嵌入式系統(tǒng)的軟體和硬體通常緊密相連，錯綜複雜。開發(fā)人員面對有限資源和緊迫截止日期等限制，還要確保無縫整合，這需要進(jìn)行許多回合的器件測試。
然而這種方法對於快速的產(chǎn)品開發(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。汽車製造商正在逐步接受軟體定義汽車（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)是在其整個生命週期內(nèi)持續(xù)發(fā)展和增強(qiáng)。
實(shí)現(xiàn)SDV必須採取平臺的方法。通過將硬體和軟體解耦（decoupling），能夠讓應(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型中增加軟體複用，減少平臺之間的適應(yīng)成本。此外，車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軟體發(fā)展。我們將看到行業(yè)「向左移動」，即使在原型硬體未量產(chǎn)的情況下，軟體也能在產(chǎn)品開發(fā)生命週期的早期完成。同時(shí)，該行業(yè)還可以「向右延伸」，在車輛售出後繼續(xù)進(jìn)行更新。這讓汽車製造商能夠通過基於雲(yún)端的服務(wù)尋找新的收入源，讓不同車型的車主都可以享用他們的服務(wù)，並通過空中編程（Over-the-air programming；OTA）更新在汽車的整個生命週期內(nèi)添加功能。
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」（Shift Left）和「向右延伸」（Stretch right）是合乎邏輯的下一步。如果開發(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。這種方法的優(yōu)勢是能更加輕鬆地與多項(xiàng)增值服務(wù)的雲(yún)流程整合。這類服務(wù)通常將核心汽車功能與人工智慧（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)需要一個額外的元件。
虛擬化和模擬如何助力開發(fā)
容器化是在雲(yún)端環(huán)境中採用持續(xù)整合和部署方法的重要要素，能夠減少應(yīng)用程式對硬體的依賴性。應(yīng)用程式可以與測試所用的支援函式庫和設(shè)備驅(qū)動程式一起封包，從而與底層作業(yè)系統(tǒng)隔離開。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。管理程式對虛擬平臺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)。
容器化提高了汽車製造商部署更新的靈活性和能力。這對於需要頻繁進(jìn)行OTA更新的系統(tǒng)部分特別有?明，例如車艙內(nèi)的娛樂中控模組。儘管這些模組將更加獨(dú)立，但硬體介面及其依賴關(guān)係對汽車的即時(shí)控制和安全系統(tǒng)仍然非常重要。開發(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)能夠解決這個問題。
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，開發(fā)人員無需訪問硬體即可完成大部分測試。數(shù)位分身可以在互動式調(diào)試的模式或高度自動化的回歸測試套件中運(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。回歸測試通過執(zhí)行多種測試，加速了在進(jìn)行變更時(shí)的品質(zhì)控制檢查。另外，開發(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。
可以針對任何代碼模組或子系統(tǒng)進(jìn)行更新測試，查看變更是否會導(dǎo)致意外的交互或問題。數(shù)位分身並不能在專案中完全取代硬體。傳統(tǒng)的硬體在環(huán)（HIL）測試仍然是檢查數(shù)位分身類比在實(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。廣泛的硬體前測試可以通過雲(yún)端在多臺伺服器上高速運(yùn)行，使汽車製造商有信心在準(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。通過僅運(yùn)行需要完全詳細(xì)類比的元件或子系統(tǒng)模型的分區(qū)，可以簡化測試時(shí)間和驗(yàn)證流程。
儘管汽車製造商和子系統(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。恩智浦半導(dǎo)體等供應(yīng)商承諾，在產(chǎn)品交付給汽車製造商組裝成原型和最終產(chǎn)品之前，提前一年開發(fā)其晶片平臺模型。
數(shù)位模型還可以?明汽車製造商和子系統(tǒng)供應(yīng)商瞭解架構(gòu)創(chuàng)新能夠?yàn)槟繕?biāo)應(yīng)用帶來哪些優(yōu)勢。磁阻隨機(jī)存取記憶體（MRAM）就是一個很好的例子，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有區(qū)別，而更準(zhǔn)確的模型則可以反映出它們在讀寫時(shí)間和其他行為方面的差異。
這些差異可以通過更改代碼庫來加以利用，從而充分發(fā)揮現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢。因此，通過採用以模型為中心的開發(fā)方法，軟體團(tuán)隊(duì)可以?明指定未來的硬體實(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。除了對於汽車本身進(jìn)行OTA更新外，汽車製造商還可以從運(yùn)行系統(tǒng)中收集感測器資料，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)位分身類比，以評估現(xiàn)實(shí)世界中的性能。
如此一來，在新的OTA更新部署之前，就可以在回歸環(huán)境中測試改進(jìn)，從而減少開發(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)位分身的整體開發(fā)方法有助於簡化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和支援。
（本文作者Andy Birnie為恩智浦半導(dǎo)體汽車系統(tǒng)工程主管）
