在桌面計(jì)算興起數(shù)年后，汽車行業(yè)正面臨著向多核架構(gòu)的軟件轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。要求軟件進(jìn)行重大變革，以充分發(fā)揮新型先進(jìn)芯片技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，即采用同構(gòu)多核系統(tǒng)的微控制器（MCU）和片上系統(tǒng)（SoC）。越來(lái)越多汽車開(kāi)發(fā)者面ETAS早在2009年就率先開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)用于基于多年單核系統(tǒng)ECU性能優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)持續(xù)迭代。截至目前，全球超過(guò)40億個(gè)賴ETASRTA-CAR（RTA-ClassicAU本白皮書(shū)簡(jiǎn)要介紹多核技術(shù)普及的動(dòng)因與歷程，隨后通過(guò)三個(gè)真實(shí)案例（系統(tǒng)優(yōu)化與新建多核系統(tǒng)兩類典型場(chǎng)景）闡述ETAS如何助力客戶優(yōu)化核間分--2.并行化面臨的挑戰(zhàn) 4.實(shí)踐方案6 數(shù)十年來(lái)，硬件速度的提升直接帶來(lái)了軟件性能的增長(zhǎng)，而無(wú)需大量適配工作在2010年代初，開(kāi)發(fā)者們?cè)庥隽?功耗墻"——由于電流密度和功耗上升導(dǎo)致升受限的臨界點(diǎn)。2004年，英特爾通過(guò)推出首款面向臺(tái)式機(jī)的多核芯片為此解決方案1。盡管當(dāng)時(shí)多數(shù)軟件仍為單線程，這項(xiàng)新技術(shù)仍在全行業(yè)快速普及從多核設(shè)計(jì)中獲益需要大幅重構(gòu)軟件，因此其實(shí)際應(yīng)用速度未能與多核硬件的隨著功耗墻問(wèn)題稍晚波及汽車行業(yè)，單核ECU的性能增長(zhǎng)構(gòu)成為必然選擇，尤其是當(dāng)更集中的整車架構(gòu)需要在更少ECU中集成更多功而降低單車硬件總成本。2010年代首批汽車多核微控制器面世時(shí)，開(kāi)發(fā)者史遺留ECU軟件遷移至多核環(huán)境的挑戰(zhàn)。ETAS通過(guò)其基礎(chǔ)軟件（BSW）棧個(gè)支持多核進(jìn)程并行化的AUTOSAR解決方案，使得在保留關(guān)鍵傳統(tǒng)系統(tǒng)的AUTOSAR多核資源分配優(yōu)化AUTOSAR多核資源分配優(yōu)化充分發(fā)揮多核技術(shù)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵在于將應(yīng)用軟件和基礎(chǔ)分配到各個(gè)核心。然而，兩個(gè)核心并不能自動(dòng)帶來(lái)雙倍倍帶來(lái)的性能增益永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到100%。雖然阿姆達(dá)爾以預(yù)測(cè)多核使用時(shí)的理論加速比，但實(shí)際性能還受其這一挑戰(zhàn)的核心在于通過(guò)盡可能實(shí)現(xiàn)并行操作來(lái)獲得提升，即盡可能減少順序操作，并優(yōu)化內(nèi)存使用以避間。理論上，增加更多核心似乎是個(gè)好方案，但這也兩種通用架構(gòu)類型——具有多個(gè)相同核心的有多個(gè)不同核心的異構(gòu)架構(gòu)——通?；旌洗嬖谟趩沃?。典型芯片可能包含多個(gè)相同的"主"核心，外加一核心來(lái)加速特定功能，例如提供高性能高級(jí)加面，當(dāng)前大多數(shù)微控制器都采用混合設(shè)計(jì)，既包含存資源，也包含每個(gè)核心的私有內(nèi)存。不同內(nèi)存區(qū)通過(guò)優(yōu)化內(nèi)存訪問(wèn)模式，通常可獲得約10%的運(yùn)）：核心的數(shù)據(jù)，或者需要進(jìn)行同步，從而導(dǎo)致處——從某些微控制器上的短短兩個(gè)周期，到桌面處或嵌入式微處理器上可能需要刷新緩存、執(zhí)行頁(yè)表遍歷-資源爭(zhēng)用：如果核心共享硬件資源且一個(gè)核心正在使用該-干擾效應(yīng)：即使兩個(gè)核心訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立外設(shè)，這些外設(shè)盡管向多核發(fā)展勢(shì)在必行，車輛中的深度嵌入式系統(tǒng)目要依賴單核系統(tǒng)。安全性、可靠性和實(shí)時(shí)行為這些在上發(fā)展起來(lái)的關(guān)鍵特性，現(xiàn)在需要為多核系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)建模。主要挑戰(zhàn)在于：使用多線程的單核系統(tǒng)可能已多任務(wù)并行的表象，但直接將代碼移植到多核系統(tǒng)可雖然理想情況下應(yīng)從零開(kāi)始一個(gè)多核項(xiàng)目，進(jìn)析和規(guī)劃，而非嘗試"轉(zhuǎn)換"現(xiàn)有單核項(xiàng)目，但這種情況實(shí)外。在汽車行業(yè)，遺留系統(tǒng)占據(jù)重要地位且難以簡(jiǎn)單替對(duì)于深度嵌入式系統(tǒng)，AUTOSAR是當(dāng)前開(kāi)發(fā)者可用準(zhǔn)。ETAS專家在2009年通過(guò)AUTOSAR4.01版本推相關(guān)功能3。該版本最初包含對(duì)操作系統(tǒng)(OS)、運(yùn)遺憾的是，AUTOSAR最初實(shí)現(xiàn)多核支持的方式存在題，因?yàn)橥暾幕A(chǔ)軟件運(yùn)行在一個(gè)核心上，而其他遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用進(jìn)行訪問(wèn)。4.11版本引入了"分區(qū)系統(tǒng)盡管AUTOSAR提供了功能文檔和BSW分配指南，但實(shí)仍極具挑戰(zhàn)性。因此ETAS持續(xù)完善其解決方案，將最初件棧逐步擴(kuò)展為全面的RTA-CAR產(chǎn)品組合，以全面支持開(kāi)發(fā)者轉(zhuǎn)向多核的初始條件各不相同，很大程度上遺留系統(tǒng)和工作流程?；旧峡梢苑譃槿N情況：支持新多核系統(tǒng)、將功能遷移到多核系統(tǒng)（從現(xiàn)有單核或統(tǒng)）、或優(yōu)化現(xiàn)有分配方案。ETAS擁有數(shù)十年支持O前兩個(gè)案例中，客戶已具備多核分配方案，但面臨配置問(wèn)題。在簡(jiǎn)短的理論說(shuō)明后，我們將以第三個(gè)案例作結(jié)——中我們從初始階段就支持客戶進(jìn)行全新開(kāi)發(fā)。所有案AUTOSAR多核資源分配優(yōu)化某整車廠就一個(gè)雙核ECU項(xiàng)目聯(lián)系ETAS尋求支持，有雙核分布方案下出現(xiàn)運(yùn)行時(shí)問(wèn)題，特別是core0的性題。項(xiàng)目首先對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行全面分析：運(yùn)行時(shí)測(cè)量顯示cor通過(guò)將占15%運(yùn)行時(shí)的完整通信協(xié)議棧從core0遷core1，core0的過(guò)載問(wèn)題被降至合導(dǎo)致系統(tǒng)總負(fù)載增加了4%，部分原因是新增了跨核這些模塊原先位于同一核心。僅遷移通信協(xié)議棧意味核心邊界?？傔\(yùn)行時(shí)增加的另一個(gè)原因是：測(cè)量時(shí)尚分布調(diào)整內(nèi)存布局，通信協(xié)議棧數(shù)據(jù)仍駐留在core0的內(nèi)存并不構(gòu)成問(wèn)題。不過(guò)后續(xù)仍進(jìn)行了診斷協(xié)議棧遷移和此案例展示了多核系統(tǒng)配置中需要權(quán)衡的典型場(chǎng)景：越分散越好，關(guān)鍵在于明確優(yōu)化目標(biāo)（單核負(fù)載、總80%60%40%20%20%原始方案分布式方案分布式方案圖1：將負(fù)載從core0遷移至core1實(shí)現(xiàn)了更好的運(yùn)行時(shí)分布，代價(jià)是總AUTOSAR多核資源分配優(yōu)化在第二個(gè)案例中，某一級(jí)供應(yīng)商的制動(dòng)系統(tǒng)多核ECU但系統(tǒng)在某些運(yùn)行時(shí)峰值期間表現(xiàn)未達(dá)預(yù)期。運(yùn)行示，通信協(xié)議棧中Com_MainFunctionRx的最大運(yùn)行關(guān)鍵：該函數(shù)每5毫秒被周期性調(diào)用來(lái)處理新接收的單元（Pdu），而部分應(yīng)用層軟件（ASW）函數(shù)僅每4行一次。最壞情況下，Com_MainFunction處理數(shù)據(jù)解決方案是將Com_MainFunction拆分為多個(gè)具有不主函數(shù)（見(jiàn)圖2），并將Pdu分配給與最終讀取數(shù)據(jù)的A數(shù)周期相匹配的函數(shù)。作為額外優(yōu)化，通常由Rx中斷觸發(fā)指示被拆分，大部分處理流程移出了中斷上下文。這些同解決了項(xiàng)目的運(yùn)行時(shí)問(wèn)題。.名稱名稱最大值[μs]Pdu數(shù)量Com_MainFunctionRx360.65名稱名稱最大值[μs]Pdu數(shù)量>Com_MainFunctionRx_5ms24.0433338 >Com_MainFunctionRx_10ms36.06524 >Com_MainFunctionRx_20ms33.81093845 要深入理解這一新分配方案的邏輯，需要仔細(xì)分析棧的架構(gòu)。該協(xié)議棧包含多個(gè)層級(jí)：底層負(fù)責(zé)幀的打包、協(xié)議特定頭部的添加和移除、幀的分片和重組等這些經(jīng)過(guò)速度優(yōu)化的層級(jí)計(jì)算量較小。因此PDU大部分運(yùn)行時(shí)集中在高層級(jí)（PduR及以上）。為此，E議在較低層級(jí)處理觸發(fā)事件，而讓高層級(jí)采用輪詢3）。如后續(xù)章節(jié)和圖5所示，信號(hào)到核心的分配是在P6342571圖3：主要負(fù)載位于高層。ETAS建議將底層（總線協(xié)議棧）運(yùn)行在單一核心，并在PduR層級(jí)進(jìn)行分配以匹配ASW分布。前文案例展示了實(shí)際多核項(xiàng)目中出現(xiàn)的不同優(yōu)化我們看看AUTOSAR對(duì)多核基礎(chǔ)軟件(BSW)的規(guī)范要求軟件(BSW)需要為此提供支持。在多核系統(tǒng)中，ASW個(gè)核心上。調(diào)用其他核心的函數(shù)會(huì)產(chǎn)生切換開(kāi)銷（同同分區(qū)間調(diào)用也存在開(kāi)銷，但代價(jià)較?。２糠諦SW這類情況通常出現(xiàn)在具有服務(wù)型軟件組件(SerSwComponents)的基礎(chǔ)軟件(BS理(Dem)、功能禁止管理(Fim)、非易失性存儲(chǔ)管理(Nv看門狗管理(WdgM)。針對(duì)這些需要跨分區(qū)訪塊，AUTOSAR定義了主/從架構(gòu)方案：將軟件棧拆分層的主模塊，以及為其他核心或分區(qū)中的ASW提供訪問(wèn)跨分區(qū)隊(duì)列(BSW內(nèi)部)AUTOSAR多核資源分配優(yōu)化10運(yùn)行時(shí)優(yōu)化，但這往往需要與延遲特性進(jìn)行權(quán)衡。以但多數(shù)情況下，要實(shí)現(xiàn)低延遲必須采用同步調(diào)用——跨核分布時(shí)，調(diào)用方核心會(huì)持續(xù)阻塞直至被調(diào)用方核心作。因此無(wú)論是整體性能還是全局延遲優(yōu)化，都應(yīng)盡可通信協(xié)議棧中，Com模塊位于最頂層，其下層是PDU(PduR)。由于PduR本身具有數(shù)據(jù)分發(fā)功能，自然成為主構(gòu)的實(shí)現(xiàn)層級(jí)。正如圖5所示，通信協(xié)議棧的拆分點(diǎn)并OsAppA(ASIL)SW-CAdderAdapter<>12圖5：信號(hào)到雙核的分配在PDU路由器(PduR)層級(jí)實(shí)現(xiàn)。AUTOSAR多核資源分配優(yōu)化11Com協(xié)議棧的多實(shí)例化意味著RTE必須調(diào)用對(duì)應(yīng)Com實(shí)例。但在某些情況下，RTE無(wú)法確定且OsAppD中的SW-C發(fā)送信號(hào)時(shí)，RTE既可直接OsAppA后調(diào)用其Com協(xié)議棧。針對(duì)此類自主決策。因此ETAS采用名為RTEAdderAdapter的生件組件，將信號(hào)路徑拆分為兩部分：一部分使用IOC傳某些項(xiàng)目需要將完整的總線映射至其他核心。ASW負(fù)責(zé)控制專有CAN總線連接的設(shè)備時(shí)，將整個(gè)CA流程遷移至同一核心就很有必要。ETAS軟件棧同樣如圖6所示，CAN2由core1處理，而以太網(wǎng)位于core此場(chǎng)景下，PduR也被拆分且各部分需要建立連接。接收的CAN幀需轉(zhuǎn)發(fā)至core0的以太網(wǎng)，PduR必須OsAppA(ASIL)OsAppB(QM)OsAppC(QM)AdderAdapterAdderAdapterAdderAdapter221AUTOSAR多核資源分配優(yōu)化12前文主要聚焦于已有核間分布方案的優(yōu)化。在第中，某客戶就新一代網(wǎng)關(guān)ECU的設(shè)計(jì)咨詢ETAS：這是有總線鏡像功能且采用高度分布式通信協(xié)議棧的多核網(wǎng)此全新項(xiàng)目中，五核間的分布方案可完全定制化設(shè)計(jì)，總線）間傳遞信息，而任務(wù)導(dǎo)向型的通信協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)1n1n<><><><>1n1n<><><><>圖7：基于PduR實(shí)現(xiàn)各層級(jí)最優(yōu)連接，最終形成為確保此類架構(gòu)中的核間數(shù)據(jù)完整性，傳統(tǒng)制實(shí)現(xiàn)。鑒于鎖機(jī)制可能影響性能并增加等待時(shí)間，ETA圖8：采用XCoreCDD后，核間不再需要鎖機(jī)制，從而縮短等待時(shí)間該方案不僅無(wú)需鎖機(jī)制（如圖8所示），更能進(jìn)一理流程?；诖?，甚至可實(shí)現(xiàn)無(wú)鎖的跨總線置。XCoreCDD同時(shí)為安全關(guān)鍵型工作負(fù)載提高效的多核分布方案對(duì)新一代整車架構(gòu)至關(guān)重要，其影響范圍正擴(kuò)展至更多一關(guān)鍵技術(shù)不僅支撐當(dāng)前項(xiàng)目，更是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)等未來(lái)汽車革包括新增用于分析和優(yōu)化多核性能的工具套件。即將發(fā)布的RTA-CAR版本將新的獨(dú)占區(qū)配置編輯器，通過(guò)靜態(tài)分析幫助用戶選擇正確的鎖類型（即獨(dú)占區(qū)案）來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能。我們還將把主/從架構(gòu)支持?jǐn)U展至更多模塊，并持續(xù)優(yōu)化棧以實(shí)現(xiàn)更高性能和更小體積。這種資源高效利用方案確保整車廠和供應(yīng)商能挖掘當(dāng)前及未來(lái)整車架構(gòu)的潛力。.AUTOSAR多核資源分配優(yōu)化14-安全可靠：符合ISO26262功能安全與ISO/SAE21434網(wǎng)絡(luò)