汽車行業(yè)如何在保持嚴格法規(guī)遵從的同時提高其創(chuàng)新潛力

雖然藍牙是朝著設備集成正確方向邁出的一步，但它仍然是一種有缺陷的技術，通常無法跟上它試圖連接的設備。甚至福特的藍牙全球負責人 Doron Elliott 也承認，“汽車在一個周期內(nèi)工作，而移動設備在另一個周期內(nèi)工作?！?雖然大多數(shù)新智能手機都是在一年內(nèi)開發(fā)出來的，但新車的電子設備可能需要 4-5 年才能開發(fā)出來前由于嚴格的認證程序。對于汽車制造商來說，為了引入頻繁的軟件更新而不斷地重新測試和重新認證他們的系統(tǒng)根本不劃算。

除了延長開發(fā)生命周期外，車輛的基礎設施本身也阻礙了汽車制造商達到其他技術行業(yè)的創(chuàng)新水平。由于車輛的所有功能都由物理上位于車輛內(nèi)的計算機管理，因此可以實現(xiàn)多少功能是有限的。每臺車載計算機還必須經(jīng)過嚴格測試，因此很難在多臺機器上重用軟件。此外，必須手動訪問車輛的計算機以分析或修復軟件問題。您能想象每次需要更新操作系統(tǒng) （OS） 或安裝軟件補丁時都將 iPhone 帶到 Apple 商店嗎？

隨著物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 成為新常態(tài)，消費者的所有設備都相互連接和集成，汽車行業(yè)需要借鑒蘋果和谷歌的做法。消費者不再滿足于單獨運行的設備，無論是手機、平板電腦還是汽車。當然，百萬美元的問題是，“汽車行業(yè)如何在保持嚴格法規(guī)遵從的同時提高其創(chuàng)新潛力？” 答案其實很簡單：虛擬化。

為什么是虛擬化？

對于不熟悉該技術的人來說，虛擬化利用計算機軟件（例如管理程序）在單個硬件上運行多臺虛擬計算機（甚至是具有不同操作系統(tǒng)的計算機）。從亞馬遜的基礎設施即服務 （IaaS） 產(chǎn)品到美國國防部的運營基礎設施，虛擬化已成為安全、可擴展計算的首選解決方案。此外，今天的車輛硬件終于具備了能力以支持對性能或安全性影響最小的虛擬化。

您可以想象，虛擬化將為汽車制造商和軟件開發(fā)人員開辟一個新的可能性領域。如前所述，車輛目前僅限于基于其多臺計算機的物理足跡的有限功能集。即使最近車輛 CPU 處理能力有所提高，這些計算機可以運行的程序也只有這么多。創(chuàng)建在單臺計算機上運行的虛擬機 （VM） 將使制造商能夠提供無限數(shù)量的功能和乘客定制機會。例如，車輛中的每個座位都可以擁有自己獨特的虛擬機，使乘客能夠自定義他們的車輛環(huán)境，從椅子設置到廣播電臺。后座乘客甚至可以在他們的液晶屏幕上觀看單獨的電影（這對各地的家庭公路旅行來說是一個福音）。

除了乘客便利之外，虛擬化還為整個汽車領域的利益相關者提供了許多時間和成本優(yōu)勢。維護變得更加高效，因為軟件維修和升級可以遠程完成，而不必手動訪問車輛。同樣，虛擬化環(huán)境顯著加速了軟件開發(fā)，因為一切都在同一塊硬件上運行，因此只需要測試一次。此外，由于每個虛擬機都是完全沙盒化的，制造商可以在單個車輛中利用不同的操作系統(tǒng)（例如，QNX 或 AUTOSAR 來管理關鍵任務功能，Android、Tizen 或 Linux 來管理車載信息娛樂 （IVI） 并引入尖端功能）。

在虛擬化環(huán)境中實施像 Android 這樣的高級操作系統(tǒng) （HLOS） 還將使消費者能夠通過可下載的汽車應用程序定制和“連接”他們的車輛。想象一下，如果您的車輛可以在油位或輪胎壓力低時向您發(fā)送短信。想象一下，如果您可以直接通過手機啟動甚至跟蹤您的車輛。想象一下，當您駛入車道時，如果您的車庫門自動打開。

事實上，其中一些選項已經(jīng)在今天的市場上可用。問題是這些服務要求消費者購買他們或他們的汽車經(jīng)銷商必須安裝的第三方硬件。借助虛擬化，消費者將能夠簡單地從汽車級市場下載應用程序。正如您當前下載應用程序以使您的智能手機成為您生活方式的更強大工具一樣，汽車應用程序也可以擴展您車輛的實用性。

集成挑戰(zhàn)（和解決方案）

與大多數(shù)事情一樣，虛擬化車輛的軟件系統(tǒng)說起來容易做起來難。汽車行業(yè)創(chuàng)新如此緩慢的部分原因是其極其嚴格的安全和認證標準。盡管 Android、Tizen 和 Linux 等 HLOS 將為汽車制造商提供創(chuàng)新的機器對機器 （M2M） 和定制機會，但它們本質(zhì)上不如當今汽車中使用的 QNX 和 AUTOSAR 操作系統(tǒng)穩(wěn)定。這就是智能系統(tǒng)架構對于成功的虛擬化至關重要的原因。

圖 2 顯示了一個示例圖，說明了如何在汽車行業(yè)實施虛擬化。如您所見，Xen Type 1（換言之，裸機）管理程序位于車輛物理計算機的頂部并管理各種 VM。相關的軟件系統(tǒng)在功能特定的機器中組合在一起，這些機器彼此完全沙盒化。這意味著即使您的 Android 操作系統(tǒng) IVI 系統(tǒng)崩潰，您的關鍵任務驅動程序（位于單獨的機器中并在超可靠的 QNX 或 AUTOSAR 操作系統(tǒng)上運行）也不會受到影響。

圖 2：虛擬化汽車軟件環(huán)境示例。

盡管像 Xen 這樣的管理程序為運行多個 VM 提供了最強大的功能（和可靠性），但由于它是開源軟件，因此很難進行認證。隨著全球開發(fā)人員社區(qū)不斷開發(fā)和改進管理程序（并使用不同的流程和技術來做到這一點），它無法通過 ISO 26262 認證。雖然一種解決方案是使用私有虛擬機管理程序，但它無法提供與利用全球開發(fā)人員社區(qū)相同的創(chuàng)新水平（也無法提供上市時間）。私有虛擬機管理程序通常還附帶高額的單位使用費。因此，挑戰(zhàn)在于使開源社區(qū)的活力與汽車行業(yè)標準的穩(wěn)定性保持一致。

為了應對這一挑戰(zhàn)，GlobalLogic， Inc. 目前正在開發(fā)一種獨特的程序來認證開源虛擬機管理程序。在對特定版本的 Xen 虛擬機管理程序執(zhí)行詳細的風險和差距分析后，該虛擬機管理程序會進行修改和驗證，以符合 ISO 26262 標準。有了經(jīng)過認證的虛擬機管理程序，就可以為客戶成功開發(fā)汽車級軟件。隨著時間的推移，Xen 版本也可以隨著開源社區(qū)添加新功能而重新分析和重新認證。

當然，該行業(yè)很快將需要創(chuàng)建一套全新的標準來篩選潛在的汽車級應用。在虛擬化環(huán)境中實施 HLOS 的全部意義在于讓消費者能夠像使用其他智能設備一樣定制他們的車輛。這意味著創(chuàng)建一個專門針對汽車行業(yè)的應用市場，例如 iTunes 或 Google Play。盡管一些制造商可能會選擇在內(nèi)部開發(fā)所有定制應用程序，但這種方法將非常耗時且成本過高——更不用說創(chuàng)新的主要障礙了。

另一方面，對汽車應用程序采用自由市場方法會帶來一些固有風險，例如在車輛 IVI 或儀表盤系統(tǒng)中出現(xiàn)錯誤。盡管沙盒架構不會損害關鍵任務驅動程序，但病毒仍可能對受影響的模塊造成嚴重破壞。從這個意義上說，未來汽車制造商面臨的一個主要挑戰(zhàn)是創(chuàng)建一個強大的應用程序提交篩選系統(tǒng)。制造商還必須以消費者無法“越獄”他們的車輛的方式構建他們的虛擬化系統(tǒng)。雖然越獄智能手機很少會給服務提供商帶來潛在的收入損失，但越獄汽車系統(tǒng)可能會導致用戶安全問題。

真正“聯(lián)網(wǎng)”的汽車

盡管可靠性、安全性和認證問題可能會阻止汽車行業(yè)與移動等快節(jié)奏行業(yè)完全同步，但汽車軟件系統(tǒng)的虛擬化方法可以使其非常接近。通過利用 ISO 26262 認證的管理程序在行業(yè)標準和 HLOS 上運行沙盒 VM 系統(tǒng)，汽車制造商可以設計出既安全又先進的車輛。因為在手機不僅僅是手機的時代，汽車不應該不僅僅是汽車嗎？

審核編輯：郭婷