汽车座舱虚拟机系统发展前景分析

随着高性能多核处理器在汽车电子领域的应用，面对复杂的系统需求，虚拟机能够更好地发挥芯片性能以及节约成本。汽车座舱虚拟机系统让驾驶者及汽车成为一体，通过不同的视觉模式来掌控行车环境及车内信息。其中面对中国市场的中档车，大部分车企的主机采用的核心芯片是瑞萨的R-Car M3。

那什么是虚拟机呢?虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全独立环境中的完整计算机系统。虚拟系统通过生成现有操作系统的全新虚拟镜像，所有操作都在这个全新且独立的虚拟系统里进行，它可以独立安装并运行软件、保存数据，并拥有独立桌面，不会对真正的系统产生任何影响，是能够在现有系统与虚拟镜像之间灵活切换的一类操作系统。

举个简单的例子，为了追求性价比，中国国内的手游厂商基本都采用虚拟机技术，将单个服务器分割成30路、50路、60路，甚至上百路操作模块，这是因为一个人打手游用一台大型服务器会造成资源浪费，厂商提供服务器的成本也很高。那么如何才能把这个资源分割成多个相互独立、互不影响的模块，让这些打游戏的人在同时使用一个服务器的时候又感觉自己在独享一个服务器呢?这就要将一个服务器虚拟成好几个服务器才能实现以上需求。

而创建虚拟机时，需要将实体机的部分硬盘和内存容量作为虚拟机的硬盘和内存容量，并且每个虚拟机都有独立的CMOS、硬盘和操作系统，这样就可以像使用实体机一样对虚拟机进行操作。再进一步，为什么人们要将虚拟机技术引入汽车座舱系统呢?难道在汽车座舱系统中也有和手游场景同样的需求吗?

事实上，将虚拟机技术引入汽车座舱系统看重的不是节约成本，而是安全性问题。就目前的发展趋势，汽车电子电器系统正在从分布式向域集中式控制演进，原来需要很多个ECU(电子控制单元)来实现的功能，现在只需要一个DCU(域控制器)就能实现，功能更强大的同时还能节约大量线束和接插件，大大降低整车重量，从而降低自身功耗，增加行驶里程。但这也会带来一个问题，在汽车电子电气系统中，不同的ECU提供的服务是不同的，操作优先级也大不相同。

根据国际标准ISO 26262，汽车仪表系统和娱乐系统的安全等级要求是不一样的，汽车仪表系统与动力系统的关系更为密切，所以在实时性、可靠性和安全性方面的要求更高，多以QNX操作系统为主。而信息娱乐系统主要是为车内人机交互提供控制平台，追求多样化的应用与服务，所以在实时性、可靠性和安全性方面的要求相对较宽，多以Linux和Android操作系统为主。

如何才能让不同类型的操作系统运行在同一个计算平台上呢?最优的解决方案就是引入虚拟化技术，如此一来，供应商就不再需要针对每种操作系统设计对应的硬件平台了，只需要在车载主芯片上进行虚拟化的软件配置，使之形成多个虚拟机，在每个虚拟机上运行相应的软件就可以了，同时还能起到不同操作系统和应用程序间的安全隔离作用。

据相关机构预测，到2025年，中国国内智能座舱市场规模将达1,101亿元，2021~2025年年复合增长率约为22%，其中中控屏、域控制器和HUD将成为增长重点。而随着汽车的电子电气架构往集中式发展，域控制器市场渗透率将大幅提升，运用虚拟机技术的中高端控制器或成为主流，而仅能集成中控和仪表的低端域控制器最终可能将被淘汰。

综上所述，从市场的角度，我们可以清楚地看到虚拟机技术在汽车座舱领域的前景。但站在技术的角度，汽车座舱等应用场景又对虚拟机主芯片和虚拟机平台提出了哪些要求呢?据悉，信息安全性、实时性、可靠性和可扩展性是其中重要的几个方面。此外，对于虚拟机平台供应商来说，场景定义能力、软件配套和迭代能力将成为主要的差异化优势分割点。

而瑞萨作为集成式驾驶舱和联网汽车设备的主要供应商，兼具满足以上所有的需求能力。比如瑞萨自2015年12月推出、2018年12月量产的3代R-Car产品线，该产品线在开发过程中就受到了大型汽车生产商的青睐，旗下某中端汽车产品全线采用R-Car H3。此外，其他汽车生产商也在电动车、皮卡等高配车型中搭载了R-Car M3W、R-Car M3N、R-Car H3等。除了整车厂外，在框架车身高性能计算机(HPC)中也采用了瑞萨的高性能系统级芯片R-Car M3。

R-Car for Every Segment

那为什么R-Car系列产品会如此受欢迎呢?这是因为R-Car作为一般用途汽车计算平台，拥有强大的计算能力，比如R-Car E3拥有7,500 DMIPS的计算性能，而R-Car M3和R-Car H3更甚，分别拥有30,000 DMIP和45,000 DMIPS的计算性能。

此外，R-Car系列的虚拟化功能还可以将连接至外部云服务的软件和车辆控制软件进行隔离，实现全独立运行。基于单芯片的有效隔离使R-Car可以满足功能安全和信息安全的车辆网关要求。R-Car还集成了多种硬件信息安全功能，如安全启动等。为了实现快速软件更新和更高的数据吞吐量，R-Car还提供了高速千兆以太网功能。如果将R-Car和瑞萨RH850/U2A跨域MCU结合使用，还可以支持高达ASIL D等级的功能安全。

值得一提的是，除了硬件资源的强大基石外，从2017年4月起，瑞萨还为R-Car系列提供了完善的虚拟化支持包，帮助选购瑞萨品牌的客户更轻松地开发用于R-Car汽车片上系统的虚拟机软件。其中，免费的R-Car虚拟机管理程序开发指南文档和示例软件还能给系统研发工程师作为上手参考，依据需要运行的操作系统组合、使用的仪表系统和云服务，选择最合适的管理程序，从而增加集成座舱和联网汽车应用开发的灵活性、加快开发速度、降低开发成本。

原文标题：汽车座舱虚拟机平台市场迎来最佳时期，瑞萨从容布阵

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审核编辑：汤梓红