软件成未来汽车最大挑战，新处理器平台保驾护航

作者 / 王莹 《电子产品世界》编辑

编者按：汽车业有三大趋势：互联通信、自动驾驶和电气化，其所需要的软件的复杂程度越来越高，这对处理器的计算能力和平台架构提出了挑战。来自全球最大的汽车半导体制造商NXP公司的高管在此分析了软件挑战和处理器平台的应对策略。

汽车制造商眼中的软件挑战

　　由于恩智浦(NXP)公司处于市场领先地位，并且和全球领先的汽车生产厂商之间保持非常紧密的联系，因此有丰富的行业知识，基于这些知识充分地认识到目前汽车行业所面临的最大挑战是软件方面。

　　当前互联性、无人驾驶以及程度越来越高的电气化是趋势，但是这样的一个宏观趋势对于每一家汽车生产厂商来说意味着什么呢，对于底层的电子架构意味着什么呢?

　　首先看看互联性大趋势。对绝大多数的汽车驾驶者，尤其是在像北京、上海这样的大城市里，人们每天在汽车里花的时间越来越多了，大城市里人们每天至少在汽车里待一个小时。人们在车内待这么长时间，当然希望在车内的时间也能和外部世界有效连通起来，大部分驾驶员非常熟悉、习惯常规的方式，不管通信的联系还是导航的联系。这个大趋势意味着对于汽车来说，要基于以太网有更大的带宽支持互联。

　　第二个趋势是无人驾驶，要求汽车对于它周遭所运营的环境认知能力更强。而这种对于环境的认知能力是基于车身所匹配的一整套传感器。这些传感器包含不同的用途，有雷达的，有视觉的(例如摄像头传感器)，有声波抓取的传感器。这就意味着汽车将获取数量惊人的、比以前多得多的数据，才能使车有效地了解周围的环境。对于一辆普通汽车，通常有6~8个摄像头，以及同等数量的雷达传感器。这些传感器对于带宽会有很高的要求，需要有数百兆的带宽能力。

　　第三个趋势是电气化。电气化也为汽车行业带来很多新的挑战，例如针对动力总成方面的新应用。这样的一些新要求毫无疑问需要更加复杂的计算技术，才能够处理那些非常复杂的算法，也才能够非常有效地管理像内燃机、普通发动机、电动汽车或者混合电动、燃料电池之间的关系。

　　所有这些趋势都意味着在以下几个方面提出了更高的要求：首先是应用的复杂程度越来越高;其次对计算能力的要求越来越高;第三是软件的复杂程度越来越高。

　　基于前面提到的全球宏观的大背景，以及产生的新的应用要求，例如在电气化、互联以及无人驾驶这些新的趋势和应用的要求，使得我们有理由相信未来五年汽车行业软件的复杂程度将进一步激增。对于汽车生产厂商最主要的一个挑战就是用了这么多的软件是来自不同的软件公司，而来自多个不同的供应商的多个不同的软件系统需要有效地在一辆汽车里面得到集成。这就对汽车整车生产厂商提出了更大的挑战，他们不得不耗费更多的软件开发方面的资源，新车上市的时间也被延长了。

汽车底层电子架构的挑战

　　汽车内部的车载网络也变得越来越复杂。传统汽车厂商主要是依靠自身的能力和资源来不断发展，试图来包容进去前面提到的新要求，实现一些新功能，以满足市场的需求。这种做法可以奏效，前提是每一项功能是彼此相对独立运行的。当然，如果汽车内部的各个子系统之间都是彼此独立来工作的，例如车轮不会受到传感器的影响，发动机不会受到车内导航系统的影响等，前面提到的这种不断增加新功能的方法是可以的。当车身内部不同的应用之间通信不断的加强，这尤其对于无人驾驶来说是非常重要的，很显然我们就需要一种更加复杂、更加结构化的平台。

　　所以展望未来，未来的汽车会需要一个更加结构化的架构，这可使汽车内部不同的高性能的计算资源之间实现互相比较简便的沟通。而这就要提到传统架构的限制和问题了，因为传统架构中硅片硬件方面和软件的系统之间往往存在着不匹配性，这样就使得更新变得比较困难，而且不同的应用之间也很难实现有效的扩展。而现在的新架构将具备更强大的网络能力，更加安全、有保障，尤其在无线更新/OTA方面更加会有保障。

　　举个例子来解释一下不同模式之间的差别：在十年前，那些最领先、最尖端的汽车，诸如宝马7系、奔驰X系或者更高端的车，仪表盘上的按键超过百个，而每一个按键都对应控制着汽车内部的一个单独的系统或者应用。但你现在再来看奔驰X系列或者宝马7系，包括特斯拉等，车内仪表盘体验完全不一样，所有原来的按钮都消失不见了，取而代之的是软件界面。在软件界面上，用户根据自己的需要添加一些新的功能都是非常便捷的。

　　如果我们还是延用原来那种每个按钮控制每一个单独的应用的方式，我们不可能为现在的消费者提供他们所需要的互联体验。但是如果我们现在采用软件控制的方式，普通的用户就可以非常容易地根据自己的需要来添加一些新功能，而且只要在汽车寿命期内还能跑，就可以不断地加一些新的功能，而无需将汽车开到经销商那里，再去人工装一些新按钮。所以现在我们可以看到重要转型：从原来传统的架构转向新的现代化的架构。

　　但是在这样的转型历程当中，并不是所有的车厂齐头并进的。有一些车厂是渐进式地不断加入一些新功能。还有一类厂商是比较新的汽车生产企业，它们因为没有历史包袱，完全就是一张白纸可以画出美好的图案，完全现代化地实现新架构。但不管哪一类厂商，他们的要求都是一样的，那就是更高的安全性和更高的移动性。

　　由此可见，电子元件和软件现在是主导一辆汽车的最主要的力量，为了满足普通消费者对于新功能越来越多的期望，车身内部的软件系统也变得愈加复杂。而汽车厂商则需要有更高性能的软件系统来支持用户所期望获得的更强的可扩展性和更高性能的要求。同时还要满足他们的期许，保证驾驶的安全。

全新的处理器平台

　　既然整个行业面临很多软件挑战，那么NXP能够为市场提供什么来解决这些挑战呢?

　　为了有效应对以上这些挑战， NXP推出了S32处理器平台，对硬件做了完全新的再工程化的工作，包括MCU(微控制器)和MPU(微处理器)。也就是NXP对于硬件IP(知识产权)进行了全新的设计，以支持软件上的要求。同样在软件方面也做了完全崭新的再工程化，使得汽车内部各个不同的域之间保持一贯的使用体验和性能，不管是空调系统还是汽车去感知捕捉行人经过的这些信息。NXP需要通过这种方式，来作为一个软件的供应商，服务于各个不同的汽车生产厂商。

　　我们现在可以为我们的客户所提供平台性能比目前表现最好的汽车安全平台高十倍1 。应用程序内的软件开发工作减少90%，跨应用程序的开发减少40%以上2。令汽车安全、防护和空中(OTA)能力迈上新台阶。

　　特别指出的是，通常现代架构上，一辆汽车有5个大域：中央互联网，车内驾驶体验域，除此之外还有其它重要的动力总成控制域，车身和舒适度域，驾驶者辅助或驾驶者替代域。

　　NXPS32架构带给客户最强大的功能就是给他们提供了在所有五个不同域之间共同的通用软件开发环境。那么，NXP如何将处理器性能提高十倍呢?实际上，主要的做法是让微控制器进入千兆赫兹的领域，通常来说以前业界用的微控制器主要是在300~350MHz，NXP现在用的是业内第一款微处理器，采用的是16nm FinFET。

　　另外，NXP主要面向的是Tier one(汽车一级供应商)还是整车制造商(OEM)?其实架构的变化背后驱动力来自于OEM厂商，最高级别的网络架构方面，OEM会有强烈的需求。但是针对每一个具体的应用，NXP也和领先的Tier one合作，以针对他们对性能的具体要求。(备注：1.基于竞争对手公开发布的路线图性能声明;2.根据对现有客户应用程序中恩智浦软件代码的分析，恩智浦预计软件重复利用率在域内和不同汽车域之间将分别高达90%和40%以上。)

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第11期第1页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。