汽车电子已逐渐成为一种软件定义的系统。
回想过去的五十年，在大批量生产的所有产品中，汽车一直是最复杂的，因为它包含了机械、机电和电子系统。近年来汽车电子系统越来越先进，开始替代机械和机电系统，并且还在持续发展中。
图1：汽车电子系统越来越先进，开始替代机械和机电系统。
这意味着汽车电子系统迟早会成为最复杂的批量生产电子设备，或许它已经获得了这一殊荣。虽然飞机的零部件复杂性可能更高，超级计算机可能拥有更复杂的电子器件，但它们的年产量却远没有几千万。
几乎在所有汽车中，电子设备包含的软件内容都在迅速增加，只是多少而已。很多文章称一辆先进的汽车中有超过1亿行软件代码。我没见过这1亿行代码具体包含什么，但如果有人拥有这样的数据，是非常有用的。毫无疑问，随着高级驾驶辅助系统（ADAS）、连接性、网络安全性、自动驾驶和其他功能的不断增加，汽车电子和软件内容将快速发展。
关于汽车软件的战略、划分、关键技术和其他重要问题，目前还少有提及。硬件和软件之间有很大差异，这会影响到整个汽车的成功。
在过去的二十年中，汽车软件走过了漫长的发展之路。90年代汽车主要采用嵌入式软件，用于控制驾驶电子设备和简单的娱乐系统。虽然软件复杂性不断提高，但是嵌入式系统的代码很少能达到100万行。汽车OEM及其一级供应商都自行开发嵌入式系统。
这种情况在90年代后期发生了变化。由于信息娱乐和嵌入式导航系统的功能不断增强，复杂的软件需要由操作系统（OS）进行管理。操作系统将高科技带入了汽车软件，包括QNX、Green Hills、Wind River、Microsoft等。近十年来，Linux等开源软件也在汽车软件中变得越来越重要。
图2显示了汽车硬件与软件之间有什么不同，其中的四个阶段适用于任何类型的产品或行业。“建立”是产品的研发与设计阶段；“制造”是产品的生产阶段，包含所有零部件成本、制造成本和供应链；第三阶段为产品“营销”，包括广告、销售和分销渠道，实质上是指将产品提供给客户的所有活动与成本；第四阶段是客户的“使用”，对汽车行业来说这个阶段相当长。
“建立-制造-营销”的概念是我在德州仪器（TI）的时候知道的，因为在70年代和80年代这一概念被大量使用。我在IHS Markit工作期间又将“使用”阶段添加进去。在很多报告和演示中，我利用对这四个阶段的深刻理解来分析不同的汽车细分市场，包括软件、电池电动汽车（BEV）、3D打印等。
图2强调了每个阶段对硬件和软件的重要性，解释了硬件和软件在每个阶段如何影响整个汽车的成功。
图2：汽车硬件与软件之间有显著区别。（图片来源：Egil Juliussen）
图2的最上面显示了汽车硬件在四个不同阶段的关键特性。硬件“建立”阶段确定了电子设备的功能，其作用日益突出。芯片行业提供了最重要的硬件器件，并且未来还会大量增加。硬件生态系统变得越来越重要，因为它包含了所有的开发系统及硬件设计工具。与汽车电子设备中处理器平台相关的生态系统也愈加重要。汽车硬件“建立”阶段的成本以数百万或数千万美元计，但由于其产量高达数十万，因此每辆车的成本比较低。
“制造”阶段最为昂贵，这要归因于所有硬件电子零部件的成本或BOM成本，而且管理硬件供应链、制造设备和人员等也需要成本。总体而言，电子零部件硬件仅占汽车总成本的一小部分，即使每个电子零部件的成本降低了，“制造”成本仍在不断增加。汽车所有电子硬件系统的成本一般在3,000美元到8,000美元之间，豪华车型更高。
硬件“营销”阶段因零部件和系统类型而异。大多数情况下，硬件“营销”阶段通过一级供应商成为汽车电子系统的一部分。
硬件功能对汽车销售的影响也越来越大，需要由硬件功能实现的所有功能都会对销售产生间接影响。未来将广泛使用的新功能包括ADAS、网络安全硬件、可升级硬件和自动驾驶功能。
汽车“使用”阶段通常会持续10到15年，有时甚至更长。如此长的使用寿命要求出色的硬件可靠性，以降低OEM和供应商的保修和召回成本。在“使用”阶段，配件市场供应商拥有最大的机会，尤其是在汽车过了保修期之后。大量的汽车事故也为他们带来了商机，因为汽车需要更换新的电子硬件系统。
图2的底部显示了汽车软件在四个不同阶段的关键特性。软件是纯数字的，其特性与硬件完全不同。当然，软件完全取决于相关的硬件。
“建立”阶段是软件最困难的部分，在软件业务中通常成本最高。大型软件项目的开发周期较长，其中包括艰难的测试过程，需要在成本允许的情况下尽可能修正错误。所有的大型软件平台都会有错误，而且在软件的整个生命周期还会不断发现新的错误。随着对网络安全的日益关注，在已经完成的代码中出现了一类新的软件错误——网络安全漏洞，黑客可能利用网络安全漏洞对网络进行攻击。大多数汽车程序员不是网络安全技术专家，他们不知道如何避免易受黑客攻击的代码。
软件“建立”阶段还需要非常强大的生态系统以开发新程序并进行软件测试。汽车行业的生态系统发展良好，现在可以利用开源软件来开发系统。
软件“制造”通常是成本最低的阶段，因为运行在硬件系统上的软件大多是免费的。虽然有一些软件需要特许使用费，但一般只占硬件零部件成本的很小一部分。软件“制造”实际上就是将程序加载到汽车的电子系统中，至于何时及如何将软件加载到电子系统中，也可以灵活选择。
软件的“营销”阶段因细分市场和系统类型而异。大多数情况下，软件“营销”阶段也需要通过一级供应商才能成为汽车电子系统的一部分。
软件功能对汽车销售的影响也越来越大，这种间接影响取决于软件所实现的人机界面（HMI）或功能实用性究竟有多好。软件实用性会影响越来越多的功能，如联网汽车功能、OTA升级、功能升级、ADAS和未来的自动驾驶功能。如果软件不实用，潜在用户对汽车的评价就不会好，这可能影响未来的销售。负面评价一直是高级信息娱乐系统的问题，苹果和谷歌在最近发布的信息娱乐-智能手机集成系统中解决了这一问题，从而取得了成功。
汽车的“使用”阶段通常持续10到15年，在很多国家有时会更长。在如此长的使用寿命内需要修复大量的软件错误。为降低OEM和软件供应商的保修和召回成本，需要利用低成本的空中下载技术（OTA）来修复错误及更新软件版本。
在“使用”阶段，软件即服务（SaaS）和云软件业务具有巨大的增长潜力；基于SaaS的安全系统架构前景良好；人们认为“使用”阶段的主要机会在于修复错误的OTA和功能软件更新；通过SaaS提供的信息娱乐内容在不断增长；汽车事故也创造了很多商机，因为新的硬件系统需要新的软件。
在软件的四个阶段中，“建立”是最昂贵的阶段，采用软件平台可以降低开发成本、减少大型程序中的错误数。在高科技行业助力之下，汽车行业已开始使用软件平台，但未来还需要更多的软件平台。
（原文刊登于EETimes美国版，参考链接：Automotive Software: Where Are We?，由Jenny Liao编译。）
本文为《电子技术设计》2020年10月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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