虚拟化在车里

之际,汽车工业由于电气化和复杂性越来越自治的车辆,巩固ecu内部车辆,更严格的安全需求,汽车生态系统玩家希望虚拟化概念在很多方面实现明天的车辆。

一种方法是与硬件虚拟化;设备等的能力GPU举办一个或多个虚拟机,每个像独立的机器与他们自己的操作系统,以及所有在相同的底层设备的硬件上运行。这意味着一个GPU可以支持多个并发运行操作系统,其中每个提交工作负载对单一图形硬件设备。

从历史上看,一个趋势,塑造了这个景观是隔离。完全独立的模块在车里身体互相分离,和在不同的配置。

说:“我们已经看到这个变化了的克里斯托夫甜菜、产品管理高级主管想象力的技术。“有些人构建一个SoC,但他们实际上放在两个图形核心,一个仪表板和其他驱动另一个屏幕上。这些都是身体分离。问题是,如果你有性能差异,如果其中一个GPU小于其他不是足够强大,你不能使用其他GPU加速。这是一个大问题,人们。同时,把太多的模块,进行过度设计的他们是昂贵的。”

一系列的活动发生在汽车行业进一步塑造汽车景观,首席执行官迪恩Drako说Drako马达。“首先你有电气化到来,需要不同的软件,不同的特点,不同的功能。所有的汽车制造商真的已经得到控制。二是对进化ADAS和自主车辆。所有的oem厂商有任何线索在生产中他们会怎么做。这都是在研发阶段。他们正在努力算出来,但没出操作系统会运行这个工作。他们只是试图找出如何使它工作。此外,汽车制造商有一个即将到来的大问题,因为汽车的成本计算是成本继续上升的比例的车。”

1950年,电子由只有1%的汽车的成本。今天,大约40%的汽车成本的电子产品,这将继续增加了自动驾驶功能和安全特性,并为这些系统软件定制开发。但公司也开始质疑一切需要独立开发,特别是在地区几乎没有区别。

“自从OEM没有员工做出自己的1000名工程师,测试它,并处理合规、安全,如果有人带着一个操作系统,他们可以使用它作为一个商业模式节省他们的钱,他们会在它——特别是如果解决了无人驾驶问题和ADAS问题和安全问题,和所有其他的电气化问题,“Drako说。“特斯拉的踢他们的屁股连接汽车的能力,他们可以使用他们的iPhone打开车,检查车,看看相机在车上。所有这一切,其他汽车制造商也措手不及。他们甚至不知道如何开始这样做是因为他们有100台电脑在车里,每一个做一件事。有电脑的摄像系统,这样您就可以看到相机当你备份。这很好,但那台电脑不说话。当他们美丽的细胞无线调制解调器安装安吉星,这样你可以得到帮助的手机如果你崩溃,没有办法钩的相机,手机,这样您就可以观看视频,因为它的两个不同的电脑。oem厂商正处于进退两难的地步。有一个行业动态,说我们需要另一个操作系统在这个行业,因为特斯拉的不会让自己的可用操作系统oem厂商。”

硬件虚拟化旨在解决这些问题。“说你有一个GPU,但是它有多个客户操作系统——基本上就是多个保护工作负载可以抓住一些比例的GPU,“甜菜说。“我们把它完全在硬件有最小的开销,因为我们想要保持的,100%的GPU,这样你就可以很精细分布在不同的工作负载。类似于cpu的人做这些天。这是一种时间slicing-based系统。你基本上把GPU,使用规则,都是基于软件的,安排不同的工作负载和互相保护他们。”

图1:汽车虚拟化模型。资料来源:想象力的技术

虚拟化在汽车现在尤其重要,考虑到汽车工业正在重新思考未来的汽车车轮上的体系结构的一个数据中心,指出Frank Schirrmeister集团董事,高级营销解决方案节奏。“虚拟化是非常重要的,尤其是在汽车,你面临的情况与纬向架构和什么。你真的需要小心分离的关键方面不是很方面,音频和视频。其中的一些可能会崩溃,但不是一个用于相机自动驾驶至关重要,这些类型的应用程序。”

硬件虚拟化千禧年的开始以来一直被广泛部署在数据中心,主要是为了提高服务器利用率,因为它成本资金实力和很酷的服务器机架。通过使用虚拟机监控程序,多个任务,操作系统和应用程序可以共享相同的硬件。

“这是一个方法来创建多个虚拟实例相同的硬件,和每一个实例几乎是专注于一个特定的产品或软件或应用程序,”斯蒂法诺洛伦西尼说,功能安全经理Arteris IP。“虚拟机监控程序是一个裸机在硬件上直接运行的操作系统,并创建一个中间层对其他应用程序或软件上运行的程序。如果你想看架构从上到下,你看到的应用程序,然后你看到hypervisor,然后你看到硬件层。hypervisor是创建这个错觉的应用程序,每个资源SoC是献给他们。”

在自动车辆这也解决了一个问题,这一趋势是有许多不同的分布式处理器在车里,但不是每一个是专门为一个特定的函数。在许多情况下,这被视为一种避免冗余,增加重量和成本。但这方法也限制了故障转移的功能系统,自动车辆所需。

“每一个供应商提供的操作系统,应用程序特定的处理器,”洛伦西尼说。“你可能成千数万不同处理器。随着系统的复杂程度的增加,现在的趋势是尝试集中所有这些计算能力,你需要在一个单一的、集中的计算机。但是,如果你把它们放在一起,你至少要重用投资从过去的应用程序,操作系统,等等。但是你要把所有的这些东西,希望它工作分开彼此在同一硬件。这就是问题来自汽车OEM,因为每一个应用程序可能有不同的安全需求和ASIL水平。例如,您可能有一个制动系统必须ASIL D,另一个应用程序,必须ASIL B,另一个应用程序,没有ASIL评级,因为它不是安全性至关重要。你把所有这些应用程序在一起的时刻,你必须保证分离或隔离这些不同软件之间的任务。这正是虚拟化可以做,因为它可以创造幻觉来分配任务。虚拟化将每个任务分离开来,因此如果一个特定的任务失败由于软件故障,例如,所有其他任务将不会受到影响。”

类型的硬件虚拟化
工作在这个领域继续发展,工程团队有两个方法来实现硬件虚拟化——准虚拟化和完整的硬件虚拟化。

准虚拟化工作像一个大软件开关,可能有一个GPU和一个软件控制GPU。在用户方面,可能会有一个大软件开关,说有两个应用程序,仪表板和信息娱乐系统,软件就是允许两者之间切换。

甜菜认为,“这种方法的问题,“你真的没有真正的虚拟化,因为你基本上做的一切软件。另一个问题是,通常只有一个驱动程序的软件控制,GPU,如果其中一个应用程序出错时,它可以崩溃的软件。还有很多像这样的一个系统风险方面的实际工作。还有更多的开销,因为它是软件做手动切换。通常你会运行一个受信任的应用程序框架,你就会软复位硬件清理,以确保它不被污染。然后运行其他应用程序。这些类型的重置花相当多的时间在硬件上,但是你必须做,否则数据从之前的应用程序可能会影响下一个。”

完全硬件虚拟化构建所有的硬件。有多个软件接口的硬件设计,很多完全独立的驱动程序栈可以运行。相信万物都有自己的GPU,其实跟硬件。

一些GPU提供者,比如想象力,使用一个微型处理器固件在GPU来管理这些优先级,以及作为监督机构。如果事情出错时能确定是什么花这么长时间为什么做一些奇怪的事情。它还可以拒绝工作负载。此外,一个软件模块使用优先级方案隔离工作负载在GPU的特定部分,提供灵活性,用户如何细分GPU来满足需求,甜菜指出。

软件
虚拟化已经被证明是一个有效的方法来划分不同的软件栈和降低整体的硬件成本。然而,问题仍然需要解决安全时,尤其是在汽车。

“汽车应用程序处理器核心发展缓慢,”肖恩Giebel说,产品管理主管OneSpin解决方案。“支持虚拟化,需要额外的硬件功能。结合更多的软件层,这使得整个验证和功能安全合规管理更加复杂。形式验证某些低级软件功能已经被使用在特定的安全空间。添加硬件的形式验证是非常相信的唯一方法系统按计划执行,而且它是免费的从干扰和关键性能瓶颈。”

这个问题将变得更加困难没有标准化的解决方案,比如automotive-specific操作系统。这是操作系统来处理大量的工作独特的安全、保障和复杂性要求在这个空间,但它是更难完成这项专有操作系统相互竞争。

“为什么不汽车都有自己的操作系统?”Drako问道。“你必须为手机,Android和iOS游戏,笔记本电脑,和服务器都有自己的操作系统。汽车是世界上唯一的大量消费设备,没有自己的操作系统。”

甜菜同意了,认为这与认证和安全功能。“类似Linux和Android测试一定数量。但他们仍然是开源的,很多人的贡献。他们是非常复杂的。它们非常大,有很多行代码,所以你不能完全保证他们没有bug。它们是最好的努力。在汽车仪表板为用户是非常重要的,它不需要所有这些丰富的功能,因为它基本上是只运行一个应用程序。所以你可以侥幸更简单的操作系统要小得多,但也可以通过第三方验证说写正确,满足需求,也有工具,帮你验证工作。。但是如果你的代码库太大,那是不可能的。”

在最著名的automotive-focused和QNX操作系统完整性。也有生产版本的Linux,这是Linux的简化版本。所有这些可以运行在一个虚拟系统。

“你可以创建所有这些分离,域沙箱,和每一个沙箱都可以运行自己的操作系统,“甜菜说。“其中一些功能安全操作系统的完整性。其他人可能只是标准的Android或Linux,这很好。如果他们崩溃,他们基本上只是停止提交工作,所以GPU不得到更多呈现的命令,这很好,因为仪表板上运行自己的小操作系统资源的另一个子集,并将继续。”

安全与虚拟模型
安全是另一个领域,虚拟化可以发挥重要的作用。

“没有安全。没有安全,没有安全,没有安全,”节奏的Schirrmeister说。“双方携手并进,因为如果我没有安全然后有人可能侵入和禁用我的刹车,这是不好的。”

另一方面的“虚拟化”一词是数字双概念,整个系统的虚拟模型。有安全特性,可以从这个角度看,解决,进一步的设计流程。

“如果攻击者有一个系统的,他们会做些什么来打破?虚拟化允许你看这个角度来看,因为如果你远,你太独立,因为它太集中了,”首席执行官杰森·奥伯格说龟岛的逻辑。“如果你在一家半导体公司构建一个子系统,真的很难理解你的攻击者会分解成子系统,因为你到目前为止的路径。但从虚拟化的角度看,说这是一个ADAS系统和你想检测你是否会遇到一个对象。你真的可以考虑如果有人访问这个系统的一部分。也许是一些外部输入到系统调试端口,或者它可能只是某种方式访问它从另一个领域,就像在你的操作系统,从用户代码或另一种方式。但是如果它在实际上调用的东西,它会影响ADAS系统的行为。你可以整个行为模型,你可以在全系统层面,从硬件到操作系统和应用程序级别,你做不到,如果你远吧。”

虚拟化可以在这边。“真的在考虑这将如何部署在这种环境下,如果敌人试图做一些恶意的,他们试图将如何进入这个系统吗?”奥伯格说。“那是展开,解开一切。使用虚拟化,你真的可以完整。当你变得更真实的东西,事情变得更加孤立和孤立。很难的原因。”

其他人也同意。“虚拟化使企业充分利用处理器的性能,优化结构,和地址增加软件复杂性,”马克Serughetti说,验证小组的高级主管Synopsys对此。“这还需要加载的新工具来加速软件开发,集成和测试。依赖于硬件的可用性造成延误,不确定性和生产力的限制。虚拟化的硬件开发目的使用虚拟原型,从虚拟硬件仿真基于主机的执行是一个关键的技术开始发展早,部署更多的生产调试和测试、规模发展服务器农场,使这种发展从任何地方在任何时间在团队合作。”

更多的工作要做
挑战的大小汽车的发展可以体现在很多方面,其中一个是叠加的ISO 26262要求汽车的V模型的发展。在开发周期的每一点,甚至开发步骤,不要在车辆必须正确和可追踪的和可测试的,占和虚拟化的作用,。

“安全至上的系统中,尤其是虚拟化触动每一系统工程过程的一部分,但是测试仍然断开连接,”兰斯·布鲁克斯说,首席工程师的综合电气解决方案组导师,西门子业务。“为安全做的测试,这样的事情在设计阶段是如此远离的后续部分硬件的过程,因为在设计周期的主导地位。特别是在汽车,因为它们很以硬件为中心为。这都是关于金属。”

因此,汽车制造商正在努力磨练他们的软件专业知识。“小事一桩,他们简直是在以硬件为中心为心态,”布鲁克斯说。“虚拟化、数字化和数字双胞胎真的可以帮助他们,因为它是身体无法核实所有真正的硬件。测试与设计验证,这种抽象的数字双胞胎和虚拟化是一种帮助他们突破。如果他们接受,在整个过程中,他们会开始分解这些竖井,测试,设计一边和另一边。”

这可以大大加快,提高更多的自主车辆的开发过程。

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