• 自動駕駛中間件: 正在悄然重構汽車生態圈

    發表于:2024-3-14 09:40

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     作者:紅豆沙冰    來源:焉知

      看過一些泛泛的自動駕駛需求文檔,一般會提出:感知模塊、地圖模塊、定位模塊、決策規劃模塊、控制模塊等幾個關鍵算法組成部分,往往忽略對中間件的提出。一方面,中間件作為底層軟件,是看不到摸不著的,無法直觀的表達出它的“高大上”;  另一方面,目前各大自動駕駛軟件供應商依然在“卷”中間件,沒有形成像AUTOSAR CP的這樣一個統一標準,客戶往往缺乏習慣性思維。
      汽車人手記在本文中將試著解釋中間件的兩個問題:1.  “高大上”的中間件;2.  為什么要“卷”中間件。
      “高大上”的中間件
      1.  是汽車上的“智慧大腦”
      在一輛自動駕駛汽車上,域控制器、傳感器和車輛平臺是硬件,部署在控制器上的各種感知、定位、規劃控制算法是應用軟件,中間是不是還缺一層?是的,還需要一個能夠銜接軟硬件的操作系統。
      狹義上的操作系統包括:IOS、Android、Linux等,自動駕駛中間件不等于操作系統。自動駕駛中間件是基于操作系統內核,根據車規或場景對現有的操作系統進行優化和增補,使其適配汽車,核心目的是實現車輛軟件“確定性計算、確定性調度、確定性通信”。
      “確定性”在自動駕駛和汽車安全中非常重要。如執行一次復雜決策,必須嚴格按照步驟1、步驟2、步驟3的時序執行。
      自動駕駛中間件正是為此保駕護航,保障各模塊消息的時延和調度的絕對可靠。這里包括一幀消息的端到端時延是一定的。比如說,從相機的曝光時間->圖像拼接等處理結束->感知推理結束->后融合結束->規劃結束->控制結束,每一幀的消息從開始到結束的耗時都是一定的。這里包括各個算法模塊被調度執行的先后順序也是一定的,整套系統中每個模塊每秒執行多少次也是一定的。比如說,感知推理依賴圖像處理,那么圖像處理函數的優先級是大于感知推理的。
      業內統一認知:自動駕駛中間件是介于底層系統和上層應用軟件之間的框架。它對下可以適配不同的域控制器平臺、傳感器、系統內核和架構,讓底層軟件在不同的處理器架構和芯片間共享數據;對上可以提供統一的標準接口,支持自動駕駛數據鏈路上需要的各項服務,并負責各類應用軟件模塊之間的通信以及對底層系統資源的調度。
      2.  是“軟硬件解耦”的重要角色
      “軟硬件解耦”是另外一個比較火的概念。很多主機廠的開發模式都是:功能定義-硬件選型-針對不同芯片平臺尋找軟件供應商,當軟件供應商拿到需求時,問題就來了。如果一套軟件適配一個項目,不僅是滿足不了快速迭代的軟件需求,更是一個巨大的人力財力的浪費。
      自動駕駛中間件正是這個一個關鍵的中間角色,對下可以兼容不同廠家的芯片(NVIDIA、高通等),不同型號的傳感器、不同類型的內核(Android、Qnx、Linux等),對上可以統一接口、屏蔽下層硬件的差異性,為算法模塊提供統一的接口。
      其實大部分軟件供應商中自動駕駛中間件都是有所擴展的,可能包括:
      傳感器driver層,對上提供統一的消息體
      整套集成工具鏈,包括編譯、打包、安裝等,快速適配不同的芯片平臺
      甚至模型部署,快速適配算法等
      目前“軟硬件解耦”的確存在不少問題,很難做到真正的“插拔式”使用。一方面的確是軟件設計開發的原因:“小版本快速迭代” = 開發周期2天;“bug高優不過夜” = 想方設法繞過;長期看,自動駕駛中間件代碼可能越堆越難受。另一方面的確是方案種類太多了。
      不過隨著各類方案的統一、生態的完善,未來“解耦”相信是可以做到的。
      為什么要“卷”中間件
      目前,無疑是在“卷”生態。想想AUTOSAR CP的歷史和影響力:
      2003 年,9家汽車行業的巨頭(寶 馬、博世、大陸、戴姆勒、福特、通用、PSA、豐田、大眾)建立AUTOSAR組織。
      該組織共同制定了汽車開放式系統架構標準 AUTOSAR(汽車開放系統架構)。
      AUTOSAR標準定義了基本軟件(BSW)的內部結構 和外部接口的定義,軟件供應商根據 AUTOSAR標準提供實現。
      AUTOSAR最初核心合作伙伴主要為德系廠商,后逐步向日系、美系廠商拓展,核心合作伙伴保持穩定,生態合作伙伴持續增加,截至2021年底已有317家合作伙伴,包括寶馬、奔馳、本田、現代等OEM廠商,博世、大陸、李爾等零部件供應商,以及瑞薩、NXP、Intel等芯片廠商,AUTOSAR標準的影響力不斷提升。
      AUTOSAR生態無疑在汽車圈占據霸主地位,生態中的各個參與公司也取得了巨大的成功。
      而如今,汽車智能化階段,自動駕駛中間件還沒有具體的標準,目前行業內主要有幾種中間件形態:
      第一種,類似英偉達自主開發的DRIVE OS+DriveWorks+CUDA這樣的完整軟件堆棧,方案商在此基礎上再做部分模塊定制開發;第二種,類似地平線的TogetherOS開源RTOS+生態合作伙伴中間件的開放模式;第三種,自研中間件+基礎軟件模塊,這其中套用FastDDS、ROS2、CyberRT等也是大家經常走的路子。第四種,AUTOSAR AP模式。
      這無疑給了資本巨大的想象空間?赡芤馕吨,誰能抓住這一波機會,就能提前獲得鎖定汽車市場智能化的巨大軟件紅利。
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