電動汽車市場份額的上升和未來所需內(nèi)燃機(jī)的減少正在改變汽車行業(yè)。人們可能會認(rèn)為這會簡化車輛設(shè)計(jì)，但隨著駕駛員輔助技術(shù)成為一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別，它們實(shí)際上正在成為真正的“車輪上的數(shù)據(jù)中心”。此外，汽車駕駛員已經(jīng)習(xí)慣了基于消費(fèi)者的娛樂體驗(yàn)，這必須反映在未來的座艙設(shè)計(jì)中。一些高端汽車目前包含超過1億行代碼，到下一個(gè)十年，全自動駕駛汽車預(yù)計(jì)將達(dá)到5億輛。相比之下，一架現(xiàn)代商業(yè)航空公司的飛機(jī)“只”包含大約1400萬行代碼。

與任何一種激進(jìn)的變革一樣，向軟件定義的車輛過渡也帶來了很多挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，該行業(yè)可以依靠一個(gè)強(qiáng)大的概念來幫助管理這種指數(shù)級的復(fù)雜性：虛擬化。

虛擬化的好處

當(dāng)談到汽車行業(yè)的虛擬化時(shí)，首先想到的好處是急需的硬件整合。事實(shí)上，轉(zhuǎn)向具有區(qū)域控制器的集中式架構(gòu)可以降低成本，并有助于減輕當(dāng)前芯片短缺問題和供應(yīng)鏈依賴性的影響。它還降低了線束的重量和復(fù)雜性，同時(shí)大大節(jié)省了開發(fā)、測試甚至工具鏈投資。

虛擬化對于滿足日益增長的車內(nèi)定制功能和功能的需求是不可或缺的。它創(chuàng)造了一種市場差異化的車輛用戶體驗(yàn)，因?yàn)樘摂M化通過開放和靈活的環(huán)境促進(jìn)了創(chuàng)新和創(chuàng)造力。

虛擬化也是汽車云化的一個(gè)關(guān)鍵要求，它可以釋放新的用例，并實(shí)現(xiàn)云原生環(huán)境的所有好處。從軟件實(shí)踐的角度來看，它實(shí)現(xiàn)了開源模型、持續(xù)集成/持續(xù)開發(fā)（CI/CD）、微服務(wù)、工作負(fù)載容器化，并加快了空中傳送（OTA）更新。它還減少了開發(fā)人員的摩擦，降低了風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)縮短了上市時(shí)間。虛擬化甚至可以通過實(shí)時(shí)遷移實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算卸載。

能夠快速發(fā)展軟件的汽車供應(yīng)商將獲得決定性的競爭優(yōu)勢，因?yàn)樗麄兛梢蕴峁┳罴训陌踩Ｕ?。這就是為什么Arm與領(lǐng)先的行業(yè)合作伙伴一起，通過SOAFEE（https://www.soafee.io/），一種新的汽車軟件架構(gòu)和開源參考實(shí)現(xiàn)，改變了軟件定義的行業(yè)未來。這種行業(yè)領(lǐng)先的協(xié)作將汽車的實(shí)時(shí)和安全需求與云原生方法的優(yōu)勢結(jié)合在一起。

合并的潛在后果

這種整合的結(jié)果是，必須共享急需的硬件加速器，如GPU和外圍接口，如以太網(wǎng)，同時(shí)仍保持所需的性能和隔離水平。在虛擬化環(huán)境中，這通常是通過讓特定的虛擬機(jī)（VM）處理共享來實(shí)現(xiàn)的。然而，此解決方案可能存在以下缺點(diǎn)：

。 對于單個(gè)VM來說，由此產(chǎn)生的計(jì)算負(fù)載可能太大

。 它可能會造成傳輸擁堵

。 可能會出現(xiàn)效率低下的情況，例如使用數(shù)據(jù)拷貝

。 擺脫干擾和可預(yù)測性變得更加困難

。 它可能會啟用拒絕服務(wù)（DoS）攻擊

。 成功的網(wǎng)絡(luò)攻擊可能會傳播到其他虛擬機(jī)。

這種情況的一個(gè)潛在解決方案是支持硬件虛擬化，如Arm Mali-G78AE GPU（https://www.arm.com/products/silicon-ip-multimedia/gpu/mali-g78ae），每個(gè)虛擬機(jī)可以直接訪問其自己分配的外圍設(shè)備。這有助于實(shí)現(xiàn)接近裸金屬的性能。

正如我們通過Arm Cortex-R52（https://www.arm.com/products/silicon-ip-cpu/cortex-r/cortex-r52）和未來的汽車芯片Armv8-R CPU支持的設(shè)備虛擬化和分區(qū)示例所看到的，必須權(quán)衡不同的選項(xiàng)。還必須進(jìn)行權(quán)衡，為每個(gè)用例找到最佳解決方案。

今天題為“實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)備虛擬化原則”（https://armkeil.blob.core.windows.net/developer/Files/pdf/white-paper/device-virtualization-whitepaper.pdf）的白皮書旨在提供指導(dǎo)，以了解哪些不同的選項(xiàng)最適合虛擬化基于Armv8-R的系統(tǒng)上構(gòu)建的設(shè)備。正如您在白皮書中所看到的，并不是所有的解決方案都適用于給定的用例。系統(tǒng)架構(gòu)師必須仔細(xì)選擇硬件中應(yīng)該支持哪些設(shè)備共享模型。然而，無論選擇哪種方法，都應(yīng)遵循本白皮書中解釋的原則，將特權(quán)模型擴(kuò)展到設(shè)備，作為安全保障的基礎(chǔ)。為了加快未來汽車EE架構(gòu)的采用，并降低共享電子控制單元（ECU）的軟件集成成本，行業(yè)必須建立一套眾所周知的設(shè)計(jì)模式和最佳實(shí)踐，以解決設(shè)備虛擬化問題。

全新Arm白皮書

虛擬化并非沒有成本。在變得更加開放和安全的同時(shí)保持安全性和可預(yù)測性可能具有挑戰(zhàn)性。所需的軟件整合工作要求改變當(dāng)前的做法。在Arm，憑借我們在虛擬化和云原生環(huán)境方面的歷史，我們在去年9月發(fā)布的“Armv8-R Cortex-R52+軟件整合的最佳實(shí)踐”白皮書（https://armkeil.blob.core.windows.net/developer/Files/pdf/white-paper/best-practices-for-armv8-r-cortex-r52-st2-whitepaper.pdf）中提供了指導(dǎo)。然而，通往軟件定義車輛的道路遠(yuǎn)非一帆風(fēng)順。

事實(shí)上，計(jì)算平臺和汽車軟件生態(tài)系統(tǒng)的多樣性阻礙了重用和創(chuàng)新。整個(gè)行業(yè)現(xiàn)在都在考慮是否需要簡化軟件和接口，實(shí)現(xiàn)全球標(biāo)準(zhǔn)化，甚至制定認(rèn)證計(jì)劃。虛擬化技術(shù)的全部潛力只能通過一種新的范式轉(zhuǎn)變來發(fā)揮：在開放標(biāo)準(zhǔn)化方面的進(jìn)一步協(xié)調(diào)。作為第一步，本白皮書正式確定了一組通用要求，我們建議微控制器（MCU）和片上系統(tǒng)（SoC）（包括Armv8-R CPU）應(yīng)滿足這些要求。但開放標(biāo)準(zhǔn)是由社區(qū)建立的，Arm很樂意與合作伙伴討論如何進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化這種計(jì)算架構(gòu)的軟件。SOAFEE Hypervisor Tiger Team可能是討論下一步行動的好地方。

虛擬化作為計(jì)算發(fā)展的一部分

簡言之，虛擬化現(xiàn)在是Armv8-R體系結(jié)構(gòu)所服務(wù)的領(lǐng)域中正在發(fā)生的革命的核心。例如，Cortex-R52+中的EL2分離選項(xiàng)代表了一個(gè)很好的選項(xiàng)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)軟件堆棧的智能集成。雖然CPU體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展到能夠提供這樣的功能來實(shí)現(xiàn)虛擬化，但在設(shè)備端，無論是對于硬件加速器還是I/O外圍設(shè)備，在平衡性能和成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)陌踩綦x可能具有挑戰(zhàn)性。根據(jù)使用情況，具有不同軟件和硬件成本與效率比率的多個(gè)解決方案將被證明是最佳的。這份新的白皮書“實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)備虛擬化原則”討論了這些方法，為系統(tǒng)架構(gòu)師提供指導(dǎo)。這是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中設(shè)備虛擬化適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化的先決條件。

審核編輯 ：李倩