亚马逊云科技和恩智浦半导体公司NXP 助力打造软件定义汽车

作者：David Walters 和Brian Carlson

校对作者：胡正光，亚马逊云科技解决方案架构师，15年IT行业经验，目前负责基于亚马逊云科技云计算方案架构的咨询和设计

汽车行业正在经历一场重大转型，以满足人们对具备互联、电动和自动驾驶的汽车日益增长的需求。这种转型为汽车制造商和汽车供应商带来了新的机遇和好处。客户可以从空中下载（OTA，Over-The-Air）更新中获得新功能，无需访问服务站即可实现软件功能更新。汽车制造商可以在整个车辆生命周期中改进其车辆，并提供新的商业模式，例如按需功能和订阅服务的推出。

为了制造具备互联、电动和自动驾驶的汽车，汽车制造商正在采用软件定义的车辆架构，将信息娱乐、汽车子系统和人机界面应用程序等汽车功能整合到可更新的软件应用程序中。 软件定义的车辆需要一个云解决方案，该解决方案具有可扩展的数据摄取和连接性，并结合用于数据收集和边缘处理的强大车载架构。在这篇博客文章中，我们将探讨亚马逊云科技（ Amazon Web Services）和 恩智浦半导体公司（NXP Semiconductors） 如何通过提供完全集成的硬件到云的解决方案来加快汽车行业的转型。

解决方案概览

为了满足汽车制造商构建软件定义车辆的需求，硬件和云提供商必须紧密合作，以提供紧密集成的服务。预构建的集成解决了开发人员在构建软件定义的互联车辆时面临的连接性和安全性挑战，以便他们可以专注于创造出色的驾驶员体验和开发强大的车载软件。亚马逊云科技 和 恩智浦 NXP 合作简化车辆架构、处理和摄取越来越多的车辆数据，并为开发人员提供示例应用程序来指导他们的软件开发过程。

简化车辆架构
以硬件为中心的车辆集成了数十个电子控制单元（ECU，Electronic Control Unit），用于在车辆中实施子系统。通过引入自带的软件和封闭系统的新 ECU，为车辆增加新功能。

软件定义的车辆使用高性能的多核汽车网关，可同时支持多个应用程序和服务。现在，汽车制造商无需为数十个 ECU 构建硬件和软件，而是可以专注于使用通用硬件解决方案构建软件功能。

车辆网关位于车辆的网络上，用于与多个控制器局域网（CAN，Controller Area Network）、LIN 和汽车以太网接口进行交互。由于车辆网关位于集中的位置并且连接车辆数据源，因此非常适合运行从这些数据中发掘价值所需的边缘处理软件。

图 1 显示通过从以硬件为中心的分布式车辆架构转变为使用面向服务的车辆网关的高度集中的软件定义车辆架构来简化车辆架构。在以硬件为中心的车辆中，ECU 独立运行。在软件定义的车辆架构中，一些面向服务的中央网关控制车辆内的域。

图 1. 通过从以硬件为中心的车辆过渡到具有面向服务的网关的软件定义车辆来简化车辆架构。

NXP S32G 是一款车载网关和网络处理器，将多核 Arm Cortex-M7 处理器和 Cortex-A53 处理器与网络和安全加速相结合，旨在支持ASIL-D 的功能安全应用。

图 2.NXP GoldBox S32G 参考平台（来源：NXP GoldBox 网站）

从车辆摄取数据

尽管车辆中的处理器数量在减少，但来自传感器、激光雷达、高级驾驶辅助系统（ADAS，Advanced Driver Assistance System）和接口等来源的数据量仍在继续增加。根据麦肯锡公司的一项研究，现代汽车每小时可以产生高达 25 GB 的数据，随着新技术和自动化的引入，这一数据量将会增加。 数据以不同的协议和格式在整个车辆中传输。这些数据需要协议转换和规范化才能用于联网车辆。从原始数据分析数据有助于车载软件做出智能决策以提高驾驶员的舒适度，并近乎实时地创造高质量的驾驶体验。

只有车辆制造商解决业务问题所需的数据才需要传输到云端，但软件定义车辆必须足够灵活，以便能够按需摄取新的数据源。在数据源端的位置聚合、筛选和分析这样的数据量需要高性能的处理器和功能强大的软件。

亚马逊云科技提供原生服务和解决方案，便于汽车制造商以可扩展的方式摄取车辆数据。

Amazon IoT Greengrass 是一项开源物联网（IoT，Internet of Things）边缘运行时和云服务，可帮助您通过OTA在联网车辆上构建、部署和管理应用程序。Greengrass 在车载网关上运行，对车辆生成的数据进行本地操作，基于机器学习模型进行预测，并筛选和聚合车辆数据。汽车制造商使用 Amazon IoT Greengrass 通过OTA将软件部署到软件定义的车辆，并提供与云端的连接以进行数据摄取。

Amazon IoT Core 是一个设备网关和消息代理，有助于以可扩展的方式进行车辆数据摄取，以及从云端指挥和控制车辆。IoT Core 是连接车辆连接到云并与下游服务（如数据库、机器学习和分析服务）交换消息的入口点。

Amazon IoT FleetWise 让汽车制造商能够轻松且经济高效地收集、转换车辆数据并将车辆数据近乎实时地传输到云端，使用这些数据构建具有分析和机器学习功能的应用程序，从而提高车辆质量、安全性和智能化。使用 Amazon IoT FleetWise，汽车制造商可以从车队中仅选择所需的数据，并在规定的时间窗口（称为活动）内收集这些数据。

诸如用于车队管理的互联移动解决方案以及用于车辆数据收集的 Amazon IoT FleetWise 这样的 亚马逊云科技解决方案可与恩智浦 NXP 的 S32G 车辆网络处理器紧密集成。S32G Reference Design Board 2（RDB2）和 S32G GoldBox 参考硬件平台符合 Amazon IoT Greengrass 的要求，这意味着它们已将 Amazon IoT Greengrass 集成到其板级支持包（BSP，Board Support Package）中，并且已通过 IoT Device Tester for Amazon IoT Greengrass 的所有相关 Amazon IoT Greengrass 测试。

加快开发人员从边缘到云端的开发速度

为了加快车载服务导向型车载网关的软件开发，恩智浦 NXP 提供了一个名为 Gold Vehicle Integration Platform（GoldVIP）的参考软件平台。GoldVIP 将恩智浦NXP 和亚马逊云科技软件预集成到 S32G 车辆网络处理器的 BSP 中。GoldVIP 提供的服务包括对车辆联网、车载服务、数据分析、云服务、OTA 更新、虚拟化和安全服务的支持。使用 GoldVIP 的客户可以专注于快速设计应用程序的原型，而无需花费额外的开发时间来移植互联车辆所需的软件。

图 3.GoldVIP 软件方框图和架构（来源：NXP GoldVIP 网站）

GoldVIP 包括对 Amazon IoT Greengrass 边缘运行时的开箱即用支持，以及与 Amazon IoT Core 的连接。提供了两个示例应用程序来展示这种集成。示例应用程序基础设施是使用 Amazon Serverless Application Repository（SAR）在开发人员的亚马逊云科技环境中部署和配置的。

第一个示例应用程序 Cloud Edge Gateway 从 Amazon Lambda 函数中收集遥测数据。Amazon Lambda 是一种无服务器、事件驱动的计算服务，可以让您为几乎任何类型的应用程序或后端服务运行代码，，而无需预置或管理服务器。这些遥测指标发布到 Amazon IoT Core，并近乎实时地显示在 Amazon IoT SiteWise Portal 控制面板上。 图 4 展示了示例应用程序架构。图 5 展示了 Amazon IoT SiteWise 应用程序控制面板，其中显示了在软件定义车辆网关上运行的所有应用程序所使用的整体 CPU 负载。

图 4.Cloud Edge Gateway 遥测应用程序架构

图 5.显示 S32G 的 vCPU3 负载激增的 Amazon IoT SiteWise 控制面板

第二个示例应用程序 SJA1110 Telemetry 使用参考硬件板载的 SJA1110 Time-Sensitive Network 以太网交换机，近乎实时地显示交换机数据包性能。数据是从运行 FreeRTOS 的 Arm Cortex-M7 处理器收集的，通过作为客户端设备的 Amazon IoT Greengrass 发布到 Amazon IoT Core，并显示在 Amazon IoT SiteWise Portal 控制面板上。图 6 展示了此应用程序的架构。图 7 展示了 Amazon IoT SiteWise 控制面板，其中显示了从 SJA1110 以太网交换机处理的车辆接口摄取的所有数据的统计信息。

图 6.SJA1110 交换机网络性能示例应用程序架构

图 7.显示 SJA1110 网络交换机 Port5 和 Port6 上的网络流量的 Amazon IoT SiteWise 控制面板

提供示例应用程序作为参考，以便在 S32G 上使用 Amazon IoT Greengrass 和 FreeRTOS 引导新的 亚马逊云科技连接应用程序，并帮助开发人员了解应用程序在 S32G 处理器和相关硬件外围设备上的性能。开发人员在部署和测试新应用程序时，可以实时查看当前的内存、CPU 使用率和网络性能。

GoldVIP 还提供了一个 Yocto Project 环境，供用户创建自己的自定义 GoldVIP 构建，这些构建可以包含额外的功能和新的车辆服务。GoldVIP Yocto Project 包含 meta-aws 配方，用于使用 OpenEmbedded 和 Yocto Project 构建框架为处理器的嵌入式 Linux 操作系统构建亚马逊云科技边缘软件功能。

要开始使用 GoldVIP，可以从 NXP GoldVIP 网站上获取有关如何下载 GoldVIP 软件以及在亚马逊云科技上部署示例应用程序的说明。

结论

恩智浦 NXP 和 亚马逊云科技 合作创建了解决方案和开发人员工具，以加快向互联、自动驾驶和电动的汽车的过渡。软件定义的车辆需要强大的多核车载处理器，这些处理器位于车辆网络的中心位置。亚马逊云科技设备软件（例如 Amazon IoT Greengrass）提供连接和 OTA 更新功能，为软件定义的车辆提供支持。需要可扩展的云基础设施来为互联车辆服务提供骨干，以摄取和管理车辆生成的大量数据。

开发软件定义车辆的开发人员面临着新的挑战，因此这些技术组件要实现无缝集成。GoldVIP 提供了一个开箱即用的软件评估解决方案，可在 NXP S32G 上运行并安全地连接到亚马逊云科技。 现在，开发人员可以专注于构建满足客户期望的应用程序，而不是处理诸如将现有软件集成到车载网关之类的任务。