丹尼爾·伯納爾

共同作者：CoreAVI首席銷售和市場(chǎng)官Dan Joncas
Mark Armamy ，Arm汽車媒體軟件架構(gòu)師

每年的新車型都會(huì)為數(shù)字儀表板帶來新的設(shè)計(jì)。數(shù)字集群包括安全內(nèi)容以及確保驅(qū)動(dòng)顯示器的電子設(shè)備符合ISO 26262 ASIL B安全標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制。這些設(shè)計(jì)達(dá)到了與模擬儀表組相同的安全要求，很好地達(dá)到了目的，這主要是由較小的安全微控制器提供的信號(hào)和檔位。當(dāng)前儀表盤設(shè)計(jì)所采用的安全機(jī)制位于顯示屏一側(cè)，足以滿足此安全要求。下一代車輛顯示器將開始基于傳感器數(shù)據(jù)納入更復(fù)雜的安全內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)主要由高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）驅(qū)動(dòng)，該系統(tǒng)為操作員提供實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)反饋。這樣的一個(gè)例子可能是以圍繞檢測(cè)到的物體或障礙物的邊界框的形式。這種類型的顯示為駕駛員提供了增強(qiáng)的態(tài)勢(shì)感知能力。

為了滿足對(duì)更復(fù)雜的安全內(nèi)容的必然需求，Arm推出了其新的高性能圖形處理單元（Mali-G78AE），具有新的靈活分區(qū)功能，并增加了安全軟件堆棧VkCore Functional Safety Suite的支持。在Arm，CoreAVI的 支持下開發(fā)將適用于Arm最新Mali-G78AE GPU IP的全面圖形和計(jì)算驅(qū)動(dòng)程序和庫(kù)套件推向市場(chǎng)，這些套件將經(jīng)過認(rèn)證可用于ISO 26262 ASIL D應(yīng)用程序。通過具備安全功能的應(yīng)用處理器，Mali-G78AE和VkCore功能安全套件為汽車一級(jí)和OEM提供了基礎(chǔ)，使他們能夠設(shè)計(jì)具有安全功能的GPU硬件加速的安全駕駛艙HMI。下一代汽車HMI建立在具有安全功能的硬件和軟件的基礎(chǔ)上，汽車設(shè)計(jì)人員將使用它們來建立消費(fèi)者對(duì)ADAS和自動(dòng)系統(tǒng)的信心。

從安全發(fā)展中吸取的教訓(xùn)

航空電子行業(yè)和航空電子駕駛艙也經(jīng)歷了類似的發(fā)展。多功能觸摸屏顯示器已經(jīng)取代了過去的儀表和指示器。高性能SoC不僅用于向駕駛員傳達(dá)基本信息，而且還可以在人機(jī)界面（HMI）中獲得增強(qiáng)的視野和增強(qiáng)的態(tài)勢(shì)感知能力，從而使飛行員能夠直觀地解釋大量不同的信息。與航空電子行業(yè)的發(fā)展類似，隨著時(shí)間的推移，這些高可靠性和安全性至關(guān)重要的汽車系統(tǒng)中使用的GPU和相關(guān)軟件驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒉捎酶嗑哂邪踩缘碾娮赢a(chǎn)品。這些新系統(tǒng)滿足特定目的，旨在滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)行確定性計(jì)算(也就是說,序列的狀態(tài)持續(xù)提供相同的輸出給定相同的輸入)和?軟件將符合MISRA-C指南編寫的安全關(guān)鍵軟件按照ISO 26262等安全標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用用例

當(dāng)前汽車領(lǐng)域的一個(gè)趨勢(shì)是將多個(gè)駕駛艙功能合并到一個(gè)駕駛艙域控制器(CDC)中。CDC是一個(gè)平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上，多個(gè)傳統(tǒng)車輛ECU可以合并為一個(gè)單一ECU上的軟件工作負(fù)載。在單個(gè)系統(tǒng)上同時(shí)運(yùn)行安全和非安全工作負(fù)載(混合臨界性)是CDC的另一個(gè)價(jià)值主張。在CDC上配置具有適當(dāng)資源以滿足性能和安全需求的工作負(fù)載，對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)師來說一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。為共享資源(如內(nèi)存控制器和設(shè)備)提供適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)服務(wù)質(zhì)量(QoS)特性是很重要的。通常，具有確定性計(jì)算截止日期的工作負(fù)載可能無法與其他工作負(fù)載共享資源——對(duì)于確定性安全HMI工作負(fù)載來說是這樣的。Arm Mali-G78AE靈活分區(qū)特性是一個(gè)創(chuàng)新的特性，它允許在啟動(dòng)時(shí)將GPU分割為1、2或4個(gè)適當(dāng)大小的GPU。這些gpu可以分配給不同的工作負(fù)載。在下面的例子中，在引導(dǎo)時(shí)Mali-G78AE GPU可以配置為4個(gè)GPU?？梢苑峙浣o一個(gè)GPU安全儀表組的渲染,第二個(gè)GPU可以分配給安全呈現(xiàn)一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的抬頭顯示器(HUD),第三個(gè)GPU可以分配給安全計(jì)算支持司機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(DMS),第四個(gè)GPU可以分配給IVI OS，例如Automotive Grade Linux（AGL）或Android Automotive。

安全HMI架構(gòu)

ISO 26262 ASIL B認(rèn)證圖形的用例并不是新的，在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中得到了支持。在儀器集群中集成安全內(nèi)容和非安全內(nèi)容是很常見的。在當(dāng)前的系統(tǒng)中，渲染可以由質(zhì)量管理(QM)硬件和軟件來執(zhí)行。安全裝置是一個(gè)ASIL B安全監(jiān)視器，用于確認(rèn)安全內(nèi)容的正確呈現(xiàn)和顯示。最常見的方法是在顯示控制器中使用專用硬件，為屏幕的一個(gè)小區(qū)域生成CRC。此CRC與應(yīng)用程序提供的參考CRC值進(jìn)行比較。如果它們匹配，您就知道QM圖形系統(tǒng)工作正常，與安全相關(guān)的內(nèi)容也會(huì)正確顯示。
這種方法適用于簡(jiǎn)單的內(nèi)容像風(fēng)標(biāo)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪位置。在這些情況下，安全內(nèi)容在輸出、位置和呈現(xiàn)在專用屏幕區(qū)域中是可預(yù)測(cè)的。不幸的是，如果不滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這種方法就不能很好地?cái)U(kuò)展。不符合這些標(biāo)準(zhǔn)的例子有:動(dòng)態(tài)的泄密、自定義背景上的泄密，以及安全內(nèi)容是動(dòng)態(tài)的HMIs上的新用例。這將在未來的ADAS和自動(dòng)感知系統(tǒng)中很常見，這些系統(tǒng)與操作員進(jìn)行通信，將檢測(cè)和識(shí)別的物體包圍起來。
為了支持未來的可擴(kuò)展方法，設(shè)計(jì)過渡到支持安全應(yīng)用程序運(yùn)行在安全合格的應(yīng)用程序核心上的系統(tǒng)架構(gòu)。這包括符合ASIL B標(biāo)準(zhǔn)的圖形子系統(tǒng)，即符合安全標(biāo)準(zhǔn)的GPU硬件和軟件驅(qū)動(dòng)程序。這為滿足ASIL要求的HMIs的無限創(chuàng)新提供了基礎(chǔ)。用戶界面可以安全渲染與GPU加速在其適當(dāng)?shù)念I(lǐng)域(ASIL B或ASIL QM)，然后最終的HMI可以安全合成安全顯示。

安全HMI應(yīng)用程序開發(fā)

航空電子領(lǐng)域的安全應(yīng)用利用了OpenGL安全關(guān)鍵(SC) API啟用的GPU加速。用于Mali-G78AE的VkCore功能安全套件將支持OpenGL?SC 1.0.1、2.0和Khronos小組正在開發(fā)的Vulkan SC 1.0 API。目前，最先進(jìn)的載體HMIs利用了OpenGL ES和Vulkan api。過渡到安全渲染將嚴(yán)格為安全內(nèi)容。HMI設(shè)計(jì)者將利用HMI工具，這些工具支持一個(gè)工作流，允許為安全和非安全呈現(xiàn)域標(biāo)記某些數(shù)據(jù)和/或表面。HMI工具合作伙伴的生態(tài)系統(tǒng)將支持從ASIL QM HMIs到由安全HMIs組成的安全HMIs的簡(jiǎn)單過渡的工作流程。Arm的HMI合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)非常幸運(yùn)，包括但不限于以下內(nèi)容:

Altia公司的嵌入式軟件工程師Jason Lewis說:

“軟件安全標(biāo)準(zhǔn)為軟件開發(fā)增加了巨大的價(jià)值，但也增加了成本。?Altia將利用Arm的安全呈現(xiàn)創(chuàng)新減少部署安全人機(jī)界面解決方案的成本和復(fù)雜性。”

ANSYS的產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Xavier Fornari說:

“與行業(yè)領(lǐng)袖CoreAVI和Arm密切合作，Ansys能夠提供基于模型的合格代碼生成技術(shù)在一個(gè)完整的解決方案堆棧安全和認(rèn)證嵌入式顯示器，這需要更多的安全關(guān)鍵和任務(wù)關(guān)鍵軟件的ADAS和自動(dòng)駕駛車輛。”

DiSTI公司UX/UI技術(shù)副總裁Christopher Giordano說:

“我們對(duì)Arm的新Mali-G78AE和VkCore功能安全套件將對(duì)汽車行業(yè)產(chǎn)生的影響感到興奮。憑借20多年的功能安全專業(yè)知識(shí)，DiSTI憑借我們的GL Studio UI工具被授予Arm汽車開發(fā)者社區(qū)的注冊(cè)會(huì)員，該工具在5年前率先成為市場(chǎng)上通過ISO 26262 ASIL D認(rèn)證的市場(chǎng)。結(jié)合我們最近更新的ASIL D認(rèn)證，我們希望繼續(xù)與Arm和CoreAVI在其行業(yè)領(lǐng)先的GPU和驅(qū)動(dòng)程序版本上進(jìn)行長(zhǎng)期成功的合作，以期將具有成本效益的對(duì)安全性至關(guān)重要的UX / UI開發(fā)引入汽車OEM及其供應(yīng)商”

Jussi Lehtinen，右邊的CTO說

“汽車系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜，與此同時(shí)，客戶對(duì)豐富的圖形和直觀的用戶體驗(yàn)的期望也在增長(zhǎng)?！迸c僅依賴于驗(yàn)證的系統(tǒng)相比，標(biāo)準(zhǔn)的、可認(rèn)證的api(如Open GL SC)簡(jiǎn)化了向新系統(tǒng)的遷移，并使更高級(jí)的用例能夠可視化。安全渲染允許ASIL和非ASIL UI內(nèi)容的無縫集成，并通過更豐富的圖形和更流暢的動(dòng)態(tài)內(nèi)容動(dòng)畫改善用戶體驗(yàn)，最終推動(dòng)HMI的創(chuàng)新。

強(qiáng)大的伙伴關(guān)系

航空航天界的伙伴關(guān)系對(duì)于滿足每年安全飛行全球數(shù)百萬人的雄心勃勃的要求至關(guān)重要。技術(shù)已經(jīng)變得如此復(fù)雜，以至沒有任何一家公司或?qū)嶓w可以“了解全部”或“全部完成”。在航空航天世界中，政府，原始設(shè)備制造商（OEM）和眾多供應(yīng)商密切合作以實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)。另一方面，汽車行業(yè)的合作伙伴關(guān)系更側(cè)重于供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)，而不是技術(shù)領(lǐng)域的和諧。隨著汽車系統(tǒng)變得更加自治，以及人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)變得越來越普遍，汽車界的技術(shù)合作伙伴關(guān)系將變得越來越普遍。舉個(gè)例子，CoreAVI（作為安全關(guān)鍵應(yīng)用平臺(tái)IP的供應(yīng)商）已經(jīng)在整個(gè)航空電子供應(yīng)鏈中建立了合作伙伴關(guān)系。CoreAVI與Arm的合作在汽車市場(chǎng)也遵循同樣的傳統(tǒng)。

總結(jié)

飛機(jī)座艙和汽車座艙的共同歷史以及技術(shù)采用的發(fā)展都基于人機(jī)交互的基礎(chǔ)。隨著飛行員和駕駛員的任務(wù)變得越來越復(fù)雜，安全性變得越來越重要，人們需要使用技術(shù)來幫助實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。隨著技術(shù)變得越來越復(fù)雜，與這些系統(tǒng)的開發(fā)相關(guān)的認(rèn)證過程也變得越來越嚴(yán)格。這兩個(gè)市場(chǎng)（汽車和航空航天）一直相互學(xué)習(xí)。當(dāng)今的技術(shù)已經(jīng)變得如此復(fù)雜，操作員對(duì)這些系統(tǒng)的“依賴”變得如此普遍，以至于汽車和航空航天之間知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的共享比以往任何時(shí)候都更加重要。

支持安全渲染，安全計(jì)算，安全合成和安全顯示的汽車平臺(tái)將使過渡到HMI和其他用例的更安全應(yīng)用程序處理成為可能。對(duì)于具有負(fù)責(zé)向車輛操作員傳達(dá)與安全相關(guān)的態(tài)勢(shì)感知信息的汽車UI設(shè)計(jì)人員而言，擁有可擴(kuò)展的，可安全認(rèn)證的硬件和軟件架構(gòu)以及基于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序API將變得越來越重要。使用支持ASIL B的硬件和軟件的技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式將有助于提供更安全的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而不會(huì)限制創(chuàng)新的步伐。Arm致力于通過開放標(biāo)準(zhǔn)以及必要的硬件和軟件支持來構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)低成本，可擴(kuò)展且安全的汽車駕駛艙和車輛電子設(shè)備。

審核編輯 黃昊宇