汽車座艙虛擬機(jī)系統(tǒng)發(fā)展前景分析

隨著高性能多核處理器在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用，面對復(fù)雜的系統(tǒng)需求，虛擬機(jī)能夠更好地發(fā)揮芯片性能以及節(jié)約成本。汽車座艙虛擬機(jī)系統(tǒng)讓駕駛者及汽車成為一體，通過不同的視覺模式來掌控行車環(huán)境及車內(nèi)信息。其中面對中國市場的中檔車，大部分車企的主機(jī)采用的核心芯片是瑞薩的R-Car M3。

那什么是虛擬機(jī)呢?虛擬機(jī)是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全獨立環(huán)境中的完整計算機(jī)系統(tǒng)。虛擬系統(tǒng)通過生成現(xiàn)有操作系統(tǒng)的全新虛擬鏡像，所有操作都在這個全新且獨立的虛擬系統(tǒng)里進(jìn)行，它可以獨立安裝并運行軟件、保存數(shù)據(jù)，并擁有獨立桌面，不會對真正的系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，是能夠在現(xiàn)有系統(tǒng)與虛擬鏡像之間靈活切換的一類操作系統(tǒng)。

舉個簡單的例子，為了追求性價比，中國國內(nèi)的手游廠商基本都采用虛擬機(jī)技術(shù)，將單個服務(wù)器分割成30路、50路、60路，甚至上百路操作模塊，這是因為一個人打手游用一臺大型服務(wù)器會造成資源浪費，廠商提供服務(wù)器的成本也很高。那么如何才能把這個資源分割成多個相互獨立、互不影響的模塊，讓這些打游戲的人在同時使用一個服務(wù)器的時候又感覺自己在獨享一個服務(wù)器呢?這就要將一個服務(wù)器虛擬成好幾個服務(wù)器才能實現(xiàn)以上需求。

而創(chuàng)建虛擬機(jī)時，需要將實體機(jī)的部分硬盤和內(nèi)存容量作為虛擬機(jī)的硬盤和內(nèi)存容量，并且每個虛擬機(jī)都有獨立的CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，這樣就可以像使用實體機(jī)一樣對虛擬機(jī)進(jìn)行操作。再進(jìn)一步，為什么人們要將虛擬機(jī)技術(shù)引入汽車座艙系統(tǒng)呢?難道在汽車座艙系統(tǒng)中也有和手游場景同樣的需求嗎?

事實上，將虛擬機(jī)技術(shù)引入汽車座艙系統(tǒng)看重的不是節(jié)約成本，而是安全性問題。就目前的發(fā)展趨勢，汽車電子電器系統(tǒng)正在從分布式向域集中式控制演進(jìn)，原來需要很多個ECU(電子控制單元)來實現(xiàn)的功能，現(xiàn)在只需要一個DCU(域控制器)就能實現(xiàn)，功能更強(qiáng)大的同時還能節(jié)約大量線束和接插件，大大降低整車重量，從而降低自身功耗，增加行駛里程。但這也會帶來一個問題，在汽車電子電氣系統(tǒng)中，不同的ECU提供的服務(wù)是不同的，操作優(yōu)先級也大不相同。

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262，汽車儀表系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)的安全等級要求是不一樣的，汽車儀表系統(tǒng)與動力系統(tǒng)的關(guān)系更為密切，所以在實時性、可靠性和安全性方面的要求更高，多以QNX操作系統(tǒng)為主。而信息娛樂系統(tǒng)主要是為車內(nèi)人機(jī)交互提供控制平臺，追求多樣化的應(yīng)用與服務(wù)，所以在實時性、可靠性和安全性方面的要求相對較寬，多以Linux和Android操作系統(tǒng)為主。

如何才能讓不同類型的操作系統(tǒng)運行在同一個計算平臺上呢?最優(yōu)的解決方案就是引入虛擬化技術(shù)，如此一來，供應(yīng)商就不再需要針對每種操作系統(tǒng)設(shè)計對應(yīng)的硬件平臺了，只需要在車載主芯片上進(jìn)行虛擬化的軟件配置，使之形成多個虛擬機(jī)，在每個虛擬機(jī)上運行相應(yīng)的軟件就可以了，同時還能起到不同操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序間的安全隔離作用。

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2025年，中國國內(nèi)智能座艙市場規(guī)模將達(dá)1,101億元，2021~2025年年復(fù)合增長率約為22%，其中中控屏、域控制器和HUD將成為增長重點。而隨著汽車的電子電氣架構(gòu)往集中式發(fā)展，域控制器市場滲透率將大幅提升，運用虛擬機(jī)技術(shù)的中高端控制器或成為主流，而僅能集成中控和儀表的低端域控制器最終可能將被淘汰。

綜上所述，從市場的角度，我們可以清楚地看到虛擬機(jī)技術(shù)在汽車座艙領(lǐng)域的前景。但站在技術(shù)的角度，汽車座艙等應(yīng)用場景又對虛擬機(jī)主芯片和虛擬機(jī)平臺提出了哪些要求呢?據(jù)悉，信息安全性、實時性、可靠性和可擴(kuò)展性是其中重要的幾個方面。此外，對于虛擬機(jī)平臺供應(yīng)商來說，場景定義能力、軟件配套和迭代能力將成為主要的差異化優(yōu)勢分割點。

而瑞薩作為集成式駕駛艙和聯(lián)網(wǎng)汽車設(shè)備的主要供應(yīng)商，兼具滿足以上所有的需求能力。比如瑞薩自2015年12月推出、2018年12月量產(chǎn)的3代R-Car產(chǎn)品線，該產(chǎn)品線在開發(fā)過程中就受到了大型汽車生產(chǎn)商的青睞，旗下某中端汽車產(chǎn)品全線采用R-Car H3。此外，其他汽車生產(chǎn)商也在電動車、皮卡等高配車型中搭載了R-Car M3W、R-Car M3N、R-Car H3等。除了整車廠外，在框架車身高性能計算機(jī)(HPC)中也采用了瑞薩的高性能系統(tǒng)級芯片R-Car M3。

R-Car for Every Segment

那為什么R-Car系列產(chǎn)品會如此受歡迎呢?這是因為R-Car作為一般用途汽車計算平臺，擁有強(qiáng)大的計算能力，比如R-Car E3擁有7,500 DMIPS的計算性能，而R-Car M3和R-Car H3更甚，分別擁有30,000 DMIP和45,000 DMIPS的計算性能。

此外，R-Car系列的虛擬化功能還可以將連接至外部云服務(wù)的軟件和車輛控制軟件進(jìn)行隔離，實現(xiàn)全獨立運行。基于單芯片的有效隔離使R-Car可以滿足功能安全和信息安全的車輛網(wǎng)關(guān)要求。R-Car還集成了多種硬件信息安全功能，如安全啟動等。為了實現(xiàn)快速軟件更新和更高的數(shù)據(jù)吞吐量，R-Car還提供了高速千兆以太網(wǎng)功能。如果將R-Car和瑞薩RH850/U2A跨域MCU結(jié)合使用，還可以支持高達(dá)ASIL D等級的功能安全。

值得一提的是，除了硬件資源的強(qiáng)大基石外，從2017年4月起，瑞薩還為R-Car系列提供了完善的虛擬化支持包，幫助選購瑞薩品牌的客戶更輕松地開發(fā)用于R-Car汽車片上系統(tǒng)的虛擬機(jī)軟件。其中，免費的R-Car虛擬機(jī)管理程序開發(fā)指南文檔和示例軟件還能給系統(tǒng)研發(fā)工程師作為上手參考，依據(jù)需要運行的操作系統(tǒng)組合、使用的儀表系統(tǒng)和云服務(wù)，選擇最合適的管理程序，從而增加集成座艙和聯(lián)網(wǎng)汽車應(yīng)用開發(fā)的靈活性、加快開發(fā)速度、降低開發(fā)成本。

原文標(biāo)題：汽車座艙虛擬機(jī)平臺市場迎來最佳時期，瑞薩從容布陣

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審核編輯：湯梓紅