本文旨在为软件定义汽车的前身——网联汽车提供一个扩展观点。我认为，网联汽车和软件定义汽车的关系正变得密不可分。
表1概述了网联汽车与软件定义汽车技术如何相互作用并彼此增强。在很大程度上，它们正在重新定义汽车行业的许多方面。其关键在于网联汽车会带来大量的空中软件更新，这使软件定义技术在其生命周期内演变为更好的功能。
表1：网联汽车与软件定义汽车密不可分。
软件定义汽车由包含多个软件平台的层级架构组成，这些平台之间通过API进行通信。这种面向服务的架构（SOA）正成为一种越来越受欢迎的软件系统框架。
网联汽车是软件定义汽车的核心技术，它可以实现汽车终身的软件bug修复、软件更改和功能更新。
SOA需要对很多系统架构进行改善，其中以域电子控制单元（ECU）和以太网的改进最为重要。由于软件平台越来越复杂，也越来越庞大，向域ECU的转换需要OTA功能的支持。
在未来五年左右的时间里，以太网架构将成为主导网络框架。以太网将提供更快速的OTA更新并提供更好的网络安全性能。
无论是在开发阶段还是部署阶段，网联汽车app都在向云端迁移。因此，云原生技术对网联汽车软件的影响也越来越大。
软件容器技术对于汽车软件的重要性也愈发显著。软件容器包括应用程序代码、配置文件、库和运行app所需的依赖项。一个容器相当于一个可移植到其他系统的虚拟化app。
微服务是小型独立服务单元的集合，专注于将app划分为具有明确定义接口的单一功能模块。微服务被封装在容器中，这使得微服务能够在定义的容器运行时环境中执行。
微服务的部署由编排器管理和监控。云原生活动的工作流程被称为DevOps，它用于简化应用的开发、部署和升级。
亚马逊网络服务（AWS）、微软 Azure 和谷歌云依次为美国三大云提供商。AWS是汽车云服务领域无可置疑的领导者。其汽车客户包括奥迪、宝马、大陆、电装、马自达、Mobileye、丰田、优步、沃尔沃集团、大众等。
第二名微软Azure的汽车客户包括宝马、博世、通用和Cruise、日产、雷诺、丰田、大众和采埃孚。
中国有三个重要的云提供商：阿里云、腾讯云和百度智能云。阿里巴巴无疑是中国云计算市场的领导者。
至少直到2025年之前，网联汽车的嵌入式调制解调器技术都将由4G技术主导。新兴的5G 技术才刚刚开始用于汽车。下面的内容涉及5G网联汽车部署。
智能手机的快速增长及其他功能使其成为了远程信息处理系统的核心功能。5G智能手机的应用正在稳步增长，它比汽车嵌入5G至少提前了三年。OTA软件更新常常通过驾驶员的住宅Wi-Fi局域网完成。
C-V2X（蜂窝车联网）的成功取决于5G的部署速度，因此会有很大的地域差异。中国是目前C-V2X应用的领导者，C-V2X正成为许多自动驾驶汽车测试与试驾的内容之一。C-V2X还将用于交通管理等ITS应用。
所有联网汽车都需要网络安全，这其中包括嵌入式硬件和软件以及基于云的服务与分析。
汽车行业的网络安全比智能手机和PC复杂得多，这主要有两个原因：每辆汽车中都有数十个ECU，它们通过多条不同速度与特性的电子总线相互连接；每辆汽车都有多个车载和远程接入点，包括OBDII、USB 和SD端口、无钥匙开门、蓝牙和Wi-Fi、嵌入式调制解调器、传感器、信息娱乐系统，甚至智能手机app。
所有软件定义汽车都需要OTA软件更新，其中包括嵌入式代码和基于云的服务和软件管理。“OTA Software Updates: Changes Ahead”一文中提供了更多有关OTA软件的技术趋势与公司的信息。
2020年，联合国通过了UNECE WP.29 OTA和网络安全法规。WP.29法规适用于欧盟、英国、日本、韩国等54个国家。这些国家的汽车销量约占全球的35%。所有向这些市场销售的汽车OEM，都必须遵从WP.29 OTA和网络安全法规，并在允许销售之前出示获得型式认证的合规证明。
WP.29法规大概将于2022年开始实施；到2024年，欧洲和其他地区都将要求符合这一法规。但美国不在54个WP.29国家之列，美国实施的是每个汽车OEM的自我认证程序。
另外，SAE和ISO也于2021年8月颁布了另一个汽车网络安全标准。
AI技术
语音识别和用户界面是最成功的汽车AI应用。它们利用智能手机和消费电子产品中的AI技术，部署在信息娱乐系统和人机界面当中。在过去的五年中，Alexa、CarPlay、Android Auto及类似产品已经配置在绝大多数的车型当中。
远程诊断是一种先进的远程信息处理应用。AI技术的加入可以帮助汽车预测未来可能发生的设备故障，同时提供远程预测。
OTA软件和网络安全功能都在嵌入式软件客户端以及基于云的服务与分析软件中添加了AI技术。
自动驾驶汽车是AI技术最具价值但难度最大的应用场景。不过，基于AI的技术改进，其软件开发已蓄势待发。在未来十年内，软件bug的识别与修复很大可能会通过创新的AI技术来完成。
目前，欧盟已经发布了AI法规提案，预计其将在欧洲产生重大影响，最终极有可能像“General Data Protection Regulation（通用数据保护条例）”一样扩散到其他地区。
商业模式
由于昂贵的软件开发成本和终身调试与维护成本，软件一直是汽车OEM的成本核心。现在，一种围绕汽车软件云服务模型的OEM利润中心正在兴起。OTA、信息娱乐系统和一些ECU app都是软件即服务（SaaS）的候选对象。
付费的功能OTA更新是另一种新兴的商业模式，它使网联汽车功能和软件定义功能成为可能。
成熟的数据服务都具有相似的特征，Otonomo和Wejo是这方面的领先提供商。
表2展示了搭载网联汽车功能的车辆的销售情况。每种车型都配备了一个嵌入式调制解调器或用于智能手机的嵌入式接口，很多车型甚至同时配备两种接口。IHS Markit提供的数据中包含了美国市场和全球市场。
表2：网联汽车采用率。（数据来源：IHS Markit）
到2025年，美国网联汽车销量预计将达到99.5%。而全球网联汽车采用率2021年将超过74%，到2027年将增长至88%。
5G网联汽车的全球占有率现在仍微不足道，但到2024年将快速增长至13%以上，到2027年将增长至近35%。
美国5G网联汽车销量到2022年将仅为1.5%，但到2024年预计将达到14%，到 2027 年预计将达到52%。
网联汽车正在成为一个行业标准，至少在美国是这样。美国近97%的已售汽车都配备了通信链路，用于与云和其他无线目的地连接。网联汽车链路为软件定义汽车提供了至关重要的功能和特性，这将在未来十年改变整个汽车行业。
为了实现这个目标，软件定义汽车必须在其生命周期内不断进化，这其中的原因有很多。首先，必须要对不可避免的软件bug进行修复，而OTA软件更新则是最好且成本最低的方法。其次，对软件定义汽车的功能进行改进和提升。功能软件更新正在不断涌现，这为汽车OEM及其供应商创造了新的收入来源。第三，软件服务和类似的商业模式都需要无线通信链路。
可以说，网联汽车和软件定义汽车相生相成，未来前景一片光明。
（原文刊登于EDN姐妹网站EE Times，参考链接：Connected, Software-Defined Cars Becoming Inseparable，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2022年1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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