车内程序代码

（2009年出版）



为了运行一辆高级轿车，需要大量的微处理器来处理1亿行代码（ 2009年 ）。 而且它将很快变得更加困难。

美国空军的F-22 Raptor战斗机中的航空电子系统包括大约170万行代码。 F-35联合攻击战斗机于2010年推出，机载系统需要大约570万行代码。 而新的波音787 Dreamliner需要约650万行程序代码才能运行车载电子设备系统。

令人印象深刻，不是吗？ 但是，如果您最近购买了一辆高级车，它可能包含大约1亿行代码。 慕尼黑工业大学计算机科学教授，汽车软件的领先专家曼弗雷德·布罗伊（Manfred Broy）这样说。 所有这些软件都可以在遍布汽车的70-100个基于微处理器的电子控制单元（ ECU ）上运行。

戴姆勒信息技术管理总监阿尔弗雷德·卡岑巴赫（Alfred Katzenbach）表示，当前奔驰S级轿车中的当前导航系统需要超过2000万行代码。 该汽车包含的ECU几乎与新的空中客车A380一样多（不包括机载娱乐系统）。 汽车中的软件不仅数量会增加。 每次软件的复杂性越来越高。 去年年底，研究公司Frost＆Sullivan计算出，在不久的将来，机器将需要200至3亿行代码。

即使在廉价汽车中，车身，车门，仪表板，车顶，行李箱和座椅也内置了30至50个ECU。 它们几乎可以在任何地方找到。 这完全取决于汽车设计师的想象力。 这意味着大多数新车都会处理数千万行程序代码，从而控制从刹车到收音机音量的所有内容。



“汽车不再仅仅是电池，分配器或交流发电机以及化油器； 马萨诸塞州波士顿大学电气工程学教授托马斯·利特尔（Thomas Little）说，它们的复杂性极其现代。 Thomas正在开发智能交通系统。 “以节省能源，减少[排放]和提高安全性为目标，我们还提出了电子产品的引入。”

我最近在自己身上遇到了这个困难。 去年，我买了一辆新车，当我打开用户手册时感到惊讶。 它有500页。 另外200页介绍了GPS和无线电系统的操作。 标榜的新功能之一是增加了手套部分，但尺寸可能在无尽手册中指出。

我的新车带有前后安全气囊。 数十个传感器提供电子安全气囊控制器数据。 这些传感器在任何温度下都可以工作数年-在明尼苏达州的严霜和亚利桑那州炎热的夏日阳光下。

大多数时候，安全气囊系统仅监视汽车的状况。 但是，例如，有时由于数辆汽车的碰撞而触发安全气囊。 Broy说，在这种情况下，控制其部署的ECU中的软件需要15到40毫秒来确定哪些安全气囊被激活以及以什么顺序激活。

据布罗伊说，在不久的将来，安全气囊控制系统将不仅使用有关碰撞可能性的信息。 例如，宝马有许多2009年配备有BMW Assist的车型。 该系统根据从车辆安全气囊控制器及其其他ECU接收到的信息来计算“重伤危险”。 紧急服务不仅接收有关事故现场的信息，而且还接收有关旅客严重受伤的可能性的信息。

如今，汽车中的软件数量惊人。
汽车微型计算机的第一个串行ECU是单功能控制器。 它于1977年在通用汽车公司的一辆旧式龙卷风汽车中用于电子点火。 1978年，通用汽车提出将其凯迪拉克旅行计算机安装在凯迪拉克塞维利亚。 该计算机是经过修改的微处理器芯片Motorola6802。它显示有关速度，燃油，行驶和发动机的信息。 但是，该芯片执行了不同的功能：通用汽车（GM）用它来测试微处理器能否很好地控制多种功能，例如燃油喷射，电子点火正时和巡航控制。

到1981年，通用汽车已在乘用车制造中使用基于微处理器的发动机控制。 他们处理了大约50,000行代码。 其他汽车公司也迅速效仿。

通用汽车工程师Jonas Bereisa于1983年在IEEE Transactions上发表的有关工业电子的文章中写道：“软件开发将是新产品开发中最重要的因素。” 他是对的。 Broy估计，超过80％的汽车创新都来自计算机系统。 软件已经成为包括价格表在内的汽车的主要价值来源。 电子产品成本和车辆成本的比例从1970年代后期的5％增加到2005年的15％（不包括最终组装成本）。
混合动力只具有一个引擎控制所需的软件数量，几乎是标准汽车的两倍。 电子成本和车辆成本之比接近45％。 据一些专家称，在十年之内，电子成本在汽车成本中所占的百分比对于普通汽车将增加到50％，对于混合动力汽车将增加到80％。

Broy说，对于现代高档汽车，“软件和电子产品的成本可以达到汽车成本的35％到40％。” 软件开发约占此成本的13-15％。 他说，如果每辆高级软件的成本为10美元（这非常小），那么一辆高档汽车，仅其软件一项的投资就价值10亿美元左右。

IEEE Spectrum的编辑John Voelcker在2007年4月撰写了有关GMC Yukon混合动力汽车及其双模自动变速箱的文章。 Voelcker说：“在创建双模变速箱所花费的所有工作时间中，约70％用于管理软件的开发。”

Voelcker指出，控制软件逻辑每10毫秒分析数百个输入数据，包括车辆负载，发动机性能，电池参数和高压电气组件中的温度。

由于代码的复杂性，出现了可靠性问题。 IBM声称，目前汽车保修成本中约有50％与电子产品及其嵌入式软件有关。 根据2005年的数据，美国汽车制造商每辆车的成本约为350美元，欧洲汽车制造商为250美元。

2005年，丰田撤回了16万辆2004年普锐斯（Prius）混合动力汽车，其中一些车型由于软件问题于2005年开始销售-汽车突然失速或停车。 估计每辆车修理软件所需的时间约为90分钟-大约240,000个工作小时。 他们付出了沉重的代价。

仅在去年，就出现了与软件问题相关的若干汽车评论。 例如，由于自动变速箱软件存在问题，2008年5月，克莱斯勒（Chrysler）撤回了其2006年吉普车司令部的24,535辆。 然后在六月，由于发动机控制模块软件出现问题，大众汽车撤出了约4000辆2008年的帕萨特和帕萨特旅行车，以及约2500辆途观。 打开空调时，此问题可能导致发动机转速意外增加。 去年11月，由于乘客检测系统中的软件问题，通用汽车召回了12662辆2009年的凯迪拉克CTS汽车，该软件问题可能使应该打开时坐在前排的乘客安全气囊失效，或者应在应将其关闭时将其打开。 尽管如此，还是值得向汽车软件的开发者致敬，因为由于软件的缘故，汽车评论并不多。

软件的广泛使用不仅影响了汽车保修的成本，而且使汽车的维修复杂化。 对于保险公司来说，宣布一场事故中损坏的汽车的全部损失要比修理它容易得多。

很容易理解为什么。 Broy说：“高级车具有2,000至3,000个与软件相关的独特功能。” 然后将它们合并为驾驶员和乘客用来控制车辆系统的250-300个功能。

大多数商用飞机在关键任务机载系统和机载娱乐系统之间都有防火墙。 在汽车中，与飞机不同，在用于控制汽车的电子系统和旨在娱乐驾驶员和乘客的系统之间，信息传输更为复杂。 在沃顿商学院发布了一篇文章，标题为“汽车问题：美国汽车工业是否应被撤销？” 几年前，一些梅赛德斯（Mercedes）驾驶员发现按下某个按钮时驾驶员座椅发生了移位。 问题是该按钮应该控制导航系统。

据我与之交谈的一位前汽车工程师所说，汽车中所有软件的大约三分之一仅用于诊断。 但是，即使具有所有这些诊断信息，汽车修理工通常也无法确定问题的确切原因。

Broy告诉我，技工在汽车中更换的ECU中有50％以上在技术上没有错误：它们在硬件或软件上都没有问题。 机械师更换ECU仅仅是因为他们无法以其他方式修理汽车。

Broy说：“当汽车维修对他们来说太复杂和昂贵时，车库中的汽车服务人员和汽车爱好者确实处于这种现实中。” 远程诊断和维修可能使机械师无需执行许多任务。

Broy认为，在不久的将来，如果您对汽车中的计算机系统有疑问，您将去车库，在那里您的汽车将连接到网络。 第三方OEM可以下载数据，进行分析，然后下载软件补丁。

Voelcker表示，看到宝马Assist，Ford Sync和GM OnStar等车载系统开始将运行数据参数定期传输回由汽车制造商控制的集中式系统，他不会感到惊讶。 反过来，制造商将分析超出规格的零件或需要更新的软件的数据。 驾驶员会被自动告知必须修理汽车。

除了监视内部零件的状态外，汽车还开始分析周围的环境。 “我们正在进入一个时代，除了了解车内正在发生的事情之外，我们还使用雷达等工具来检测外部物体的存在，使用激光来测量巡航控制系统上的距离，并使用视频和超声波来检测背后的物体。你，利特尔说。 “趋势将是检索适用于您的汽车和其他车辆的信息。 然后，此信息将用于提高安全性。 例如，您前面的汽车会告诉您的汽车，高速公路上是否结冰或是否发生了事故。

利特尔说：“我们放弃一小部分控制权以换取安全性。 您和我将在什么时候准备说：“好。 我不会开车，让它开我。

关于作者

Robert N. Charette是一位自称为“风险生态学家”的IEEE Spectrum编辑，他研究了不断变化的风险概念对技术和社会的影响。 Charette还撰写了IEEE Spectrum Online的《风险因素》。

我们走得更远

Manfred Broy和他的同事在2007年2月的IEEE会议论文集（ Engineerings of February）上写了一篇详尽的文章，标题为Engineering Automotive Software 。 这可能是有关如何开发和使用汽车软件的最佳评论之一。

有关在汽车中使用软件的早期历史观点，请参阅乔纳斯·贝雷萨（Jonas Bereisa）的文章，该文章于1983年5月发表在IEEE Transactions in Industrial Electronics中，标题为“ 微处理器在汽车电子中的应用 ”。 它提供了从1977年到1982年在汽车中使用的许多微型计算机应用程序的有趣时序表。