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軟體定義車輛的創新：全新 ECU 架構和開源計劃
先進安全功能和娛樂資訊系統的需求，推動軟體定義汽車(SDV)的成長，並催生新的系統架構。
軟體定義汽車(SDV)憑藉著提供先進安全與便利特性，並打造個人化座艙體驗，風靡全球汽車產業和消費者市場。汽車製造商越來越依賴軟體來區別各種複雜系統，包括資訊娛樂系統和抬頭顯示器(HUD)、觸控介面和先進駕駛輔助系統(ADAS)等。
根據國際IT研究與顧問諮詢公司Gartner資深研究總監Pedro Pacheco的說法，隨著越來越多消費者將數位技術視為購買汽車時的區分因素，軟體將成為汽車製造商主要的盈利增長驅動力。例如，特斯拉透過訂閱服務來區分各種功能並加以銷售，像是其「頂級連線」服務，提供即時交通可視化、影片串流、衛星地圖等功能。同樣地，BMW在某些地區透過訂閱制從軟體功能中獲利，像是先進的駕駛輔助功能和可調節懸吊系統。
電動化加上更高程度的自動化和連接，正在改變全球消費者對汽車的期望以及對於汽車如何被設計的期待。正如The Next Web在報導中引用豐田首席品牌總監Simon Humphries所言：「人們希望能掌控自身的體驗。」為能實現這些先進的功能和特性，在100個電子控制單元(ECU)，以及感測器、攝影機、雷達和LiDAR裝置中，分佈高達1.5億行的軟體代碼，這情況並不罕見。
請往下繼續閱讀，以瞭解汽車製造商如何透過新型ECU架構、開源項目和跨界合作來加速SDV的發展。
整合汽車系統設計
就軟體而言，每個汽車製造商都希望可以花費更少的時間在即將大宗商品的領域，如核心作業系統和連接各個不同部份的組件，並集中火力在有助於品牌差異化的功能上。對許多汽車製造商來說，開源模式(open-source model)可針對某些系統和功能靈活地擴展產品開發，有助於達成這個目標。正如Canonical的Bertrand Boisseau在Automotive World中所觀察的，開源軟體有其靈活和可擴展性，將成為製造未來汽車的關鍵。
然而，汽車產業首先需要重新評估電子/電機 (E/E) 架構，為新一代自駕車(SDV) 鋪路，以利用開源和專用軟體創造更差異化的體驗。如同 ABI 分析師Dylan Khoo 在最近的一篇部落格文章中寫到，傳統 E/E 架構的系統對於 SDV 來說不太合適，因為其中包含許多獨立的電子控制單元(ECU)；確實這些不同的 ECU 通常是獨立運行，且具有獨立的數據連接、處理和軟體。
這就是為什麼汽車製造商正在展開以網域和分區為主的E/E架構，從而簡化系統設計和功能。例如，以網域為基礎的架構將針對特定功能的ECU整合並連接到網域控制單元(domain control unit; DCU)，然後再對這些DCU進行邏輯分組，以管理子網域功能和系統，包括動力傳動、資訊娛樂、先進駕駛輔助系統(ADAS)和乘客舒適度等。
同樣地，區域性E/E架構利用乙太網路(Ethernet)連接的區域控制器來管理身車不同的構造部份。這種本地化的方法，藉由在車輛的各個部份部署集中控制器，顯著減少ECU和電線的數量。實際上，靈活的區域架構允許單一ECU透過在相同的晶片上，同時運行來自不同供應商的軟體，以管理遍及不同領域的多種車輛功能。
使用數位孿生技術的虛擬化ECU測試
不斷發展的E/E架構促使汽車製造商設計出新型低延遲、高頻寬的ECU，這些ECU具有更先進的處理能力。然而，使用傳統的物理測試來檢測複雜的ECU和開源及專用的軟體，將增加成本且更加耗時。
虛擬化ECU將測試從實際的道路轉移到一個更有效率、更具成本效益和確定性的環境中，只要短短幾分鐘就能準確分析測試結果。創建「數位孿生」讓開發人員能夠透過合作辨別出潛在的問題並排除錯誤，以免無意中將其安裝到硬體裡。這種虛擬範例也使得開發者能夠持續測試程式碼更改，同時幾乎可即時確定空中下載(over-the-air; OTA) 韌體和軟體更新是否能能按照計劃安全地下載、安裝和執行。此外，還可以在模擬真實條件的情況下，針對晶片生命週期管理(SLM)和場內分析(in-field analytics)這類進階功能，進行密切監控並執行安全評估。
許多汽車公司現在開始在虛擬化的環境中測試和優化晶片，其中ECU和並存的軟體(包括與多個車輛系統互動)，都經過完整全面的模擬。簡言之，虛擬化的 ECU 測試在推動創新發揮關鍵作用，同時也加速複雜汽車系統的開發，提供更具互動性的車艙體驗和更多進階的自駕功能。
透過開源加速汽車創新
為了進一步發展汽車系統及軟體，業界領先的汽車製造商、半導體公司和雲端領導業者正合作開發嵌入式邊緣裝置可擴充開放架構(SOAFEE)平台。根據SOAFEE網站的說法，該平台透過加入一個雲端原生(cloud-native)開發框架，建立在為 Arm 架構定義標準啟動和安全要求的Project Cassini 和 SystemReady這類技術上，同時提供額外的功能安全、安全防護和即時效能。
具體來說，SOAFEE提供標準的韌體和安全介面，可以在所有相容的硬體上執行無縫安全啟動和系統啟動。SOAFEE同時還包含一個現有標準和規範的參考框架，以標準化關鍵的非差異化中間層，如虛擬機管理程式(hypervisor)、作業系統、container runtime和硬體抽象層。由於SOAFEE的開源元件，任何中介軟體或軟體供應商都可以插入解決方案套件，甚至提供這些軟體的元素。輕鬆利用SOAFEE的開放架構，可以讓開發人員和設計師專注在開發差異化的汽車設計和車艙體驗。
Autoware是另一個跨產業的開源計畫，目的在於降低進入自動駕駛領域的門檻，該計劃涵蓋無人駕駛計程車、貨物運輸和自動代客泊車(AVP)等各種應用。根據 Autoware 的官網，模組化的 Autoware Core 建立在機器人作業系統(ROS)之上，包含從感知、定位到規劃和控制等自動駕駛所需的所有 API 和功能。
或許最重要的是，Autoware Core 實現協作式軟體工程實務，包含請求審核和建置、全面的完整使用說明和程式碼覆蓋率、一套編碼風格指南，以及明確定義的開發和發布流程。Autoware Universe讓汽車製造商能夠針對在繁忙都市環境中運行的無人駕駛計程車或高速自動駕駛賽車等這類複雜的情境，
輕鬆地設計、測試和快速整合新的差異化功能，進一步加速自動駕駛功能的開發。
結論
隨著消費者越來越將數位技術視為購買汽車時的差異化因素，軟體正迅速成為汽車製造商獲利成長的驅動力。軟體促成各種先進汽車系統開發，包括資訊娛樂系統和抬頭顯示器(HUD)到觸控界面和先進駕駛輔助系統(ADAS)等。為能替新一代SDV開創新局，汽車製造商正在建置新的ECU架構，同時探索開源項目和擴大跨界合作。