为什么要做虚拟ECU？我们来算算帐……

lichengwan

如果把虚拟ECU看作是投资，那么投资必谈回报率。让我们看看，这笔投资回报的定量和定性分析。

大家都知道，动力总成、底盘、安全、车身和 ADAS 等汽车系统软件内容越来越多。与此同时，加快开发时间、提高可靠性和保持/降低成本的压力也在增加。从事嵌入式软件开发、集成和测试的汽车OEM、Tier1 和半导体公司需要在开发流程中集成新的工具和方法，以应对这些新的挑战。

虚拟化硬件的开发侧重于嵌入式软件开发集成和测试，适用于动力总成、混合动力、底盘、安全、车身和 ADAS 应用中的电子控制单元 (ECU)。通过软件开发工具包，使用快速虚拟原型作为嵌入式目标，并提供先进的测试和调试功能。这样能够使 OEM、Tier1 和半导体公司：

在电子控制器 (ECU) 或 ECU 网络可用之前尽早开始软件开发

加速复杂驱动程序、多核软件和完整 AUTOSAR 堆栈的开发和测试

利用虚拟硬件在环 (vHIL) 环境测试边角情况

执行更高效的故障测试，而物理硬件无法或难以执行这种测试 (ISO 26262)

自动化回归测试

促进整个供应链的沟通

OEM 或者 Tier1 开发过程中部署这套系统的公司往往试图确定其 "投资回报"。我们认为这非常有必要，不然为什么要采用这样的技术？汽车企业经营的采购都要考虑到 ROI 投资回报，尤其是今天的这个环境下。关于采用虚拟 ECU 平台产生的收益，如果你是团队主管，可以简单的算一笔账：
1. 你们软件团队人员有多少？
2. 你们软件团队平均工资多少？
3. 如果发生过召回事件，那么因为软件召回，造成了损失的金额多少？
4. 你们的产品因为软件问题而召回，导致潜在的订单损失有多少？
下面将根据我们从领先的北美市场汽车 OEM 和 Tier1 公司收集到的经验提供一个框架。与任何此类分析一样，我们需要将该框架分为可衡量的定量框架和定性框架。这些框架的驱动因素是使用虚拟硬件方案所获得的生产率（定量）和降低开发风险的能力（定性）。

一个典型的原型开发周期可能需要大约六个月。通过引入基于模型的网络物理系统开发方法，我们可以打破 "原型/错误修复 "周期，将其缩短到两个月左右。（日立汽车研究所）

定量框架只有在可以测量数据的情况下，才能使用基于定量的框架。为此，已部署 虚拟硬件软件工具的公司最常报告的数据衡量标准是使用该工具所获得的生产率。多个用户报告称，根据开发活动的不同，生产率提高了 30% 到 50% 不等。这里以北美车企研发的数字作为参考，工程师成本和硬件成本均为北美的物价水平。在下面的计算中，我们将使用 30% 的生产率收益这一保守值。我们将使用的其他参数包括：

平均工程师成本/年 150,000 美元  *请注意，这两年欧美的工资在上涨 平均项目时间为 4 年，共有 75 名测试工程师参与  *国内项目是2-3年搭建真实 ECU 环境的成本与搭建虚拟 ECU 环境的成本相似我们的分析示例将假设以下成本- 真实 ECU = 1,000 美元（每位工程师 1 个）- 虚拟 ECU/MCU = 10,000 美元/年（每位工程师 1 个）- 基于 HIL 的系统 = 初始成本 50,000 美元，随后几年的维护成本为 10,000 美元（10 个系统）最后，我们假设基于 HIL 的系统仅在第二年使用
图 1 显示了使用虚拟硬件的开发项目与使用真实物理硬件的开发项目之间的成本差异。与使用实际物理硬件的开发项目之间的成本差异。

图1: 紫色是北美车企硬件环境开发成本，橙色是采用虚拟硬件环境的开发陈本。由于大多数开发工作不可能在没有硬件的情况下完成，我们现在假设开发团队最初需要保留 30% 的 ECU 电路板，同时还要维护六个 HIL 系统。总之，使用连接到虚拟原型的动态虚拟车辆模拟器可以缩短 "V "周期，使系统和 IT&V 工程师能够更早地进行测试开发。这种策略将确保尽早和更快地进行硬件/软件集成、测试和反馈，从而最终提高工程效率、产品质量和开发周期。（德尔福电子安全部门）

图2: 相较于图1，增加了真实硬件和虚拟硬件的混合环境（青色）分析表明，在项目期间（本例中为四年），纯粹基于虚拟硬件的开发可节省约 990 万美元的成本，而混合开发则可节省 890 万美元。从上述结果可以看出，与使用虚拟环境所获得的生产率相比，测试设备（电路板、虚拟硬件系统 或 HIL 系统）成本的影响微乎其微。虽然上述分析模型比较简单，但领先的 Tier1 和原始设备制造商（OEM）公司开发的更复杂的模型也得出了类似的结论（包括考虑多个项目、净现值、风险因素等）。
定量框架结论：

定量框架分析表明，在开发过程中使用 VDK 的主要影响来自于生产率的提高。领先的一级制造商和原始设备制造商的生产率提高幅度在 30% 到 50% 之间，具体取决于手头的设计任务。一家原始设备制造商的初步可行性研究显示，在部署的第一年，潜在的资本效率约为 60%，在未来 10 年内，其特定环境的潜在净现值为 10%。

定性框架定性框架是获取汽车系统开发部署虚拟硬件平台价值的重要部分。虚拟硬件平台的优势在许多领域都发挥着重要作用。由于测量相当长一段时间内的影响以及将这些影响与特定开发方法相关联的复杂性，对其进行量化要困难得多，而且往往是不可能的。我们可以将这种定性考虑分为以下几类：

在开发过程中发现错误并在后期进行修复的成本 软件召回的成本（影响公司对质量的看法）提前向市场交付产品的优势

多年来已有许多分析表明，系统中软件缺陷的发现时间与修复问题的成本之间存在直接关联。Capers Jones 在《Applied Software Measurement》一书中的显示了项目阶段功能中引入缺陷的百分比、项目阶段功能中发现缺陷的百分比以及项目阶段各功能中修复缺陷的成本。虚拟硬件环境可使软件测试更早开始，并提高生产率，从而更早地完成更多更好的测试。这将降低在开发过程后期发现缺陷的风险，从而降低相关成本。

图3: 青色表示该阶段引入的缺陷比例，橙色表示该阶段发现的缺陷比例，紫色表示在此阶段修复缺陷的成本。（来源：Applied Software Measurement, Capers Jones）显而易见的是：代码阶段的缺陷最高，量产后修复缺陷所需要的代价最大。Tips：这本书国内没卖的，可以参考这本；有需要的，自己亚马逊下单，70美元；或者买文末的书先看看，实在不行也可以联系我们获得影印本。图4 摘自 qualitydigest.com 发表的一篇文章（"丰田质量问题对其北美业务的影响评估"）。图中分析了众所周知的召回事件对丰田公司的影响，我们查了查中国的车企召回事件也屡见不鲜，就不多说了。通过在开发过程中进行更多的系统测试，可以降低与召回相关的风险。虚拟硬件平台可以使 Tier1 和 OEM 能够增加测试时间，进行更多更好的测试。这是因为这种测试可以更早地开始，更有效地进行。此外，虚拟硬件平台还能进行故障测试，而物理硬件根本无法或难以进行这种测试。ISO 26262 为确保更高的安全性提供了一种开发方法，但也付出了代价。据分析师估计，ISO 26262 将使安全关键型系统的开发成本增加 25-40%。利用更好的调试和分析工具以及提前开始测试的能力来降低开发风险将是关键所在。这也是虚拟硬件平台能够带来显著投资回报的另一个领域。

图 4. 汽车召回的成本影响示例（注意，这是十多年前的成本估计）其他因素，如供应商（Tier1 和汽车芯片公司）与客户（OEM 和 Tier1 ）之间的沟通，以及更早的市场部署，也会对成本和收入产生直接影响。通过虚拟硬件原型，有助于产品提前进入市场，并通过提前使用原型进行需求验证，改善整个汽车供应链的沟通。例如，一家Tier1对虚拟硬件平台的使用突出表明，在一个项目中，通过使用 虚拟硬件平台，提供了 200 多项规格说明，纠正了 48 项规格错误。在这种情况下，我们也可以快速提供定量影响计算。根据上述修复缺陷的成本，使用虚拟硬件原型最多可节省 500 万美元（值得注意的是，上述修复缺陷的成本适用于一般的软件开发。如果是复杂的嵌入式应用程序，如汽车中的嵌入式应用程序，根据所需的测试，成本可能会高出很多）。
定性框架结论：

通过更早开始、进行更多更好的测试、支持无法使用物理硬件进行的测试以及促进供应链沟通，虚拟硬件原型可直接降低与可靠性、开发成本和整体开发时间线相关的风险。减轻风险不容易量化；因此，基于行业经验的定性方法需要成为决定部署虚拟硬件原型的关键部分。

最后是给管理层的建议通过以上分析，我们可以看出，在汽车系统开发中部署虚拟硬件原型时应考虑定量和定性标准。在汽车系统开发中部署虚拟硬件原型的定量和定性标准都应加以考虑。领先的OEM 和 Tier1 在考虑部署虚拟硬件原型时已经制定了这样的方法。经过分析，在开发过程中部署虚拟硬件原型通常被认为是基于实际项目经验的决策，也是流程改进的战略方向。最后一个考虑因素在任何情况下都源于一个清晰的认识，即软件开发、集成和测试是一个持续增长的开发挑战，需要新的工具和方法来应对。随着软件内容的不断增加、多核微控制器的使用以及 ISO 26262 等安全标准的要求，这些挑战显然将继续增加。根据领先的 Tier 1 和 OEM 使用虚拟硬件原型的经验，应考虑以下管理建议：

在开发流程中广泛部署虚拟硬件原型的决定，很可能是基于改进开发流程的战略方向。- 基于降低开发风险，定性分析决策因素。- 定量分析因素，受工程师工作效率的影响最大。应考虑开展试点项目，以积累内部经验。如果定义明确，目标明确，试点项目与生产项目并行执行，则效率最高。- 利用行业活动和会议中有关该主题的各种共享知识。虚拟硬件原型的部署必须得到具有广泛能力的供应商的支持，具体包括：- 拥有模拟和工具技术方面的经验。- 与汽车知识产权和半导体供应链建立长期合作关系。- 在全球范围内提供本地支持和部署服务。

切记要用财务和投资方法看待部署汽车的任何新项目，以支持长期的汽车项目和行业发展。