泰·金(Ty Kim)和米歇尔·夏布鲁(Michel Chabroux)著

汽车行业有3项主要趋势，要求在汽车中计算出更高的性能。下一代车辆需要CAE（连接，自动化和电气化）。考虑车辆一种消费设备，具有网络设备的连接和安全要求的水平以及工业设备的功能安全性和可靠性要求。

车内连接需要一个车内网关，用各种网络协议将系统中的多个电子控制单元(ecu)连接起来。随着对更高带宽的需求不断增加，以太网正成为汽车网络的重要组成部分。借助即将到来的5G网络，车辆外联网可以在车载计算机和边缘计算机之间灵活分配工作负载，并在更大的云环境中扩展汽车作为计算节点的作用。这使得各种连接用例得以实现，从非常实用的空中软件(OTA)更新到用于自动驾驶的复杂面向服务架构(SOA)。

HPC网关

汽车许多部件的自动化使驾驶更安全、更方便。随着简单的驾驶辅助系统向更复杂的自动驾驶系统发展，对更高性能计算的需求也在增加，以处理更多的输入数据，并在车载网络中协作ecu。有许多不同的方法可以在多个ecu之间合并和分布工作负载，包括那些具有混合安全和安全工作负载的方法。拥有高性能计算(HPC)网关可以通过适当的SOA方法实现灵活的系统部署和升级。通过集中访问联网车辆的数据，高性能计算网关可以帮助解锁这些数据的价值。

电气化是环境和监管压力的结果，以减少二氧化碳排放的内燃机取代电力传动系统。与此同时，这也促进了人们对更好的互联互通和更多自动化的需求。随着电动动力系统对ecu的需求越来越多，ecu与云的连接对电池和里程管理、数据分析以及空中功能更新/升级变得越来越重要。

高性能计算网关的软件架构

面向服务的架构（SOA）听起来像一个抽象的想法，但这种概念比Autosar Adaptive平台周围的行业努力变得务实。AutoSAR（汽车开放系统架构）是汽车制造商，供应商，服务提供商和来自汽车电子，半导体和软件行业的公司的全球发展伙伴关系。

自2003年成立以来，AUTOSAR合作伙伴已经成功地领导了基于AUTOSAR经典平台的深度嵌入式ecu的标准化软件架构。随着先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶软硬件的快速发展，该合作伙伴关系定义了基于POSIX API、灵活的应用生命周期和执行管理以及SOA等现代计算机科学的AUTOSAR自适应平台的新标准。

使用SOA，服务(逻辑单元)可以在应用程序级的通用IPC API上找到，也可以在外部找到。这提供了对异构硬件和软件环境的抽象，允许开发人员灵活地分布和整合车辆ECU网络内的工作负载，甚至是车辆外部的工作负载，并促进低延迟边缘计算。

SOA的基础是通信协议。AUTOSAR定义了2个协议绑定作为标准的一部分:SOME/IP和DDS。这两种协议通常都运行在UDP/TCP/IP堆栈上，以处理现代ADAS和自动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。

表1显示了VxWorks'网络吞吐量NXP LS1043A-RBD板与千兆以太网接口。一些事情值得注意：

• 对于平均包大小，吞吐量等于或接近线速率。
• 在很多情况下，它的性能都优于Linux。
• 1核配置的吞吐量与4核配置的吞吐量本质上是相同的。这告诉我们的是，如果CPU在单核配置中达到最大值，那么当启用4核时，一个CPU将有3个核来做计算和其他事情。
• 所有的测量都是使用iperf3完成的。

考虑到TCP/IP软件堆栈的复杂性、涉及的进程/任务数量、要处理的系统调用以及要交换的复杂事件和所有权同步的内存缓冲区，网络堆栈性能是一个很好的实际用例指标。

基于Adaptive Autosar中间件和表演网络堆栈的实体基础，可以以最灵活的HPC网关开发和部署应用软件。例如，初始开发可以使用外部ECU提供的服务提供的传感器融合，但随着硬件设计稳定和应用方案成熟，传感器融合服务可以进入HPG网关本身，而不会改变其余的应用程序假设该软件是根据自适应AutoAR标准提供的服务发现协议设计的。

多OS和混合临界应用

HPC网关可以承载具有不同安全级别的各种类型的应用程序。网关的一些基本功能包括协议的转换和不同类型的车辆网络之间的数据路由。然而，随着CPU的计算能力的提高和基于硬件的包处理释放更多的CPU带宽用于额外的任务，更强大的分区技术可以帮助更健壮的系统设计。

例如，使用机器学习方法开发的算法可能已经在Linux环境上进行了原型和验证。它可以使用，而不是将整个应用程序移植到不同的环境上，而是作为虚拟机管理程序的“Linux Guest”沙盒。根据配置，这可以为AI（人工智能）应用程序提供相同的执行环境，最大限度地减少移植和验证实验室环境中开发的应用程序的努力。

其他方案具有增强的安全性，具有更强的分区。Linux或VxWorks客户操作系统可以在其自己的增强安全堆栈中对以太网控制器或调制解调器进行独家访问权限，但可以提供可以提供的访客操作系统外部的外部健康和/或理智监控额外的入侵检测和损坏管理，包括重置来宾操作系统播放防火墙的角色。

在任何一种情况下，都可以有一个安全操作操作负载，其具有最高级别的临界程度与其余分区完全分开，提供基于鲁棒分区的干扰自由风河螺旋虚拟化平台。

结论

在异构硬件和软件环境中开发HPC网关可能是一项艰巨的任务。现代SoC不断增强的计算能力，加上最先进的人工智能技术的复杂性，以及业界对最佳功能安全架构的不同看法，只会让事情变得更加复杂。

基于自适应AUTOSAR标准的面向服务体系结构提供了工作负载管理的灵活性和强大的行业支持。Helix虚拟化平台为实用的功能安全架构提供了强大的分区技术，并为网络安全增加了一层保护，提供了更多的设计选择。