為我們生活中的主要“樞紐”之一——汽車，尤其是它的娛樂系統(tǒng)——提供信息和娛樂的戰(zhàn)斗正在進行中。2014 年 1 月在拉斯維加斯舉行的國際消費電子展以及底特律車展的氣氛非常樂觀，預計產(chǎn)量將在 2012 年生產(chǎn)的 8400 萬輛汽車和商用車之后創(chuàng)下歷史新高。開發(fā)人員面臨的關鍵問題之一是選擇正確的硬件/軟件組合。與我們生活的其他領域一樣，主要的戰(zhàn)斗是在 Apple、Google 和開源 Linux 之間展開。蘋果去年 6 月宣布了“車內(nèi) iOS”計劃。谷歌于 2014 年 1 月宣布與奧迪、通用、本田、現(xiàn)代、和 NVIDIA 以簡化與 Android 的集成并標準化 Android IVI 系統(tǒng)。2009 年，作為一個非營利性行業(yè)聯(lián)盟，GENIVI 聯(lián)盟成立，致力于推動車載信息娛樂 （IVI） 開源開發(fā)平臺的廣泛采用。然后是微軟的 Windows Embedded Automotive OS 和 QNX 作為黑莓的一部分。

所有這些舉措的定義特征是消費者的用戶體驗，通過作為硬件抽象層的操作系統(tǒng) （OS） 與他們的實現(xiàn)完全分離。這導致了兩個挑戰(zhàn)：軟件驗證在其執(zhí)行的硬件環(huán)境中的障礙，以及設計鏈中不同開發(fā)人員如何交互的非常具體的需求。

設計鏈

一般來說，消費電子設計鏈包含五種主要的公司類型，這些公司類型涉及電子系統(tǒng)的開發(fā)。首先，IP 提供商向半導體公司提供一些構建模塊，例如處理器或圖形內(nèi)核、連接到芯片接口的外圍模塊以及片上互連。例如，具有特定汽車功能的 USB 和以太網(wǎng)本身并沒有為芯片開發(fā)人員帶來差異化，而是作為預定義模塊獲得更好的許可，而不是使用可用于有效區(qū)分芯片設計的寶貴開發(fā)資源。

其次，半導體公司提供的芯片是我們汽車傳感器的核心，在我們計算步數(shù)的手腕上，在我們的手機中，在保存我們信息的服務器內(nèi)部，以及在使用我們的手機無線傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡中，內(nèi)置在車載電話中，或在車內(nèi)使用以太網(wǎng)進行有線連接。

第三，系統(tǒng)公司構建了這條鏈中涉及的實際設備——腕帶、手機和保存信息的服務器。在這種特殊情況下，為您提供腕帶以收集運動和睡眠行為的系統(tǒng)公司可能會運行保存信息的服務器來運行大數(shù)據(jù)分析，無論是它們自己還是使用基于云的服務提供商的商業(yè)基礎設施。

第四，獨立軟件供應商通過在 Android、Linux 或商業(yè)操作系統(tǒng)（如 iOS 和 Windows Mobile）上運行的工具為支持這一場景的軟件做出貢獻。

最后，有必要的無線和有線基礎設施由位于鏈頂端的網(wǎng)絡提供商運行，并通過啟用支持上述交互的設備直接與最終用戶交互。

圖 1 概述了汽車設計鏈中的其他復雜性。這些系統(tǒng)非常復雜，以至于有兩種系統(tǒng)制造商——生產(chǎn)汽車的實際 OEM 和采用半導體組件（也包含許可 IP 和 SoC 子系統(tǒng)）并將它們集成到板級子系統(tǒng)中的一級供應商（電子控制單元（ECU））。

圖 1：第 1 層到 OEM 設計鏈和軟件職責。

圖 1 還概述了軟件開發(fā)的相對所有權。提供實際汽車的汽車原始設備制造商更注重應用和用戶體驗。一級供應商和子系統(tǒng)集成商專注于面向任務的中間件，而一級供應商專注于標準服務、ECU 抽象和復雜的驅(qū)動程序。作為其半導體可交付成果的一部分，半導體公司需要提供基本的抽象層軟件，例如 MCU 抽象 MCAL。由于需要能夠在不同的 MCU 和 ECU 之間靈活移植軟件，因此開發(fā)了 AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構）等標準，以提供基礎架構，以實現(xiàn)汽車軟件、用戶界面和管理的基于組件的開發(fā)適用于所有應用程序域。

汽車開發(fā)技術

沒有一個單一的芯片和系統(tǒng)開發(fā)引擎，無論是基于硬件的還是基于軟件的，都可以滿足硬件和軟件驗證所需的所有使用模型和用戶需求。通常只有引擎的組合才能幫助用戶最有效地應對他們的驗證和軟件開發(fā)挑戰(zhàn)。在寄存器傳輸級 （RTL） 芯片的實際可實現(xiàn)表示被開發(fā)之前，虛擬原型可以允許基于硬件的事務級模型進行軟件開發(fā)。對于 RTL 執(zhí)行，用戶可以在實際芯片可用之前使用仿真、仿真和基于 FPGA 的原型設計。

硬件-軟件依賴關系可能很復雜，并且嚴重影響從單元級別到系統(tǒng)級別的上市時間。畢竟，汽車產(chǎn)品的上市時間也越來越短，而汽車系統(tǒng)需要符合 ISO 26262 等標準并在各個級別進行適當?shù)臏y試。這些依賴關系還跨越設計鏈中的不同層——半導體 IP 需要遵守并在 SoC 環(huán)境和系統(tǒng)環(huán)境中工作，以及在集成處理器上運行的操作系統(tǒng)中訪問它的軟件驅(qū)動程序。

例如，考慮測試功能齊全的 10/100/1000M 汽車以太網(wǎng) MAC。用戶將要求諸如嵌入式實時時鐘、時間戳單元和對音頻/視頻橋接 （AVB） 的硬件支持等功能，包括優(yōu)先排隊和流量整形，這使得以太網(wǎng)適用于汽車電子。他們將需要不同的接口，包括 RMII、RGMII 和 SGMII，以連接到片外 PHY 和符合 AHB 或 AXI4 的 DMA 總線主控片上接口進行控制。獲取 IP 時，用戶會期望獲得適當?shù)能浖?，例如包含?qū)動程序的軟件堆棧以及用于虛擬原型設計的事務級模型 （TLM）。

為了測試軟件和硬件是否正確交互，可以混合使用虛擬和基于 RTL 的環(huán)境，以利用兩全其美——軟件執(zhí)行速度和 RTL 準確性。混合 TLM/仿真環(huán)境允許將在仿真上運行的所有模塊的準確 RTL 與在虛擬處理器模型上運行的固件混合，例如集成在虛擬平臺中的 ARM Cortex-R4 內(nèi)核。TLM 和 RTL 世界使用 Accellera 的 SCE-MI 標準連接。所有的 MAC 都可以通過 ARM 處理器進行配置，可以設置優(yōu)先級隊列，并且可以使用各種數(shù)據(jù)檢查來比較 MAC 之間數(shù)據(jù)流量的發(fā)送和接收。由于高度可控性，如果連接了 ARM DS-5 Development Studio，則可以使用 Lauterbach T32 等調(diào)試器將測試代碼和測試包動態(tài)預加載到設計中。所有信號和總線都可以在運行時全速跟蹤，并將跟蹤數(shù)據(jù)寫入控制臺和/或文件，從而實現(xiàn)高效的硅前測試。

此外，Broadcom 和 NVIDIA 等公司已經(jīng)表明，相同的混合環(huán)境（用于處理器子系統(tǒng)上的軟件執(zhí)行的 TLM 和執(zhí)行其余硬件的仿真）非常適合向軟件開發(fā)團隊公開準確的硬件。這使得操作系統(tǒng)的啟動速度提高了 60 倍，軟件執(zhí)行速度提高了 10 倍，這一切都在實際芯片可用之前完成。

圖 2 顯示了一些硅前軟件開發(fā)環(huán)境的最佳點，包括 TLM/仿真組合，它允許 IP 供應商、半導體供應商、一級供應商、OEMS 和他們的軟件開發(fā)人員在很早之前就提出操作系統(tǒng)和軟件對硅的承諾。這樣的環(huán)境不僅允許設計鏈中更有效的交互和更早、更有效的軟件啟動，它們還可以顯著提高功能安全性，可以根據(jù) ISO 26262 等標準定義測試過程。

圖 2：不同硬件-軟件開發(fā)引擎的最佳點。

高效的汽車系統(tǒng)設計

整個設計鏈中成功的汽車開發(fā)依賴于有效和高效的硬件/軟件協(xié)同設計。TLM/仿真流程等方法可以在硬件環(huán)境一成不變之前啟用操作系統(tǒng)和軟件。這樣的過程減輕了上市時間的壓力，并導致設計滿足對汽車行業(yè)至關重要的功能安全要求。

審核編輯：郭婷