Aplicación de la nube nativa en el desarrollo automotriz

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Cloud nativo es un marco de desarrollo e implementación basado en la nube. Las aplicaciones basadas en marcos nativos de la nube y conceptos de desarrollo se denominan aplicaciones nativas de la nube. Cloud Native es una palabra compuesta por "Nube" y "Nativo". "Nube" significa que la aplicación se implementa en un entorno de nube, mientras que "Nativa" significa que la aplicación está diseñada teniendo en cuenta el entorno de nube, se ejecuta en la plataforma de nube de la mejor manera posible y aprovecha al máximo la elasticidad y Distribución de la plataforma en la nube Ventajas.
Con la exploración en profundidad del valor del software automotriz, la comprensión, la investigación y el desarrollo de la "definición de software" dentro y fuera de la industria se están volviendo cada vez más profundos. En el camino hacia la nube nativa en la industria automotriz, existen diferencias entre los diferentes usuarios: algunas empresas automotrices tradicionales recién comienzan, mientras que otras se han convertido en líderes y han logrado avances importantes en la adopción de nuevas tecnologías. En el contexto de los automóviles definidos por software, se pueden observar algunas tendencias notables:

Tomando el software como núcleo, anteponiendo las necesidades de las personas y enfocándose en brindar una experiencia de servicio de alta calidad. Los coches ya no son sólo productos mecánicos fríos, sino que se han vuelto más reconfortantes.
El automóvil se convierte en un espacio inteligente que integra funciones como oficina, entretenimiento, pago e interacción social, y debe satisfacer las necesidades individuales.
Las nuevas empresas de automóviles logran la rápida integración y producción de diversos servicios mediante el desacoplamiento de aplicaciones de microservicios, el establecimiento de plataformas de servicios y el uso de la tecnología de Internet de los vehículos.
La tendencia de desarrollo del software es hacia los microservicios y la contenedorización.

Si bien cumple con los requisitos funcionales obligatorios de diferentes regulaciones regionales, un nuevo modelo también debe proporcionar cientos de opciones funcionales, y la cantidad de combinaciones posibles de estas opciones aumentará exponencialmente. Abordar estos requisitos de configuración de funciones requiere una metodología que pueda desarrollar, probar y ofrecer capacidades a escala para minimizar las interrupciones y las interdependencias. Además, el buen funcionamiento del software también es inseparable del soporte del hardware.
Las funciones del software automotriz son cada vez más diversas y complejas, lo que impone mayores exigencias a las plataformas de hardware. A diferencia del ciclo de reemplazo de dos a tres años de los productos electrónicos de consumo, la vida útil promedio de los automóviles tiende a ser más larga. Esto nos lleva a una pregunta bastante desafiante: ¿Qué plataforma de hardware puede proporcionar suficiente flexibilidad, potencia informática y capacidades de procesamiento de datos para cumplir con los requisitos requeridos para escenarios complejos que aún no han ocurrido?
La respuesta está definida por software. La definición de software no solo se refiere al inicio y control de funciones específicas mediante software, sino que también incluye la abstracción del hardware subyacente para permitir que el mismo software se ejecute sin problemas en diferentes hardware. Además, la definición de software también debe tener la capacidad de actualizarse y actualizarse continuamente, y desarrollarse y construirse en base a tecnología de nube. Este enfoque definido por software proporciona flexibilidad y adaptabilidad, lo que permite que el vehículo se adapte a futuros avances tecnológicos y cambios en los requisitos funcionales. Al adoptar un enfoque definido por software, los fabricantes de automóviles pueden responder mejor a las cambiantes demandas del mercado y, al mismo tiempo, ofrecer a los consumidores opciones más funcionales. Este método también puede reducir el costo de desarrollo y mantenimiento, mejorar la calidad y confiabilidad del software y brindar una mejor garantía para el rendimiento general y la experiencia del usuario del vehículo.
Los automóviles definidos por software deben cumplir los siguientes cuatro requisitos: **
1. Portabilidad
El software debe poder ejecutarse en diferentes plataformas de hardware para lograr la compatibilidad multiplataforma del mismo software. De esta manera, el software puede funcionar sin problemas independientemente de los diferentes modelos, fabricantes o configuraciones de hardware, lo que garantiza coherencia funcional y confiabilidad.
2. Desarrollo y actualización de la nube
El software debe desarrollarse, construirse y actualizarse basándose en la tecnología de la nube para minimizar los costos de desarrollo y mantenimiento. A través del desarrollo y las actualizaciones en la nube, los fabricantes pueden lanzar rápidamente nuevas funciones y corregir defectos de software sin la necesidad de actualizar físicamente cada vehículo, lo que mejora la eficiencia del desarrollo y la experiencia del usuario.
3. Confidencialidad, seguridad funcional y tiempo real
Teniendo en cuenta la particularidad de la industria automotriz, el software debe cumplir con los requisitos en tiempo real para garantizar una respuesta oportuna a diversas instrucciones y comentarios del vehículo. Al mismo tiempo, el software debe tener seguridad funcional y ser capaz de identificar y manejar posibles fallas y riesgos para garantizar la seguridad del vehículo y los pasajeros. Además, es fundamental proteger la confidencialidad del software para evitar accesos no autorizados y ataques potencialmente maliciosos.
4. Arquitectura abierta
La arquitectura del software debe ser abierta para crear un ecosistema más grande en el que todos puedan participar. De esta manera, no sólo los fabricantes y proveedores de automóviles pueden desarrollar e integrar software conjuntamente, sino que también se puede atraer a desarrolladores y socios externos para que se unan y creen funciones más innovadoras y ricas. La arquitectura abierta también puede promover la interoperabilidad del software y mejorar la flexibilidad y escalabilidad general del sistema.
A medida que las funciones del automóvil se vuelven más complejas y diversificadas, el tamaño del código del software del automóvil se vuelve cada vez mayor. En este contexto, los métodos de desarrollo nativos de la nube se han convertido en una forma eficaz de promover la industria de la infraestructura de la nube para reducir costos y acortar el tiempo de desarrollo. Actualmente, la computación en la nube ha entrado en una etapa madura y la nube nativa, como tecnología importante que respalda la transformación digital, muestra un gran potencial en campos emergentes como la inteligencia artificial, los macrodatos, la informática de punta y 5G. En el futuro, se desarrollarán cada vez más aplicaciones basadas en plataformas en la nube para aplicaciones locales, y la computación en la nube proporciona muchas ventajas, como el aislamiento de recursos, la distribución y la alta disponibilidad para las aplicaciones nativas de la nube, maximizando las ventajas de la computación en la nube.
Las aplicaciones nativas de la nube tienen algunos escenarios de aplicación típicos en las empresas automotrices:
1. Las prácticas convencionales de DevOps generalmente adoptan microservicios y contenedores.
Para los proveedores de contenido y proveedores de servicios de viajes en la industria automotriz, ya sea reconocimiento de voz o el suministro de contenido como el clima y las acciones, pueden continuar iterando y actualizando sus productos basados en tecnologías y conceptos nativos de la nube.
2. Los campos del análisis de datos y la inteligencia artificial, como Internet de los vehículos, son naturalmente adecuados para la tecnología de contenedorización.
Al contener el proceso de entrenamiento e inferencia, los algoritmos sin estado pueden sacar conclusiones rápidamente, lo que no solo es rápido sino que también ahorra recursos. Por lo tanto, los escenarios relacionados con la IA son ideales para adoptar contenedores y pilas de tecnología nativa de la nube. A través de la tecnología nativa de la nube, el análisis de datos de la cadena de producción y fabricación ascendente y descendente puede unificar todo el proceso comercial y lograr una gestión automatizada, refinada e inteligente.
** 3. Colaboración en redes de automóviles híbridos y multinube.

En un escenario híbrido de Internet de vehículos de múltiples nubes, las aplicaciones pueden fluir y migrar libremente en varias nubes. No importa en qué nube se implementen la aplicación y el middleware, los usuarios pueden migrar a voluntad, de un proveedor de nube a otro sin modificar nada.
Aplicación nativa de la nube
La aplicación de tecnología nativa de la nube permite el desarrollo ágil de aplicaciones, mejora significativamente la velocidad de entrega, reduce los costos de prueba y error del negocio, responde eficientemente a las necesidades del usuario, mejora la experiencia del usuario y acelera el proceso de innovación empresarial. Actualmente, la industria automotriz se encuentra en un período de cambio y existe una relación de competencia y cooperación entre varias comunidades de software automotriz. Muchas comunidades de software automotriz están promoviendo la aplicación de tecnologías nativas de la nube en el campo automotriz. Entre ellos, el Grupo SDV liderado por Microsoft, la organización SOAFEE liderada por ARM, etc. Empresas nacionales como Joyson, Neusoft, Chuangda y Yingchi Technology se han unido a la organización SOAFEE para promover conjuntamente la aplicación de tecnología nativa de la nube en el campo de la automoción. .desarrollar.

2. Introducción a la arquitectura SOAFEE
En 2021, Arm y otros miembros fundadores anunciaron conjuntamente el establecimiento del Grupo de Interés Especial (SIG) SOAFEE (Arquitectura Abierta Escalable para Embedded Edge), que une a fabricantes de automóviles, empresas de semiconductores, empresas de software y empresas de la nube. Los líderes tecnológicos están trabajando juntos para definir una nueva arquitectura de estándares abiertos que permita la pila de tecnología de nivel más bajo para automóviles definidos por software, proporcionando una implementación de referencia que permite que las tecnologías nativas de la nube, como microservicios, contenedores y sistemas de orquestación, se combinen con funciones automotrices. seguridad por primera vez, manteniendo así el medio ambiente igual. El lanzamiento de SOAFEE tiene como objetivo resolver tres problemas principales: permitir la reutilización de software en diferentes soluciones de chips, implementar fácilmente la implementación de software desde la nube hasta el borde y hacer avanzar el proceso de desarrollo para que los desarrolladores puedan comenzar el desarrollo de software antes e implementar actualizaciones de software después. el coche llega al mercado.
SOAFEE
En el caso en que la tecnología tradicional de centro de datos o nube del lado del servidor no se puede aplicar directamente a la industria automotriz, los requisitos especiales de los automóviles en cuanto a seguridad funcional y rendimiento en tiempo real se han convertido en los problemas más críticos. La arquitectura SOAFEE satisface las necesidades de la industria automotriz en materia de seguridad funcional y en tiempo real al ampliar la tecnología de nube existente. Basado en el estándar abierto System Ready en Arm Project Cassini, SOAFEE realiza la abstracción del hardware subyacente.
La arquitectura de la nube nativa en el campo automotriz consta de las dos partes siguientes: la capa inferior es la plataforma informática de hardware y la capa superior es el firmware, que sirve como interfaz entre el software y el hardware del sistema. Además del software del sistema, hay varias aplicaciones y servicios que se ejecutan en sus propios entornos independientes, llamados contenedores. En un sistema basado en la nube, estos contenedores se desarrollan, prueban y verifican en el entorno de la nube, y luego se configuran los recursos de software y hardware apropiados para las aplicaciones y servicios en cada contenedor a través del módulo de software del orquestador, de modo que que puedan Capacidad para realizar tareas en el automóvil. Al mismo tiempo, en la nube también existe un módulo de integración continua/entrega continua (CI/CD) responsable de gestionar las actualizaciones de aplicaciones y servicios.
Al introducir el concepto de arquitectura SOAFEE y nativa de la nube, el desarrollo de software automotriz puede satisfacer mejor los requisitos de la industria automotriz en materia de seguridad funcional y rendimiento en tiempo real, mejorar la eficiencia del desarrollo y promover la innovación empresarial.
La arquitectura nativa de la nube SOAFEE unifica las interfaces entre hardware, firmware y software del sistema a través del estándar abierto System Ready, logrando el primer nivel de abstracción. Al mismo tiempo, el problema de compartir recursos entre diferentes sistemas operativos se resuelve a través del hipervisor, y el tiempo de ejecución del contenedor y la capa de abstracción de hardware (HAL) se utilizan como otro nivel de abstracción. La siguiente figura muestra un diagrama esquemático de la arquitectura nativa de la nube de SOAFEE.
Arquitectura nativa de la nube de SOAFEE
En la nube, SOAFEE no solo crea el mismo entorno de software, sino que también crea un entorno de hardware virtual (ECU virtual) para garantizar la coherencia entre la nube y el terminal. Una contribución importante de SOAFEE es convertir el orquestador en un módulo de software que pueda manejar la seguridad funcional y los requisitos en tiempo real.
La solución de arquitectura SOAFEE utiliza las características de los contenedores y puede configurar diferentes recursos de software y hardware para cada contenedor. Por ejemplo, las funciones y servicios de conducción autónoma se colocan en contenedores independientes y, a través de un orquestador, se puede configurar un entorno de hardware y software que cumpla con el más alto nivel de requisitos de seguridad funcional para proporcionar servicios para el contenedor. Por otro lado, la navegación, por ejemplo, no requiere el máximo nivel de seguridad funcional porque el consumo de energía sería muy alto y habría un diseño redundante de la aplicación. Para tal configuración de contenedor, no se requiere el nivel más alto de seguridad funcional, y generalmente no se requieren mecanismos como el bloqueo dividido para soportar el contenedor. Por lo tanto, existen diferentes requisitos de seguridad funcional entre diferentes contenedores, de modo que se puede construir una base flexible y el orquestador puede configurar el entorno de software y hardware apropiado para cumplir con los requisitos de estos diferentes contenedores, logrando así la funcionalidad de todos los objetivos de seguridad del sistema. .
Cuando se ejecutan funciones y servicios en el vehículo, el hardware subyacente debe proporcionar una buena escalabilidad para hacer frente a diversas necesidades de procesamiento informático y, al mismo tiempo, lograr un rendimiento operativo óptimo dentro de un determinado rango de consumo de energía. Además, debe proporcionar tecnología para manejar el tiempo real, la seguridad funcional y la confidencialidad. La tecnología proporcionada por ARM puede cumplir plenamente con estos requisitos, por lo que ARM puede comenzar con la tecnología IP del terminal para mejorar la arquitectura de los automóviles definidos por software e integrar las necesidades de la cadena de la industria automotriz para los automóviles definidos por software. SOAFEE cubre una variedad de arquitecturas IP y de hardware diferentes. Siempre que cumplan con la interfaz estándar entre software, también se pueden utilizar arquitecturas de hardware distintas de ARM en SOAFEE.
Después de adoptar SOAFEE, los costos de desarrollo de software de los fabricantes de automóviles y proveedores de primer nivel se reducirán significativamente. Al mismo tiempo, mediante la introducción continua de servicios posventa innovadores, se pueden crear nuevas fuentes de ingresos para los fabricantes de automóviles. Los proveedores de software y diseño de circuitos integrados pueden diferenciar mejor sus productos y atraer a más desarrolladores de aplicaciones en la nube para que participen en la innovación automotriz. En última instancia, los consumidores disfrutarán de funciones y experiencias personalizadas más satisfactorias del automóvil.
Además, el proceso de desarrollo de un automóvil tradicional lleva de tres a cuatro años, y las especificaciones de los chips IC son los estándares de hace tres o cuatro años. La arquitectura SOAFEE puede realizar un desarrollo de desplazamiento a la izquierda a través de SOAFEE y plataformas de desarrollo de hardware antes de que se determinen las especificaciones de IC, determinando así los requisitos informáticos de las aplicaciones y servicios, reduciendo el riesgo de especificaciones inconsistentes y acortando todo el ciclo de desarrollo.
Muchas empresas han comenzado a utilizar plataformas en la nube para desarrollar software automotriz. Desde el lanzamiento de SOAFEE, su número de miembros se ha cuadruplicado hasta superar los 50. Estos miembros provienen de todos los aspectos de la cadena de suministro automotriz, abarcando proveedores de chips, proveedores de software, integradores de sistemas, proveedores de servicios en la nube, fabricantes OEM y proveedores de primer nivel. Cada semana se unen nuevos miembros, ampliando aún más la red de influencia y cooperación de SOAFEE. Si el ecosistema se desarrolla como se espera, es probable que muchos actores cambien gradualmente a SOAFEE. Los procesadores ARM dominan todas las áreas de la ECU. Una vez que los principales fabricantes de equipos originales, los proveedores de nivel 1 y los principales fabricantes de chips comiencen a adoptar sistemas y software compatibles con ARM, SOAFEE se convertirá en el estándar de facto. SOAFEE se convertirá en una parte importante e indispensable del futuro ecosistema automotriz, proporcionando soluciones innovadoras para el desarrollo de software automotriz.

3. Introducción al Grupo de trabajo de vehículos definidos por software de Eclipse **
En marzo de 2022, la Fundación Eclipse anunció en su sitio web oficial el establecimiento del Grupo de trabajo de vehículos definidos por software. Los miembros principales del grupo de trabajo incluyen a Microsoft, que desarrolla la mayor cantidad de software del mundo, Eclipse, una de las fundaciones de código abierto más grandes del mundo, y tres de las cinco principales autopartes del mundo: Bosch, ZF y Conti.
El grupo de trabajo de Eclipse SDV se centra en el uso de código abierto y especificaciones abiertas para acelerar la innovación de pilas de software para automóviles de nivel automotriz. El grupo de trabajo proporciona un foro para que individuos y organizaciones (incluidos Accenture, Arm, Bosch, CARIAD, Continental, Microsoft, NXP Semiconductors, SUSE, Toyota y ZF) creen y promuevan el software de código abierto, las especificaciones y un modelo de colaboración abierta necesarios. para crear una plataforma de software automotriz escalable, modular, extensible, lista para la industria y con licencia abierta que respalde el desarrollo y la implementación de aplicaciones dentro y alrededor del vehículo.
Centrados en un enfoque de "primero el código", los proyectos relacionados con SDV se comprometen a construir la primera pila de software de código abierto de la industria y las herramientas asociadas para respaldar las funciones principales de los vehículos nuevos. El Grupo de Trabajo SDV cree que este enfoque tendrá un impacto material en la industria más rápidamente. Estos nuevos proyectos, liderados por líderes como Bosch, Microsoft, Continental, ZF, Cariad, Accenture y Eteration, ya están poniendo su software a disposición de cualquier organización que desee aprovecharlos para el desarrollo de sus propios vehículos.
Para respaldar la transformación de los vehículos definidos por software, actores clave de las industrias tecnológica y automotriz están desarrollando activamente pilas de tiempo de ejecución de aplicaciones para vehículos de código abierto, sistemas operativos para vehículos basados en la nube y cadenas de herramientas de desarrollo altamente integradas. La Iniciativa Automotriz Definida por Software de Código Abierto tiene como objetivo proporcionar código fuente abierto utilizable para software en vehículos en diferentes modelos, líneas de productos, marcas, organizaciones y períodos de tiempo. Esto acelerará en gran medida la velocidad de la innovación, la producción y la producción a gran escala de vehículos con software como núcleo, reduciendo significativamente la complejidad de los nuevos diseños de vehículos y mejorando al mismo tiempo la eficiencia. Los actores de la industria se benefician de la capacidad de centrarse en la innovación mientras ahorran tiempo y costos en elementos no diferenciadores como sistemas operativos en tiempo real, partes específicas de la capa de middleware o protocolos de comunicación.
Eclipse SDV ha llevado a cabo actualmente 32 proyectos. A continuación se presentan brevemente los proyectos Velocitas y Kuksa de Eclipse SDV. Eclipse Velocitas es una cadena de herramientas de desarrollo de código abierto, modular, escalable y de extremo a extremo para crear aplicaciones en vehículos en contenedores y no en contenedores.
Características de Eclipse Velocitas
Eclipse Velocitas:
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Gestión del ciclo de vida del proyecto para actualizar los repositorios de aplicaciones en el vehículo a través de la interfaz de línea de comandos.
El soporte de abstracción de vehículos proporciona una forma segura de escribir y de autocompletado para centrarse en la lógica empresarial mediante el uso del modelo de vehículo generado a nivel de código. Los modelos de vehículos se generan a partir de una API estandarizada, que oculta señales específicas del vehículo y detalles de la arquitectura eléctrica/electrónica, lo que permite que las aplicaciones dentro del vehículo sean portátiles entre diferentes arquitecturas electrónicas y de software.
La integración de Microsoft Visual Studio Code con DevContainer ayuda a instalar rápidamente todo lo que necesita para iniciar el desarrollo local, mientras que las tareas y las configuraciones de inicio ayudan a iniciar servicios de ejecución, otras aplicaciones y pruebas.
Los esqueletos y ejemplos de aplicaciones para vehículos ayudan a comprender cómo escribir aplicaciones para vehículos utilizando los servicios de tiempo de ejecución KUKSA.VAL.

Una de las funciones principales del proyecto de código abierto Eclipse Kuksa es abstraer los datos y las interfaces del vehículo en un formato común basado en las especificaciones de las señales del vehículo, etc. VAL es el componente central del proyecto Kuksa y es el principal responsable de mapear y convertir varios formatos de datos no estándar en el vehículo a un formato de datos estándar VSS unificado y, al mismo tiempo, proporcionar varias interfaces estándar para la interacción con el exterior. .
Arquitectura del sistema de Kuksa.VAL

Los flujos de trabajo de CI/CD listos para usar pueden crear (para múltiples arquitecturas), probar, documentar e implementar aplicaciones en contenedores para vehículos sin depender de una arquitectura eléctrica/electrónica, lo que ahorra tiempo de configuración.

Impulsada por todos los aspectos de la cadena de suministro automotriz, incluidos proveedores de chips, proveedores de software, integradores de sistemas, proveedores de servicios en la nube, fabricantes OEM y proveedores de primer nivel, la aplicación de tecnología nativa de la nube en el campo automotriz marcará el comienzo de un desarrollo acelerado. Al mejorar los métodos de desarrollo, construcción, gestión y actualización de software, se mejora enormemente la eficiencia de todo el desarrollo del sistema de software automotriz, al tiempo que se reducen los costos de desarrollo y mantenimiento, lo que acelera aún más la llegada de la era de los automóviles definidos por software.

referencias:

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Tomando el software como núcleo, anteponiendo las necesidades de las personas y enfocándose en brindar una experiencia de servicio de alta calidad. Los coches ya no son sólo productos mecánicos fríos, sino que se han vuelto más reconfortantes.
El automóvil se convierte en un espacio inteligente que integra funciones como oficina, entretenimiento, pago e interacción social, y debe satisfacer las necesidades individuales.
Las nuevas empresas de automóviles logran la rápida integración y producción de diversos servicios mediante el desacoplamiento de aplicaciones de microservicios, el establecimiento de plataformas de servicios y el uso de la tecnología de Internet de los vehículos.
La tendencia de desarrollo del software es hacia los microservicios y la contenedorización.

Gestión del ciclo de vida del proyecto para actualizar los repositorios de aplicaciones en el vehículo a través de la interfaz de línea de comandos.
El soporte de abstracción de vehículos proporciona una forma segura de escribir y de autocompletado para centrarse en la lógica empresarial mediante el uso del modelo de vehículo generado a nivel de código. Los modelos de vehículos se generan a partir de una API estandarizada, que oculta señales específicas del vehículo y detalles de la arquitectura eléctrica/electrónica, lo que permite que las aplicaciones dentro del vehículo sean portátiles entre diferentes arquitecturas electrónicas y de software.
La integración de Microsoft Visual Studio Code con DevContainer ayuda a instalar rápidamente todo lo que necesita para iniciar el desarrollo local, mientras que las tareas y las configuraciones de inicio ayudan a iniciar servicios de ejecución, otras aplicaciones y pruebas.
Los esqueletos y ejemplos de aplicaciones para vehículos ayudan a comprender cómo escribir aplicaciones para vehículos utilizando los servicios de tiempo de ejecución KUKSA.VAL.

Los flujos de trabajo de CI/CD listos para usar pueden crear (para múltiples arquitecturas), probar, documentar e implementar aplicaciones en contenedores para vehículos sin depender de una arquitectura eléctrica/electrónica, lo que ahorra tiempo de configuración.