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對話華玉通軟畢曉鵬：智能駕駛國產(chǎn)路，有人逢山開路，有人遇水疊橋

2021-12-22 00:44:05·  來源：焉知智能汽車  作者：老劉  
　
“百年未有之大變局”正在讓汽車這個夕陽產(chǎn)業(yè)一夜之間變成朝陽產(chǎn)業(yè)；而軟件定義汽車正在驅動智能駕駛汽車電子電氣（E/E）架構發(fā)生重大變革——計算集中化、軟硬
“百年未有之大變局”正在讓汽車這個夕陽產(chǎn)業(yè)一夜之間變成朝陽產(chǎn)業(yè)；而軟件定義汽車正在驅動智能駕駛汽車電子電氣（E/E）架構發(fā)生重大變革——計算集中化、軟硬件解耦、平臺標準化和功能定制化。硬件結構的簡化、供應鏈條的縮短，將使汽車控制單元減少九成，汽車的核心價值也將轉移到軟件層面。
順應時代潮流，一大批致力于軟件定義汽車及智能駕駛的初創(chuàng)公司應運而生，華玉通軟（Greenstone）就是這樣一家于2020年11月成立的專注智能駕駛基礎軟件研發(fā)與創(chuàng)新的公司。成立剛滿一年的公司，能夠為行業(yè)帶來什么呢？記者帶著問題與華玉通軟聯(lián)合創(chuàng)始人兼研發(fā)副總裁畢曉鵬博士進行了深入交流。
智能駕駛挑戰(zhàn)比比皆是
畢曉鵬博士指出：“在大家熟知的芯片、算法、高精度傳感器之外，智能駕駛領域目前仍然面臨諸多技術挑戰(zhàn)，只有分層化、模塊化、標準化的軟件架構才能夠滿足智能駕駛的要求?！?/span>
細數(shù)一下，智能駕駛發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)確實不少：
  • 挑戰(zhàn)一是復雜嚴苛的通信場景，來自攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、IMU等的海量多源異構數(shù)據(jù)需要在處理和融合過程中進行實時交互通信；
  • 挑戰(zhàn)二是軟硬件的緊耦合，從“面向信號”到“面向服務”的轉變，軟件開發(fā)過程需要與不同車型和硬件設備解耦，并實現(xiàn)軟件架構高度可擴展、OTA快速部署；
  • 挑戰(zhàn)三是通信安全，無論是域內(nèi)通信、域間通信還是車云通信，都需要確保數(shù)據(jù)可靠、安全地傳輸，不會丟失、延滯，也不會被篡改或竊??；
  • 挑戰(zhàn)四是基于AUTOSAR AP平臺的不足，一些商業(yè)化版本汽車基礎軟件采用基于模塊的開發(fā)模式，不適合智能駕駛領域面向服務和動態(tài)部署的開發(fā)方式。而復雜的軟件定義和開發(fā)模型學習成本高、周期長；
  • 挑戰(zhàn)五是異構硬件應用集成困難，以物理通信為核心搭建系統(tǒng)服務缺乏上層通信服務支持，特別是缺乏通信中間件導致異構硬件應用難以集成和擴展。

架構變遷呼喚中間平臺
畢曉鵬博士談到，軟件定義汽車的E/E架構正在從原來的分布式向集中式轉變。所有的信號，包括傳感器之間的海量多源異構數(shù)據(jù)，以及車輛與車輛、車輛與云端等各種V2X場景下的數(shù)據(jù)通信和處理，都要集成到域控制器上；所有智能駕駛的上層服務與功能，包括感知、融合、決策和控制都是在域上完成。
這種面向服務的架構（SOA）將應用的不同功能單元（服務）通過定義良好的接口和協(xié)議聯(lián)系起來，而接口是一種中立方式定義的平臺，獨立于實現(xiàn)服務的硬件平臺。這樣就加速了軟硬件解耦，逐步實現(xiàn)了可以軟件更新的各種功能。
除了硬件，智能駕駛還有更復雜的軟件挑戰(zhàn)，包括算法應用和計算平臺，因此需要有安全、可靠、靈活、標準的中間件通信服務、智能駕駛OS和運行環(huán)境。
分層化軟件架構化繁為簡
畢曉鵬博士表示，所有的軟件功能都要在域上實現(xiàn)時，就會發(fā)展成分層化的軟件架構，這是快速部署各種應用的最有效解決方案。例如，在實現(xiàn)一個功能時，傳統(tǒng)分布式ECU是將代碼直接寫在硬件上，需要考慮信號從哪里來，怎么來，如何實現(xiàn)等簡單邏輯；而在智能駕駛域上很難做這件事，因為每個功能都有自己的特殊業(yè)務邏輯，而這不僅僅是一個簡單的加減乘除。
這時，就需要研發(fā)人員專注業(yè)務邏輯，而不是把很多精力放在適配不同硬件、不同操作系統(tǒng)、如何配置環(huán)境、如何調(diào)用信號等方面，這些并不是業(yè)務邏輯所關心的事。如果使用傳統(tǒng)方式開發(fā)，開發(fā)人員可能只有20%-30%的時間是在做業(yè)務邏輯開發(fā)，剩下70%-80%的時間都是在做通信、交互、信息安全等方面的事情，將大大降低開發(fā)效率，增加開發(fā)成本。
可以這樣理解，華玉是在做通用的東西，Tier 1 和OEM就不用再花時間去做這些通用功能。畢曉鵬博士提到，這和手機的邏輯很類似，底層是硬件，往上是操作系統(tǒng)，包括Linux、QNX等等，提供一個最基本的服務和環(huán)境。而再往上的中間件可以理解為在操作系統(tǒng)之外、為上層應用提供的一系列更復雜的SOA服務，中間件之上才是應用軟件。
他舉例說，如果要做一個自動泊車系統(tǒng)，它有各個模塊或不同獨立業(yè)務邏輯的軟件，在進行通信、數(shù)據(jù)交互，或者調(diào)用底層資源時，只需要中間件的一個接口就可以實現(xiàn)，其他事情不需要考慮，這樣開發(fā)人員就可以專注自己的業(yè)務邏輯。
又如，一個攝像頭需要感知前面的車道線、紅綠燈等，開發(fā)人員就專門做紅綠燈和車道線檢測算法，與外界一切數(shù)據(jù)交互只需要使用中間件的通信服務，例如訂閱攝像頭信息，發(fā)布檢測結果，而不必關心數(shù)據(jù)從哪里來、發(fā)給誰。由此可見，這是一種非常解耦的設計和開發(fā)模式。
OEM競爭力由此而來
時下，汽車設計的同質化越來越令人擔憂，OEM都希望自己的產(chǎn)品更有個性和特色，消費者也希望能有多樣化的選擇。
畢曉鵬博士認為，從OEM角度講，在軟件定義汽車時代，最能凸顯其競爭力的莫過于上層軟件功能的差異化，因為這是C端消費者最能明顯感知到區(qū)別的部分。OEM的主業(yè)應該是聚焦差異化服務、差異化軟件，或是開發(fā)其他OEM實現(xiàn)不了的功能。
現(xiàn)在，實現(xiàn)上層軟件功能所需的算力在底層硬件中基本都已固化。盡管不同供應商會提供不同方案，OEM或Tier 1也會選擇不同的芯片，但真正底層硬件部分可變動的東西，或者尋求差異化優(yōu)勢和賣點的地方比較少。
OEM如果想尋求差異化，或建立其競爭優(yōu)勢，最重要的一點是需要關注上層應用，比如提供更加安全的保障，有的車在某種場景出事故撞了，而我的車可以識別出來，不會造成事故或安全問題。OEM應該更集中于功能、服務、算法層面。
通信中間件的另一個重要方面是方便OEM和Tier 1的集成與擴展，讓上層應用開發(fā)的軟件實現(xiàn)復用性和規(guī)?；＿@對未來OEM節(jié)約成本，通過軟件進行規(guī)模化創(chuàng)收非常重要。
所以選擇了智能駕駛中間件
畢曉鵬博士說：“我們注意到，隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展和逐漸成熟，在上層軟件應用開發(fā)時會遇到軟硬件解耦以及上層應用快速移植、集成、復用等問題，因此在操作系統(tǒng)之上還需要有一層能提供更廣泛服務的基礎軟件，也就是智能駕駛中間件。目前智能駕駛領域對中間件的需求非常強烈?！?/span>
目標有了，華玉開始基于DDS（Data Distribution Service，數(shù)據(jù)分發(fā)服務）標準完全自主研發(fā)國產(chǎn)通信中間件——“雨燕”通信中間件，并推進應用和量產(chǎn)。同時還在以“雨燕”為核心打造完全自主可控的智能駕駛中間件——“藍鯨”智能駕駛OS，這是華玉做的第一件事?？蛻粼谑褂弥悄荞{駛通信中間件時可以進行定制化的深度配置和優(yōu)化。
第二件事是在底層通信中間件或底層廣義的智能駕駛中間件上做一些定制化解決方案，例如針對自動泊車場景（APA）的包含融合、感知、決策、控制的解決方案。這些方案將利用華玉的設計優(yōu)勢，基于自主研發(fā)的中間件打造。
記者比較好奇的是，華玉為什么沒有選擇最底層的操作系統(tǒng)呢？畢曉鵬博士回應道：“我們認為，軟件定義汽車時代，應該專業(yè)的人做專業(yè)的事。我們的核心團隊及核心成員主要是做通信和基礎軟件出身，所以我們希望在基礎軟件上有所建樹。另外，做操作系統(tǒng)并不僅僅是能力和性能的問題，這需要一個生態(tài)，但是具體做的怎么樣，以及這個生態(tài)能不能很好支持下去，這就是另外一個問題了?！?/span>
中間件之間有何不同？
國內(nèi)外做中間件的不止一家，華玉有什么優(yōu)勢呢？
畢曉鵬博士解釋說，以通信中間件為例，OEM和Tier 1在選擇時通常有三種做法：一是直接購買國外廠商生產(chǎn)的通信中間件，二是使用開源的通信中間件，三是進行自研。
購買國外產(chǎn)品和使用開源通信中間件會面臨一些問題：在現(xiàn)在的市場環(huán)境下，購買國外產(chǎn)品會遇到“卡脖子”問題，因為核心技術由外方掌握，應用于某些關鍵業(yè)務場景可能存在安全隱患。另外，國外的通信中間件一開始并不是以智能駕駛領域為目標，基本上是以軍工和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為目標開發(fā)的，最近幾年才慢慢被AUTOSAR引入；因此對于Tier 1和OEM而言，在國外產(chǎn)品上進行針對智能駕駛場景的開發(fā)或產(chǎn)品迭代成本非常高，難度也比較大。
第二個問題是，由于通信中間件需要深度的適配工作，要根據(jù)不同應用場景進行定制和優(yōu)化，購買國外產(chǎn)品可能無法獲得這些服務。例如，域控制器上很多都是異構SoC，上面有很多核，通過Hypervisor每個核上運行不同的操作系統(tǒng)。雖然這些核在同一個芯片上，但由于上面運行的操作系統(tǒng)不同，在默認情況下是通過網(wǎng)絡傳輸。在這種情況下，是否可以實現(xiàn)核與核之間不通過網(wǎng)絡，而通過共享內(nèi)存通信，以達到更高的效率，這是一個需要優(yōu)化的典型例子。以上問題都會影響系統(tǒng)集成效率和使用性能。
再說基于開源版本DDS研發(fā)的通信中間件，其最大的問題是不穩(wěn)定。相關測試表明，它在幾個節(jié)點之間使用沒有什么問題，而真正的智能駕駛領域并不只是幾個節(jié)點，可能會有幾十個節(jié)點，它們之間互相發(fā)布、訂閱的主題可能有幾十種之多。這個場景下，開源版本不能提供穩(wěn)定性，可能會崩潰。這也是目前OEM和Tier 1在具體實踐中遇到的問題之一。
華玉的最大優(yōu)勢之一在于，“雨燕”通信中間件是國內(nèi)首個基于DDS標準完全自主研發(fā)的產(chǎn)品，也是目前國內(nèi)唯一個從0到1完全自己寫的代碼、沒有借鑒和使用任何開源DDS或商用版本的通信中間件。這就滿足了當前國內(nèi)OEM和Tier 1對第三方完全自主可控通信中間件的需求，也迎合了未來智能駕駛整體產(chǎn)業(yè)選擇第三方完全自主可控基礎軟件產(chǎn)品及技術的發(fā)展趨勢。
“雨燕”通信中間件架構
據(jù)介紹，針對不同操作系統(tǒng)加不同硬件，“雨燕”通信中間件都可以適配，包括目前幾個主流硬件平臺，如地平線征程3、英偉達Xavier、賽靈思ZU5、德州儀器的TDA 4等，以及運行AUTOSAR CP的英飛凌TC397等。


“雨燕”通信中間件幾大特性
“雨燕”通信中間件完全自主研發(fā)，性能優(yōu)于開源DDS，應用及定制化部署更加靈活。DDS是分布式實時嵌入式系統(tǒng)目前全球采用最廣泛的、開放的、行業(yè)領先的標準，已廣泛應用于國防、航天、電網(wǎng)、智能駕駛等關鍵領域。
“雨燕”通信中間件有以下幾個重要功能：
? 實現(xiàn)高實時性數(shù)據(jù)傳輸：在無代理轉發(fā)模式下，不同節(jié)點間根據(jù)主題匹配直接建立連接，實現(xiàn)實時高效信息交互，并同時保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。簡單講就是：“在正確的時間傳遞正確的數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)抵達正確的地點?！?/span>
? 同時具備高靈活性與高擴展性：提供20多種QoS（質量服務策略），滿足通信場景的不同需求。以數(shù)據(jù)為中心的“發(fā)布-訂閱”架構，“即插即用”又可滿足系統(tǒng)集成和擴展需求，軟硬件解耦能夠開發(fā)“直接上車”的應用。
? 多版本選擇，有效保證數(shù)據(jù)通信安全：在標準版本之外，提供專門針對資源有限的MCU的輕量化版本，為具有較小內(nèi)存和CPU處理能力的系統(tǒng)提供連接框架，滿足強實時性需求。同時提供應用程序身份認證、數(shù)據(jù)信息加密、敏感信息保護、讀寫權限控制等多種安全保障，確保不同場景下的數(shù)據(jù)通信安全。
總之，“雨燕”通信中間件是基于以數(shù)據(jù)為中心的設計思想，針對分布式架構描述網(wǎng)絡環(huán)境下數(shù)據(jù)交互行為的高性能通信服務。畢曉鵬博士強調(diào)，“雨燕”的核心價值在于“首先我們是完全自主可控的，非常適合智能駕駛海量多源異構數(shù)據(jù)通信的場景。其次，我們可以適配多種操作系統(tǒng)，并提供高效、深度的定制化服務。在這個基礎上，OEM可以專注于上層核心算法及業(yè)務邏輯的開發(fā)，從而縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)、集成、擴展和復用的成本，打造面向消費者的‘千人千面’的競爭優(yōu)勢?！?/span>
據(jù)介紹，前不久華玉和國內(nèi)頭部Tier 1英恒科技達成了戰(zhàn)略合作，開始推動“雨燕”通信中間件的量產(chǎn)和落地，針對不同的場景和需求，把“雨燕”通信中間件部署在不同的硬件上，基于客戶需求及場景進行擴展和定制化開發(fā)、部署。
面向未來的“藍鯨”智能駕駛OS
談到未來發(fā)展規(guī)劃，畢曉鵬博士表示，近期目標是將“雨燕”打造成功能最大最全的國產(chǎn)自主分布式通信中間件。同時基于“雨燕”通信中間件，融合通信、執(zhí)行、系統(tǒng)及升級四大核心模塊構建完全自主可控的智能駕駛中間件——“藍鯨”智能駕駛OS平臺。
“藍鯨”智能駕駛OS在支持不同底層操作系統(tǒng)的同時，可分別實現(xiàn)不同節(jié)點間數(shù)據(jù)安全、實時和可靠的交互；對智能駕駛中間件及上層部署的應用程序進行包括初始化、啟動、運行時調(diào)度在內(nèi)的全生命周期管理；對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)控和診斷，合理調(diào)配各類資源；同時保證中間件模塊和上層應用在OTA過程中安全實現(xiàn)升級更新。

“藍鯨”智能駕駛OS
未來，以“藍鯨”智能駕駛OS為基礎，華玉將面向SOA架構、符合AUTOSAR接口規(guī)范，提供智能駕駛核心算法模塊（如感知、多傳感器融合、定位、決策等），構建面向智能駕駛的完整的基礎軟件平臺及針對具體場景需求（如APA）的定制化解決方案。從技術、安全、服務和經(jīng)濟層面為智能汽車和智能駕駛的發(fā)展提供高可靠、高安全、高實時的服務保障，使具體場景應用功能得到更快速、靈活和高效的開發(fā)與集成，并實現(xiàn)量產(chǎn)。
推動自主創(chuàng)新的生態(tài)建設
如何實現(xiàn)自主創(chuàng)新和自主可控是擺在每個OEM面前的一個現(xiàn)實問題，這也是國內(nèi)智能駕駛技術如何在生態(tài)上突破壁壘的關鍵。華玉最近加入了中國汽車工業(yè)協(xié)會牽頭的AUTOSEMO（中國汽車基礎軟件生態(tài)委員會）組織，積極參與制定國產(chǎn)軟件架構標準的工作。
畢曉鵬博士認為，在解決智能駕駛問題時，現(xiàn)在國際上比較流行的AUTOSAR標準并不能很好的支撐應用和創(chuàng)新的發(fā)展，有必要建立一套更適合中國智能駕駛發(fā)展、且自主可控的技術架構和生態(tài)體系。他舉例說，AUTOSAR CP是部署在ECU上的，現(xiàn)在在CP基礎上開發(fā)的AP也和智能駕駛領域的概念完全不同，沿用了AUTOSAR CP的方法論，即用靜態(tài)化開發(fā)方式做動態(tài)化部署，有很多不合適的地方。而且，AUTOSAR代碼量非常臃腫，開發(fā)者購買和學習AUTOSAR AP的成本非常高，開發(fā)困難，效率不高，是OEM實現(xiàn)創(chuàng)新的難點。
這也是為什么國內(nèi)很多OEM開始提出“全棧自研”，都想做一個自己的智能駕駛軟件架構。但是，OEM選擇“全棧自研”也會遇到一些問題，包括拉長研發(fā)周期、增加研發(fā)投入等。
從發(fā)展角度看，上層應用的差異化和根據(jù)市場需求進行快速迭代是未來OEM在軟件領域需要牢牢把握的核心競爭力，而選擇“全棧自研”會讓OEM軟件創(chuàng)新能力和產(chǎn)品迭代效率下降。因此OEM需要結合自身情況，構建正確的技術驅動力，合理規(guī)劃“自研”和“采購”戰(zhàn)略；而且他同意，智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)一起制定一個通用化的標準和生態(tài)勢在必行。
遇水疊橋
智能駕駛就像一個水域生態(tài)系統(tǒng)，河流的兩岸是操作系統(tǒng)和上層應用，而要想順利到達彼岸，就必須有承上啟下的中間件作為橋梁。
華玉正在憑借自己的能力在智能駕駛水域上架起的一座安全、穩(wěn)固、可靠的橋梁，通過協(xié)作和賦能連接自研架構與跨平臺應用，幫助OEM贏在智能駕駛賽道起跑線的同時，也讓智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈上的每位參與者發(fā)揮出自身最大優(yōu)勢，在行業(yè)的激浪變革中，更快邁向“軟件定義汽車”的時代。
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