硬件平台，才能让汽车拥有足以处理还未发生的复杂场景所需的灵活性、算力与数据量？

答案是“软件定义”，“软件定义”，不仅是指“由软件启动和控制一个特定的功能”，同时，“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，软件定义还必须具备不断升级和更新的能力，并且必须以云端技术作为开发和构建的基础。”

“软件定义汽车”必须实现的四个需求：

1、软件必须具备可移植性，即同一软件可在不同硬件中运行；

2、软件必须基于云端技术开发构建和升级，使开发和维护成本能够降到最低；

3、由于汽车产业的特殊性，软件必须能够满足实时性、功能安全以及保密的要求；

4、软件架构需为开放式的。因为只有开放的标准才能创造更大的生态系统，让所有人都能参与其中；

随着汽车功能的复杂化、多样化，汽车软件代码越发冗长，有效推动云基础设施产业降低成本、缩短开发时间的云原生开发方式，比以往任何时候都更适用于汽车开发。目前云计算的发展已进入成熟期，云原生作为新型基础设施支撑数字化转型的重要支撑技术，逐渐在人工智能、大数据、边缘计算、5G 等新兴领域崭露头角，成为驱动数字基础设施的强大引擎。未来应用将更多基于云上进行本土应用开发，云计算也为云原生应用提供较好的基础支撑，如资源隔离、分布式、高可用等，云原生最大程度发挥了云的优势。

从技术特征方面来看，云原生技术架构具备以下典型特征：

1、极致的弹性能力，不同于虚拟机分钟级的弹性响应，以容器技术为基础的云原生技术架构可实现秒级甚至毫秒级的弹性响应；

2、服务自治故障自愈能力，基于云原生技术栈构建的平台具有高度自动化的分发调度调谐机制，可实现应用故障的自动摘除与重构，具有极强的自愈能力及随意处置性；

3、大规模可复制能力，可实现跨区域、跨平台的规模化复制部署能力。

从应用价值方面来看，异构资源标准化，容器技术有效解决了异构环境的部署一致性问题，促进了资源的标准化，为服务化、自动化提供了基础；加速数字基础设施升级解放生产力，降低用户数字化技术的使用门槛，提高资源的复合利用率，变革研发运营的生产方式，打破组织壁垒，实现研发与运维的跨域协同，提升交付效率，解放生产力；提升业务应用的迭代速度，赋能业务创新。云原生技术实现了应用的敏捷开发，大幅提升交付速度，降低业务试错成本，高效响应用户需求，增强用户体验加速业务创新。

2021年，ARM推出了首个将“云原生”概念引入汽车软件开发的架构SOAFEE，即面向嵌入式边缘的可扩展开放架构（Scalable Open Architecture for Embedded Edge）以及两款新的参考硬件平台。

从数据中心或从服务器来的云端技术无法直接应用于汽车产业。其中最为关键的就是，汽车对于功能安全（functional safety）以及实时性（real time）的要求无法得到满足。

例如，汽车在100公里甚至是是200公里的时速下高速行驶的时候必须要导入功能安全，这对汽车来讲非常重要。同时它又必须要有实时性的要求。

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。同时SOAFEE是以Arm Project Cassini中的System Ready开放标准为基础，来实现底层硬件的抽象化。

何谓云原生，首先，在汽车端的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是以System Ready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象化，同时以管理程序(hypervisor)来管理不同操作系统之间共享资源的问题，以container runtime及HAL（硬件抽象层，Hardware Abstraction Layer）作为另一个层级的抽象化。

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。

SOAFEE架构解决方案，利用容器的特性，可以针对每个容器去配置不同的软件跟硬件资源，比如说，如果把自动驾驶的功能跟服务放在独立的容器当中，通过编排器(Orchestrator），就可以配置能够满足最高等级功能安全的硬件和软件环境，来为这个容器服务。另外一个容器，比如说导航，不需要最高等级，因为如果这样功耗会非常大，而且会有应用的冗余设计，针对这样的容器配置不需要最高级的功能安全，一般也不需要用分核锁步(split-lock)这样的机制去支持这个容器。所以，不同的容器当中会有不同的功能安全需求，这样就能建构一个具灵活度的基础，同时能让编排器(orchestrator）配置适当的软硬件环境来满足这些不同需求的容器要求，从而达到整个系统功能安全的目的。

当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。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。SOAFEE涵盖各种不同硬件、IP的架构，只要符合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。

对车厂及一级供应商来说，采用SOAFEE后的软件开发成本会大幅降低，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。

另外，传统汽车的开发流程需要三到四年时间，但是IC芯片的规格为三、四年前的标准。SOAFEE架构，可在IC规格确定前，通过SOAFEE及硬件开发平台开发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。

SOAFEE已经获得多家企业的支持，包括AWS、ADLink、Ampere、CARIAD 、Apex.AI、Continental、Green Hills Software、Linaro、Marvell、MIH联盟、红帽、SUSE、Woven Planet、Zing Robotics等。国内均联智行和中科创达以Voting Member的身份加入SOAFEE。

目前许多公司已经接受了云平台来开发汽车软件。如果生态系统按预期发展，这些进入者很可能会逐渐转向SOAFEE。Arm处理器在所有ECU领域都占主导地位。一旦拥有Arm兼容系统和软件的主要OEM、Tier1和主要芯片制造商开始使用SOAFEE，将使SOAFEE成为事实上的标准。

文章转载自公众号：智车Robot