优化AUTOSAR多核分布：汽车软件的实际考虑因素

汽车行业向多核技术的转变

汽车行业正迅速采用多核架构，以满足先进功能和集中化车辆架构日益增长的需求。与21世纪初的桌面计算革命类似，当今的软件系统必须演进以充分利用多核微控制器（MCU）和系统级芯片（SoC）的全部潜力。这一转型带来了重大挑战，要求开发人员重新思考软件设计、配置和优化的方法。作为汽车软件解决方案的领导者，ETAS始终处于这一演进的前沿，早在2009年便开发了全球首个用于车辆批量生产的异构多核AUTOSAR软件堆栈。目前，全球超过40亿个电子控制单元（ECU）依赖于ETAS的RTA-CAR（RTA-Classic AUTOSAR）解决方案，该公司已积累了丰富的经验，助力汽车客户应对多核实现的复杂性。

并行化与深度嵌入式系统的挑战

单纯增加核心数量并不会自动带来线性性能提升。同步开销、上下文切换、资源竞争、内存访问时间以及阿姆达尔定律的内在限制等因素，都会对实现最佳并行化构成挑战。关键在于最大化并行操作、最小化顺序任务，并优化内存使用以避免瓶颈。

车载深度嵌入式系统对安全、可靠性和实时性能有严格要求。传统上，这些系统基于单核架构构建。将现有单核代码迁移到多核环境面临巨大挑战。相较于从头设计新系统，迁移现有遗留系统至多核架构通常更受青睐。ETAS是首批将多核支持引入AUTOSAR标准的公司之一，并同步开发了ETAS RTA-CAR BSW Stack，以实现该功能的可用性。RTA-CAR BSW Stack已逐步发展成为一个全面的堆栈组合，提供多种BSW分布架构选项，包括专为优化分区系统中核心利用率设计的“主/从”模式。

实际应用：真实案例

本白皮书通过实际的汽车应用案例，探讨了优化AUTOSAR多核分布的实际考虑因素。它分析了三个不同的场景：

• 优化负载分布：某OEM在多核ECU的一个核心上遇到了运行时问题。ETAS通过将Com堆栈从过载的核心迁移到负载较轻的核心，帮助重新分配了负载。这使得工作负载分布更加均衡。要确定系统最佳配置，理解具体的优化目标至关重要。

• 减少运行时峰值：一家一级供应商在制动ECU的运行时峰值期间遇到了性能瓶颈。ETAS通过将Com_MainFunctionRx拆分为多个具有不同周期的函数，并使其与应用软件（ASW）的定时要求对齐，优化了Com堆栈。拆分从靠近总线通信的层开始，逐步向ASW方向推进。将触发处理放在总线堆栈中进行，并让上层模块轮询需要发送或接收的消息，这种设计更具优势。
• 主/从和多主模式在BSW模块分布中的应用：AUTOSAR通过主/从模式实现BSW模块在不同核心间的分布。当ASW需要访问不同分区中的功能时，主模块控制底层，而从模块为其他核心上的ASW提供访问权限。ETAS还提供了多主模式。采用该模式，项目可将完整总线映射到其他核心。
• 从零开始构建创新的多核项目：一位客户委托ETAS设计新一代网关ECU，该系统具备总线镜像功能和高度分布式的通信堆栈。这一绿地项目为在五个核心之间进行定制化分布提供了可能，从而在严苛的时间表内优化性能并实现新型需求。ETAS采取了不同于传统的方法来确保数据完整性。通过ETAS专有的RTA-CAR BSW模块XCoreCDD（跨核心复杂设备驱动程序）实现PduR接口，不再需要锁定机制，进一步优化了流程。

ETAS RTA-CAR：赋能多核汽车软件开发

ETAS RTA-CAR 是一款专为汽车应用的量产设计而开发的先进、紧凑型软件解决方案。该解决方案已被全球数百家企业采用，为数百万辆汽车中的数十亿个汽车电子控制单元（ECU）提供动力。RTA-CAR 适用于单核和多核项目，并提供超越 AUTOSAR 要求的解决方案。

这些包括：

• 无锁XCoreCDD：实现一个无锁管道，用于连接PduR实例。
• 通信适配器：将ASW分布与通信堆栈分布解耦。
• WdgM的多主模式：除常规的主/从模式外，WdgM还支持多主模式。

展望未来

高效的多核分布对下一代车辆架构至关重要。ETAS 正在不断扩展 RTA-CAR 的多核功能，包括用于理解和优化多核性能的工具。即将发布的版本将引入新功能和优化，进一步赋能整车制造商和一级供应商，以充分挖掘当前和未来车辆架构的潜力。新的专属区域配置编辑器通过静态分析帮助用户优化项目。