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实现向车载信息娱乐技术过渡

撰稿人:明导国际 (Mentor Graphics Corporation) 的 Andrew Patterson

如今,车载信息娱乐 (IVI) 系统的功能在消费者购买新车的决定中起着关键性的作用。消费者对每款新推出车型的车载信息娱乐功能水平都有很大的期待。因此,汽车生产商及其供应商也面临着极大的压力,为了超越竞争对手,他们需要以更快的速度推出新型车载信息娱乐系统。

标准的车载信息娱乐功能目前包括 GPS 导航、多媒体娱乐、音控和安全诊断。未来,不断发展的车载信息娱乐技术还将包括移动办公、用户可下载应用、智能导航和车辆追踪、手势识别和云连接等。在供应链的下游,半导体生产商正致力于拓展业务和产品系列,以支持车载信息娱乐功能。正如开放的大路一样,车载信息娱乐的未来充满了无限可能。

车载信息娱乐市场和手机市场在先进性和技术方面有很多相似之处。智能电话技术使用户对高性能3D 图像、触摸屏技术和定期内容更新有了新的期望。从某种程度上来说,这些技术皆可用于车载信息娱乐系统。然而,由于缺乏可重复使用的代码或因太复杂或难以处理而无法适配的开源中间件,车载信息娱乐技术很难实现重大突破。

随着主要软件升级的成本不断攀升,车价有可能会超出普通消费者所能承受的水平。因此,汽车生产商正在寻找新的方式来降低生产和维护车载信息娱乐软件的成本。据 linuxinsider.com 网站信息显示,一辆高端豪车因此所使用的代码多达2000多万行,而这一数量还将不断增加。

开源软件是降低生产和维护车载信息娱乐系统成本的一种方式。通过结成行业联盟,汽车生产商及其供应商可能共享从商业角度上来说在他们的市场上没有差别的车载信息娱乐系统标准和软件。

向开源软件转型
与其它行业细分领域相比,汽车生产商采用开源模式的时间较晚。有关所有权、责任和授权的问题是主要障碍。然而,就车载信息娱乐系统来说,一个非常灵活的操作系统,诸如Linux® 等,会使汽车生产商及其供应商能够更加轻松地解决这些问题。基于Linux的 系统在企业网络和消费类电子领域得到了公认,自然也适用于高级车载信息娱乐系统。采用 Linux 的汽车制造商 (OEM) 能够利用迅速发展的生态系统和由世界级开发商组成的活跃社群,而不是将消费者导向功能添加到传统的私有汽车操作系统中。这些社群所使用的现有开源代码将在调整后用于车载信息娱乐系统。

GENIVI 联盟:合作社群
一方面,汽车行业一直竞争激烈。而从另一方面来说,鼓励行业合作也有助于在维护安全性和可靠性的同时降低成本和提升创新水平。GENIVI 联盟就是一个很好的例子。该联盟于2009年成立,是一家非赢利性企业组织,旨在设定基于开源的标准车载信息娱乐平台,供其成员使用。汽车生产商认识到,他们再也无法仅凭自己的力量提供开发高级定制的车载信息娱乐系统所需的资金,事实上,其中很多车载信息娱乐系统都具有相同的功能,包括音频支持、导航和诊断等。汽车生产商分享共同的中间件才是唯一合理的做法。

竞争对手之间分享无差别的软件在汽车行业还是一个比较新的现象,但这却是公认的共同进步的最好方式。GENIVI 成员目前共同合作,针对他们最新的车载信息娱乐系统设计和提供基于 Linux 的解决方案。

GENIVI 的优点在于这些合作设计解决方案的最终版本还是由汽车生产商各自决定。举例来说,创新型人机界面使得每次安装都会带来不同的外观的和感受,符合具体车型或不同汽车生产商的主题或风格。因此,每辆汽车都有着自己独特的车载信息娱乐用户体验和品牌个性。

符合 GENIVI 要求的功能
GENIVI 解决方案的技术范围正不断被审核。当前范围内的功能在图1中有所展示。GENIVI 联盟的关键可交付功能之一是合规计划 (Compliance Program)。该计划让软件和服务供应商能令其产品符合当前的 GENIVI 要求,并登记为合规型(图2)。符合合规计划规定的功能可公布他们的合规状态,并在 GENIVI 网站上 (www.genivi.org ) 列出。

这很关键,因为汽车制造商目前正在需求建议书 (RFP) 中将 GENIVI 合规列为新型车载信息娱乐系统的必需规定。为对这些建议书做出回应,软件供应商及其子供应商需要证明他们能生产出符合 GENIVI 合规需求的产品和服务。

1:GENIVI 合规平台包含 Linux 服务、中间件以及开放应用层接口。这些都是整个车载信息娱乐解决方案组合里不可或缺,但无差别的核心元素。

明导等软件厂商已经推出了具有成本效益的设计工具,让一级设计机构和汽车制造商/原始设备制造商能设计和执行车载信息娱乐系统。该流程通常从符合 GENIVI 要求的基准开始,接着进一步发展至包含与众不同的组件,如人机接口前端以及与半导体供应商最新硬件解决方案的整合。


2:符合 GENIVI 要求的 Linux 是贡献开放源代码的组合

2012年 GENIVI 发布和更新
最近在巴黎举行的 GENIVI 所有成员大会上,450多名与会者分享了他们对当前和未来车载信息娱乐系统的意见和需求。2.0版 GENIVI 规范现已发布,供应商将开始提交他们的车载信息娱乐平台供合规批准。2.0版的新功能包括对音频管理软件的支持以及低级系统守护程序功能。

音频管理支持功能让车载信息娱乐系统能够高效管理来自车辆不同部位的音频数据流,并将这些数据流发送到有需要的地方。例如,如果电话响了,车载信息娱乐立体声系统会自动减弱声音。

如今,GENIVI 开源软件所要求的内容有80%都能通过现有社群获取,如 MIT、GPL 和 MPL。新的由 GENIVI 生成的组件目前正通过专用的 GENIVI 开放源库来贡献和托管,这个库将随着新贡献被接受和批准而逐渐发展。

另外两个 GENIVI 需求规范(3.0和4.0版)在2012年得以规划,会进一步提高车载信息娱乐平台的功能和普及度。GENIVI 由多个“专家团队”组成,研究导航、媒体和图形的趋势和要求、车载信息娱乐系统架构以及车辆与外部世界的连接。更多大量研究团队正在研究虚拟化和包含替代操作系统,诸如安卓 (Android),等技术。

信息娱乐系统执行架构
安全性和可靠性是所有汽车生产商都最重视的内容,对开源软件以及复杂电子设备的包含都意味着新的风险水平。一辆现代化豪车拥有约70至100个基于软件的电子控制单元 (ECU)。迄今为止,这些电子控制单元已经独立于车载信息娱乐系统而存在。干扰的风险一直非常高。然而,随着制造商力求进一步削减成本,在一个通用硬件平台上整合功能的概念正变得更具吸引力。例如,倒车传感器可能基于高度可靠的 AutoSar 功能,但传感器也需要与信息娱乐系统相互通信,为驾车人生成音频警报。

在安全范围的另一端,制造商面临着对诸如安卓应用等流行市场应用以及汽车乘员通过车载信息娱乐系统下载并使用这些应用的能力的需求。毫无疑问的是,这些应用不应干扰到车辆的安全关键型功能。另外,软硬件设计架构还必须允许所谓的“不受信赖的应用”(能从互联网直接下载并可能造成软件病毒或问题)的安全和独立。

车载信息娱乐系统架构可能还包括一个虚拟化层,使多个操作系统能够在同一个硬件平台上运行(图3)。每个操作系统在一个专门的虚拟机上运行并共享硬件资源。不同的操作栈之间以可控的方式实现通信。这样便能独立启动,从而使关键的安全功能比车载信息娱乐系统更快达到可用状态。。


3包含虚拟化层的典型执行架构,支持多个操作系统。

其它架构解决方案包括使用多核硬件平台满足每个操作系统都有专用的内核,实现高度的功能隔离。Linux 容器技术 (LXC) 有时被用于启动第二操作系统;例如,安卓可在已经开始的 Linux 会话之内被使用。

半导体供应商还将其车载信息娱乐解决方案的功能拓展至包括图形加速器、多核 CPU 以及 CAN、MOST、FlexRay 和 AVB 等网络标准。

明导国际信息娱乐系统设计解决方案
明导国际提供全套设计工具和服务来快速执行与 GENIVI 兼容的车载信息娱乐解决方案。明导国际®车载信息娱乐解决方案的核心是可靠、经过验证且灵活的 Linux 操作系统——Mentor® Embedded Linux。它将图形、通信和多媒体中间件(包括连接、音频、语音、定位、联网和安全组件)与数据库、系统基础设施和管理组件整合在一起,所有这些均在 Linux 内核和相关驱动上运行。Mentor Embedded Linux 被整合进 Intel® Atom™、ARM Cortex-A8 和 ARM Cortex-A9 等颇受欢迎的处理器架构。

Mentor Embedded Linux 的一个关键组件是2009年1月推出的构建系统,这是首款基于开放嵌入式 (OE) 项目的商业嵌入式 Linux 支持工具。如今,明导国际的工程师们通过积极参与 OE/Yocto 项目,继续在 Linux 开发界发挥着重要作用。Mentor Embedded Linux 构建系统利用开放嵌入式技术的优势,新增了广泛的文档资料、主机支持、支持元数据、源镜像、二进制缓存等等。

对于人机界面设计,明导国际的 Inflexion™ 用户界面已成为全球为提供独特的车载信息娱乐解决方案而构建先进用户界面的客户的新选择。凭借 Inflexion,无论采用哪种车载信息娱乐软件平台,设计和开发人员都能在人机界面设计方面不断创新和进步。


4明导国际信息娱乐设计解决方案:符合 GENIVI 要求且基于 Intel AtomARM Cortex-A8 ARM Cortex-A9 平台。

如有需要,明导国际嵌入式专业服务可以为车载信息娱乐开发人员提供专业的系统设计和支持。服务涵盖规划、构建、部署和管理复杂的先进车载信息娱乐系统的生命周期。

车载信息娱乐前景光明
自汽车收音机推出以来,车载信息娱乐已经取得了长足的发展。消费者现在希望他们的手机和便携式设备实现无缝连接,同时为每位乘坐者带来独特的信息娱乐体验。

对于每款下线的新车型而言,做到这一点所需的软件数量呈指数增长。消费者看到的车载信息娱乐功能(对于每个汽车制造商和具体车型而言都是独一无二的)基于需要同样复杂的中间件支持的复杂应用组合。虽然用户体验是令汽车原始设备制造商脱颖而出的关键因素,但无论制造商是谁,中间件要求通常都十分相似。

在挑选和购买新车时,车载信息娱乐用户体验成为越来越重要的考量因素,这推动了车载信息娱乐功能和要求的迅速增多。在 GENIVI 联盟等合规机构的帮助下,大胆创新而又令人兴奋的车载信息娱乐系统的未来发展前景非常广阔。

作者简介:
Andrew Patterson 是明导国际嵌入式软件部门专攻汽车市场的业务发展总监。加入明导国际之前,Andrew 在设计自动化市场从业20余年,侧重于线束设计、汽车仿真模型开发、虚拟原型和机械电子等多项技术。目前,他专注于与 GENIVI 行业联盟合作,并且带领明导国际开发信息娱乐和车载电子集群和远程信息处理解决方案。Andrew 拥有英国剑桥大学 (Cambridge University) 工程和电力科学专业硕士学位。