汽车行业如何在保持严格法规遵从的同时提高其创新潜力

虽然蓝牙是朝着设备集成正确方向迈出的一步，但它仍然是一种有缺陷的技术，通常无法跟上它试图连接的设备。甚至福特的蓝牙全球负责人 Doron Elliott 也承认，“汽车在一个周期内工作，而移动设备在另一个周期内工作。” 虽然大多数新智能手机都是在一年内开发出来的，但新车的电子设备可能需要 4-5 年才能开发出来前由于严格的认证程序。对于汽车制造商来说，为了引入频繁的软件更新而不断地重新测试和重新认证他们的系统根本不划算。

除了延长开发生命周期外，车辆的基础设施本身也阻碍了汽车制造商达到其他技术行业的创新水平。由于车辆的所有功能都由物理上位于车辆内的计算机管理，因此可以实现多少功能是有限的。每台车载计算机还必须经过严格测试，因此很难在多台机器上重用软件。此外，必须手动访问车辆的计算机以分析或修复软件问题。您能想象每次需要更新操作系统 （OS） 或安装软件补丁时都将 iPhone 带到 Apple 商店吗？

随着物联网 （IoT） 成为新常态，消费者的所有设备都相互连接和集成，汽车行业需要借鉴苹果和谷歌的做法。消费者不再满足于单独运行的设备，无论是手机、平板电脑还是汽车。当然，百万美元的问题是，“汽车行业如何在保持严格法规遵从的同时提高其创新潜力？” 答案其实很简单：虚拟化。

为什么是虚拟化？

对于不熟悉该技术的人来说，虚拟化利用计算机软件（例如管理程序）在单个硬件上运行多台虚拟计算机（甚至是具有不同操作系统的计算机）。从亚马逊的基础设施即服务 （IaaS） 产品到美国国防部的运营基础设施，虚拟化已成为安全、可扩展计算的首选解决方案。此外，今天的车辆硬件终于具备了能力以支持对性能或安全性影响最小的虚拟化。

您可以想象，虚拟化将为汽车制造商和软件开发人员开辟一个新的可能性领域。如前所述，车辆目前仅限于基于其多台计算机的物理足迹的有限功能集。即使最近车辆 CPU 处理能力有所提高，这些计算机可以运行的程序也只有这么多。创建在单台计算机上运行的虚拟机 （VM） 将使制造商能够提供无限数量的功能和乘客定制机会。例如，车辆中的每个座位都可以拥有自己独特的虚拟机，使乘客能够自定义他们的车辆环境，从椅子设置到广播电台。后座乘客甚至可以在他们的液晶屏幕上观看单独的电影（这对各地的家庭公路旅行来说是一个福音）。

除了乘客便利之外，虚拟化还为整个汽车领域的利益相关者提供了许多时间和成本优势。维护变得更加高效，因为软件维修和升级可以远程完成，而不必手动访问车辆。同样，虚拟化环境显着加速了软件开发，因为一切都在同一块硬件上运行，因此只需要测试一次。此外，由于每个虚拟机都是完全沙盒化的，制造商可以在单个车辆中利用不同的操作系统（例如，QNX 或 AUTOSAR 来管理关键任务功能，Android、Tizen 或 Linux 来管理车载信息娱乐 （IVI） 并引入尖端功能）。

在虚拟化环境中实施像 Android 这样的高级操作系统 （HLOS） 还将使消费者能够通过可下载的汽车应用程序定制和“连接”他们的车辆。想象一下，如果您的车辆可以在油位或轮胎压力低时向您发送短信。想象一下，如果您可以直接通过手机启动甚至跟踪您的车辆。想象一下，当您驶入车道时，如果您的车库门自动打开。

事实上，其中一些选项已经在今天的市场上可用。问题是这些服务要求消费者购买他们或他们的汽车经销商必须安装的第三方硬件。借助虚拟化，消费者将能够简单地从汽车级市场下载应用程序。正如您当前下载应用程序以使您的智能手机成为您生活方式的更强大工具一样，汽车应用程序也可以扩展您车辆的实用性。

集成挑战（和解决方案）

与大多数事情一样，虚拟化车辆的软件系统说起来容易做起来难。汽车行业创新如此缓慢的部分原因是其极其严格的安全和认证标准。尽管 Android、Tizen 和 Linux 等 HLOS 将为汽车制造商提供创新的机器对机器 （M2M） 和定制机会，但它们本质上不如当今汽车中使用的 QNX 和 AUTOSAR 操作系统稳定。这就是智能系统架构对于成功的虚拟化至关重要的原因。

图 2 显示了一个示例图，说明了如何在汽车行业实施虚拟化。如您所见，Xen Type 1（换言之，裸机）管理程序位于车辆物理计算机的顶部并管理各种 VM。相关的软件系统在功能特定的机器中组合在一起，这些机器彼此完全沙盒化。这意味着即使您的 Android 操作系统 IVI 系统崩溃，您的关键任务驱动程序（位于单独的机器中并在超可靠的 QNX 或 AUTOSAR 操作系统上运行）也不会受到影响。

图 2：虚拟化汽车软件环境示例。

尽管像 Xen 这样的管理程序为运行多个 VM 提供了最强大的功能（和可靠性），但由于它是开源软件，因此很难进行认证。随着全球开发人员社区不断开发和改进管理程序（并使用不同的流程和技术来做到这一点），它无法通过 ISO 26262 认证。虽然一种解决方案是使用私有虚拟机管理程序，但它无法提供与利用全球开发人员社区相同的创新水平（也无法提供上市时间）。私有虚拟机管理程序通常还附带高额的单位使用费。因此，挑战在于使开源社区的活力与汽车行业标准的稳定性保持一致。

为了应对这一挑战，GlobalLogic， Inc. 目前正在开发一种独特的程序来认证开源虚拟机管理程序。在对特定版本的 Xen 虚拟机管理程序执行详细的风险和差距分析后，该虚拟机管理程序会进行修改和验证，以符合 ISO 26262 标准。有了经过认证的虚拟机管理程序，就可以为客户成功开发汽车级软件。随着时间的推移，Xen 版本也可以随着开源社区添加新功能而重新分析和重新认证。

当然，该行业很快将需要创建一套全新的标准来筛选潜在的汽车级应用。在虚拟化环境中实施 HLOS 的全部意义在于让消费者能够像使用其他智能设备一样定制他们的车辆。这意味着创建一个专门针对汽车行业的应用市场，例如 iTunes 或 Google Play。尽管一些制造商可能会选择在内部开发所有定制应用程序，但这种方法将非常耗时且成本过高——更不用说创新的主要障碍了。

另一方面，对汽车应用程序采用自由市场方法会带来一些固有风险，例如在车辆 IVI 或仪表盘系统中出现错误。尽管沙盒架构不会损害关键任务驱动程序，但病毒仍可能对受影响的模块造成严重破坏。从这个意义上说，未来汽车制造商面临的一个主要挑战是创建一个强大的应用程序提交筛选系统。制造商还必须以消费者无法“越狱”他们的车辆的方式构建他们的虚拟化系统。虽然越狱智能手机很少会给服务提供商带来潜在的收入损失，但越狱汽车系统可能会导致用户安全问题。

真正“联网”的汽车

尽管可靠性、安全性和认证问题可能会阻止汽车行业与移动等快节奏行业完全同步，但汽车软件系统的虚拟化方法可以使其非常接近。通过利用 ISO 26262 认证的管理程序在行业标准和 HLOS 上运行沙盒 VM 系统，汽车制造商可以设计出既安全又先进的车辆。因为在手机不仅仅是手机的时代，汽车不应该不仅仅是汽车吗？

审核编辑：郭婷