電動汽車市場份額的上升和未來所需內燃機的減少正在改變汽車行業。人們可能會認為這會簡化車輛設計，但隨著駕駛員輔助技術成為一個關鍵的區別，它們實際上正在成為真正的“車輪上的數據中心”。此外，汽車駕駛員已經習慣了基于消費者的娛樂體驗，這必須反映在未來的座艙設計中。一些高端汽車目前包含超過1億行代碼，到下一個十年，全自動駕駛汽車預計將達到5億輛。相比之下，一架現代商業航空公司的飛機“只”包含大約1400萬行代碼。

與任何一種激進的變革一樣，向軟件定義的車輛過渡也帶來了很多挑戰。幸運的是，為了應對這些挑戰，該行業可以依靠一個強大的概念來幫助管理這種指數級的復雜性：虛擬化。

虛擬化的好處

當談到汽車行業的虛擬化時，首先想到的好處是急需的硬件整合。事實上，轉向具有區域控制器的集中式架構可以降低成本，并有助于減輕當前芯片短缺問題和供應鏈依賴性的影響。它還降低了線束的重量和復雜性，同時大大節省了開發、測試甚至工具鏈投資。

虛擬化對于滿足日益增長的車內定制功能和功能的需求是不可或缺的。它創造了一種市場差異化的車輛用戶體驗，因為虛擬化通過開放和靈活的環境促進了創新和創造力。

虛擬化也是汽車云化的一個關鍵要求，它可以釋放新的用例，并實現云原生環境的所有好處。從軟件實踐的角度來看，它實現了開源模型、持續集成/持續開發（CI/CD）、微服務、工作負載容器化，并加快了空中傳送（OTA）更新。它還減少了開發人員的摩擦，降低了風險，同時縮短了上市時間。虛擬化甚至可以通過實時遷移實現邊緣計算卸載。

能夠快速發展軟件的汽車供應商將獲得決定性的競爭優勢，因為他們可以提供最佳的安全保障。這就是為什么Arm與領先的行業合作伙伴一起，通過SOAFEE（https://www.soafee.io/），一種新的汽車軟件架構和開源參考實現，改變了軟件定義的行業未來。這種行業領先的協作將汽車的實時和安全需求與云原生方法的優勢結合在一起。

合并的潛在后果

這種整合的結果是，必須共享急需的硬件加速器，如GPU和外圍接口，如以太網，同時仍保持所需的性能和隔離水平。在虛擬化環境中，這通常是通過讓特定的虛擬機（VM）處理共享來實現的。然而，此解決方案可能存在以下缺點：

。 對于單個VM來說，由此產生的計算負載可能太大

。 它可能會造成傳輸擁堵

。 可能會出現效率低下的情況，例如使用數據拷貝

。 擺脫干擾和可預測性變得更加困難

。 它可能會啟用拒絕服務（DoS）攻擊

。 成功的網絡攻擊可能會傳播到其他虛擬機。

這種情況的一個潛在解決方案是支持硬件虛擬化，如Arm Mali-G78AE GPU（https://www.arm.com/products/silicon-ip-multimedia/gpu/mali-g78ae），每個虛擬機可以直接訪問其自己分配的外圍設備。這有助于實現接近裸金屬的性能。

正如我們通過Arm Cortex-R52（https://www.arm.com/products/silicon-ip-cpu/cortex-r/cortex-r52）和未來的汽車芯片Armv8-R CPU支持的設備虛擬化和分區示例所看到的，必須權衡不同的選項。還必須進行權衡，為每個用例找到最佳解決方案。

今天題為“實時系統的設備虛擬化原則”（https://armkeil.blob.core.windows.net/developer/Files/pdf/white-paper/device-virtualization-whitepaper.pdf）的白皮書旨在提供指導，以了解哪些不同的選項最適合虛擬化基于Armv8-R的系統上構建的設備。正如您在白皮書中所看到的，并不是所有的解決方案都適用于給定的用例。系統架構師必須仔細選擇硬件中應該支持哪些設備共享模型。然而，無論選擇哪種方法，都應遵循本白皮書中解釋的原則，將特權模型擴展到設備，作為安全保障的基礎。為了加快未來汽車EE架構的采用，并降低共享電子控制單元（ECU）的軟件集成成本，行業必須建立一套眾所周知的設計模式和最佳實踐，以解決設備虛擬化問題。

全新Arm白皮書

虛擬化并非沒有成本。在變得更加開放和安全的同時保持安全性和可預測性可能具有挑戰性。所需的軟件整合工作要求改變當前的做法。在Arm，憑借我們在虛擬化和云原生環境方面的歷史，我們在去年9月發布的“Armv8-R Cortex-R52+軟件整合的最佳實踐”白皮書（https://armkeil.blob.core.windows.net/developer/Files/pdf/white-paper/best-practices-for-armv8-r-cortex-r52-st2-whitepaper.pdf）中提供了指導。然而，通往軟件定義車輛的道路遠非一帆風順。

事實上，計算平臺和汽車軟件生態系統的多樣性阻礙了重用和創新。整個行業現在都在考慮是否需要簡化軟件和接口，實現全球標準化，甚至制定認證計劃。虛擬化技術的全部潛力只能通過一種新的范式轉變來發揮：在開放標準化方面的進一步協調。作為第一步，本白皮書正式確定了一組通用要求，我們建議微控制器（MCU）和片上系統（SoC）（包括Armv8-R CPU）應滿足這些要求。但開放標準是由社區建立的，Arm很樂意與合作伙伴討論如何進一步標準化這種計算架構的軟件。SOAFEE Hypervisor Tiger Team可能是討論下一步行動的好地方。

虛擬化作為計算發展的一部分

簡言之，虛擬化現在是Armv8-R體系結構所服務的領域中正在發生的革命的核心。例如，Cortex-R52+中的EL2分離選項代表了一個很好的選項，可以實現多個軟件堆棧的智能集成。雖然CPU體系結構已經發展到能夠提供這樣的功能來實現虛擬化，但在設備端，無論是對于硬件加速器還是I/O外圍設備，在平衡性能和成本的同時，實現適當的安全隔離可能具有挑戰性。根據使用情況，具有不同軟件和硬件成本與效率比率的多個解決方案將被證明是最佳的。這份新的白皮書“實時系統的設備虛擬化原則”討論了這些方法，為系統架構師提供指導。這是實現實時系統中設備虛擬化適當標準化的先決條件。

審核編輯 ：李倩