为什么选择风河车载高性能计算网关

CAE（互联、自动化和电气化）是汽车工业的三大趋势，要求车载计算机具有更高的性能。一方面，车辆被认为是一种消费设备，具有网络设备所需的互连性和安全保护能力，以及工业设备所需的功能安全性和可靠性。

车内互连需要车内网关，系统中的多个电子控制单元(ECU)连接各种网络协议。以太网正高带宽需求的增加，以太网正成为车载网络的关键组成部分。正在来临的5G网络为车辆带来更多的网络连接，灵活分布车载计算与边缘计算之间的工作负载，扩大车辆在更大的云环境中作为计算节点的作用。从非常实用的空气中催生了许多互联应用场景(OTA)面向服务架构的软件更新，支持自主驾驶(SOA)。

HPC网关

车辆的许多部件将自动化，使驾驶更安全、更简单。更简单的驾驶员辅助系统将演变成更复杂的自主驾驶系统，对计算能力有更高的需求，以处理更多的输入数据，覆盖整个车载网络ECU协同。

有很多不同的方法可以实现ECU它们之间的工作负分配可以包括功能安全和信息安全，形成混合工作负荷。具有高性能计算(HPC)网关可以适当使用SOA实现灵活的系统部署和升级。HPC网关可以集中访问互联车辆数据，有助于充分释放数据的价值。

电气化是环境和监管压力的结果。用电气系统代替内燃机系统可以减少二氧化碳排放。同时，更好的互连性和更高的自动化程度也是一个新的需求方向。电气总成需要更多ECU，同时这些ECU对于电池和里程管理、数据分析和各种功能的无线更新/升级，与云的互连性非常重要。

HPC网关软件架构

系统架构面向服务(SOA)听起来像一个抽象的概念，但实际上它已经变得比以前更实用了，这要归功于整个行业围绕着它AUTOSAR Adaptive Platform大量努力。AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture，汽车开放系统架构)是由汽车制造商、零部件供应商、汽车电子、半导体和软件企业组成的全球开发合作伙伴组织。

自2003年成立以来，AUTOSAR合作伙伴系统成功领导深度嵌入式ECU标准化软件系统结构的基础是AUTOSARClassic Platform。伴随着先进的驾驶辅助系统(ADAS)随着自主驾驶硬件和软件的快速发展，该合作伙伴系统针对AUTOSAR Adaptive Platform基本部分包括定义一套新标准POSIX API、灵活应用生命周期管理和SOA。

借助于SOA，可以通过公共IPC API在应用水平上发现内外服务（即逻辑单元）。这为开发人员提供了一种从异构硬件和软件环境中抽象的机制ECU工作负荷的灵活分配和整合，甚至从车辆外部，从而提高了低延迟边缘计算的能力。

SOA基础是通信协议。作为标准的一部分，AUTOSAR定义绑定两个协议：SOME/IP和DDS。这两种协议通常运行UDP/TCP/IP处理现代的堆栈ADAS以及自主驾驶系统所需的带宽。底层网络栈的可靠性和性能将对整个系统的稳定性产生至关重要的影响。

从表1可以看出VxWorks其示例硬件环境是配备千兆以太网接口的网络吞吐量NXP LS1043A-RBD板。有几点值得注意：

对于数据包的平均长度，吞吐量达到在线或近线速率。在许多情况下，其性能优于Linux。

单核配置的吞吐量与4核配置的吞吐量数据基本相同。这告诉我们，如果CPU在单核配置中达到最大值-通常情况并非如此，所以使用4核时，一个CPU执行计算和其他操作将有三个核。以上所有测量均为使用iperf3完成的。考虑到网络栈的性能是真实应用场景的良好指标TCP/IP软件栈的复杂性、涉及的过程/任务的数量、要处理的系统调用以及要参与复杂事件和所有权同步交换的内存缓冲区。

Adaptive AUTOSAR中间件和高性能网络堆栈为面向最灵活的方式提供了坚实的基础HPC开发和部署网关应用。例如，如果软件是基于Adaptive AUTOSAR设计标准提供的服务发现协议，可以使用外部开发ECU传感器集成提供的服务。随着硬件设计的稳定和应用场景的成熟，可以引入传感器集成服务HPG网关本身并不需要对其他应用程序进行重大修改。

多操作系统和混合关键应用

HPC网关可以承载不同安全级别的各种应用。一些基本的网关功能包括协议转换和不同类型车辆网络之间的数据路由。然而，随着CPU随着计算能力的提高，基于硬件的包处理技术可以为其他任务释放更多CPU带宽，您可以使用更强的分区技术来实现更强的系统设计。

例如，使用机器学习方法开发的算法可能已经存在Linux环境下进行了原型化和验证。与其将整个应用程序移植到不同的环境中，不如使用Hypervisor做为“Linux这些算法在没有修改的情况下仍然运行。根据不同的配置，这可以是人工智能(AI)应用程序提供相同的运行环境，尽量减少在实验室环境中开发的应用程序的必要移植和验证。

另一种情况是使用更强的分区技术来提高安全性。Linux或VxWorks客户操作系统可以独家访问外部以太网控制器或调制解调器，但可以从外到内监控客户操作系统外部的健康和健全，提供额外的入侵检测层和损坏管理，包括重启客户操作系统的防火墙角色。

Wind River Helix Virtualization Platform(虚拟化平台)拥有强大的分区技术，可以为最高工作负荷提供安全的操作系统，使操作系统与其他分区完全隔离，以确保不受干扰。

结论

在异构硬件和软件环境中开发车载HPC网关可能是一项艰巨的任务。SOC随着计算能力的不断提高，再加上最先进的人工智能技术带来的复杂性，以及行业对最佳功能安全架构的看法，所有这些因素只会使事情更加复杂。

基于Adaptive AUTOSAR标准的面向服务体系结构(SOA)由于行业的大力支持，可以提供工作负荷管理的灵活性。Wind River Helix Virtualization Platform(虚拟化平台)为实用的功能安全系统结构提供了更多的设计选择，为网络安全增加了保护层，可以作为未来自主驾驶车辆的首选平台。