西门子基于数字孪生技术的“软件定义汽车”整体方案

2022年8月5日，由盖世汽车、AUTOSAR组织联合主办的2022第三届软件定义汽车论坛暨AUTOSAR中国日活动中，西门子工业软件大中华区AEC事业部总监骆万君聚焦软件定义汽车模式下OEM开发模式的变化，对区域架构的发展现状、西门子全面的AUTOSAR解决方案进行了详尽的介绍，针对西门子的嵌入式软件开发数字线程（Digital thread），骆万君表示：“西门子作为AUTOSAR的厂商，希望能和业界同仁合作，携手共同提升整个行业的软件质量和开发周期，从而实现软件定义汽车模式的成功。”

西门子工业软件大中华区AEC事业部总监 骆万君

以下为演讲内容整理： 

硬件趋同，软件定义汽车技术趋势到来

很高兴在武汉和大家一起在这个会议上和大家讨论西门子的AUTOSAR，为整个AUTOSAR的事业做出一份贡献。西门子作为积极推动数字化转型的企业，我们将为大家展示西门子基于数字孪生技术在软件定义汽车领域的方案。

在电气化的趋势下，整个汽车架构的复杂度也越来越高。原来的8位、16位机现在变成了32位、64位，更多复杂的架构开始应用于车上，自动驾驶领域正陆续出台越来越多的相应法规，同时也带来了诸如Robotaxi等新的商业模式。

越来越多OEM开始重视自主软件开发，订阅服务、OTA更新，以及车辆公有云、私有云、OS操作系统、软件工厂等都融入了OEM的业务范畴内。 

在软件定义汽车的模式中，软件将占汽车未来所有创新的90%。对于未来的OEM而言，在硬件趋同的情况下，其不同点都将由软件定义，这就迫切需要跨领域和组织边界，采用一致的、敏捷的工作方式。

整车厂的“内循环”开发

在OEM开始自研应用软件的趋势下，软件必须集中才能提高效率。因此，整车电子电气也发生演变，从传统的分布式架构演变至域的架构。整个架构的迭代驱动了软件的更新，软件的复杂度也日渐复杂，OEM在由架构驱动的软件快速迭代中承担起OS的开发任务，并成立自己的软件部门，更多OEM会在整个软件架构和软件设计上参与进来。

我从事汽车行业已经多年，在十多年前OEM的开发模式通常由硬件、功能来定义，而现在OEM更多会在整车的软件开发上投入更多的人力物力。西门子在这一领域有自己的平台，并提供相关操作系统，例如在娱乐系统方面提供设施以及相应的路线升级，最终形成车辆到网络的闭环。

改变人们的工作方式总是很困难，但对于软件驱动的变革来说，这绝对是至关重要的。打破孤岛不仅有助于在组织变革方面取得更快的进展，且软件本身也将通过允许内部团队在同一条工具链上工作，帮助它们更紧密地联系在一起。西门子希望通过数字化驱动的方式，打通整车各个域以及形成跨功能域的协作，打破原先的信息孤岛和工作孤岛，在提高软件质量的同时，也能缩短整个开发周期，加速创新。

图片来源：西门子

西门子从电子系统到软件再到电气形成了一套集成解决方案，从电机架构开始驱动上层的电子架构以及下层的电气架构。西门子基于电子架构有自己的软件架构和软件设计、实施，并提供应用生命周期管理；在电气领域布局了电机系统和线束，涵盖校验、生产、服务的流程；系统层面，前期会根据需求搭建系统模型，后期也会配套相应的验证和保证服务。

西门子于2017年收购了Mentor Graphics，后者在2004年就已成为AUTOSAR的高级合作伙伴，因此西门子也自然而然地成为了AUTOSAR的合作伙伴，并推出相应的AUTOSAR解决方案Capital VSTAR。

简化ECU软件开发，实现软件定义汽车 

图片来源：西门子

这是大家都非常熟悉的V模型，从机械到电气、电子、EA架构，再到辅助性的仿真，这些都是西门子关注的领域，并有相应的产品。

今天主要讲的是软件。我们把整体需求和功能模型、系统模型以及软件模型导入到架构工具当中进行功能化，将其细化成SWC的模块部署到平台架构，将信号分配给网络载体，并使用实时指标优化E/E架构。同时我们会集成硬件、软件和网络模型，进行ECU级别虚拟硬件的仿真，以验证系统行为和性能。

图片来源：西门子

持续提升的汽车系统复杂性会对开发成本和时效不断施加压力，此外，必须满足不断发展的软件功能安全，网络安全以及法规方面的要求。这块可以看到软件的集成过程。前端为ECU的提取，并加之导入AUTOSAR软件或遗留重构软件，进行配置以及集成，最终完成ECU的构建。其中，符合规范的AUTOSAR实施以及工具链同时满足功能安全和网络安全，基于生成式开发流程的成熟化配置，能通过AUTOSAR方法论提高软件集成的自动化程度。

无论是芯片架构的抽象、AUTOSAR的实施还是虚拟硬件验证，都属于西门子的嵌入式软件开发数字线程（Digital thread）范畴。如在芯片方面，西门子可以将芯片抽象至MCU和SOC的级别。基于这样的能力，西门子能将AUTOSAR元模型应用于ECU级别的仿真。通过对仿真接口以及SWC功能进行仿真，并进一步搭建ECU仿真、置入台架，便能实现西门子在电子测试方面的独特优势。

图片来源：西门子

西门子AUTOSAR嵌入式软件平台提供CP平台和AP平台。当前，无论是CP平台还是AP平台，都已更迭到2111的版本，新AP平台也将在今年发布。

西门子全面的AUTOSAR解决方案Capital VSTAR作为一项完整的车载ECU软件开发方案，旨在实现提高整车性能、虚拟验证、网络安全以及快速实施。功能安全方面，Capital VSTAR满足ISO 26262定义的所有安全等级，提供模块的功能安全组件以便于集成，并支持混合临界性的ECU概念。在网络安全方面，Capital VSTAR为联网的车辆ECU提供防火墙、加密算法等不同层级的安全保护机制，覆盖完整性、真实性以及机密性等方面，集AUTOSAR标准安全特性和领域内相关先进方案于一身。

此外，我们提供易于使用的工具链，工具间的开放式接口、强有力的标准赋能参与者之间的相互协作，从而实现高效的协作以及开发。

软件工厂，换言之即虚拟ECU，通过将实际硬件的仿真模型用于系统驱动开发，可减小对实际硬件的依赖，共享数据和结果，并实现深度的、非侵入式的调试。正如前面所提及的，西门子收购了Mentor Graphics，后者作为专注于芯片和EDA领域的厂商，能提供芯片抽象及外设的经验，帮助大家完成仿真的工作。 

图片来源：西门子

在建立数字工厂和软件工厂的方法论中，西门子认为最重要的是基于模型的工作方式以及系统工程。在系统工程的各个领域上，西门子为客户提供独特的软件开发工具和方法，其中包括质量方面的敏捷方法、重复性和快速反馈方面的持续集成/持续部署（CI/CD）、整个开发过程采用数字孪生、便于验收和认证的需求跟踪等。

西门子作为AUTOSAR的厂商，希望能和业界同仁合作，携手共同提升整个行业的软件质量和开发周期，从而快速响应市场的变化趋势，助力组织实现软件定义汽车模式的成功。

（以上内容来自西门子工业软件大中华区AEC事业部总监骆万君于2022年8月5日由盖世汽车、AUTOSAR组织联合主办的2022第三届软件定义汽车论坛暨AUTOSAR中国日发表的《西门子基于数字孪生技术的“软件定义汽车”整体方案》主题演讲。）