易特驰：2025AUTOSAR多核资源分配优化白皮书（15页）.pdf

1、Empowering Tomorrows Automotive Software AUTOSAR多核资源分配优化基于真实车载系统的工程实践摘要在桌面计算兴起数年后，汽车行业正面临着向多核架构的软件转型挑战。这一转变要求软件进行重大变革，以充分发挥新型先进芯片技术的优势，即采用同构或异构多核系统的微控制器（MCU）和片上系统（SoC）。越来越多汽车开发者面临此类系统的配置与优化问题，需依赖经验丰富的合作伙伴的最佳实践。ETAS早在2009年就率先开发出全球首个用于量产车辆的多核AUTOSAR软件栈，并基于多年单核系统ECU性能优化经验持续迭代。截至目前，全球超过40亿个ECU依赖ETAS RTA

2、-CAR（RTA-Classic AUTOSAR）运行应用软件，且多核应用呈增长趋势。本白皮书简要介绍多核技术普及的动因与历程，随后通过三个真实案例（包含现有系统优化与新建多核系统两类典型场景）阐述ETAS如何助力客户优化核间分配，并附理论示例。文末展望了将进一步增强多核应用的新功能。superior目录45667 8 9 12131.引言2.并行化面临的挑战3.深度嵌入式系统的特殊需求4.实践方案4.1 负载分布优化4.2 减少运行时峰值4.3 BSW模块分布的主/从与多主架构方案 4.4 创新型多核项目的从零搭建5.展望6.我们的AUTOSAR多核解决方案：RTA-CAR14AUTOSAR

3、多核资源分配优化41.引言数十年来，硬件速度的提升直接带来了软件性能的增长，而无需大量适配工作。然而在2010年代初，开发者们遭遇了功耗墙由于电流密度和功耗上升导致性能提升受限的临界点。2004年，英特尔通过推出首款面向台式机的多核芯片为此提供了解决方案。尽管当时多数软件仍为单线程，这项新技术仍在全行业快速普及。但要从多核设计中获益需要大幅重构软件，因此其实际应用速度未能与多核硬件的推出保持同步。随着功耗墙问题稍晚波及汽车行业，单核ECU的性能增长同样陷入停滞。转向多核架构成为必然选择，尤其是当更集中的整车架构需要在更少ECU中集成更多功能从而降低单车硬件总成本。2010年代首批汽车多核微控制

4、器面世时，开发者面临将历史遗留ECU软件迁移至多核环境的挑战。ETAS通过其基础软件（BSW）栈推出了首个支持多核进程并行化的AUTOSAR解决方案，使得在保留关键传统系统的同时，能充分发挥新硬件的优势。AUTOSAR多核资源分配优化5-同步和通信开销：程序的某些部分可能需要来自另一个核心的数据，或者需要进行同步，从而导致处理器等待状态。-上下文切换开销：CPU执行上下文切换时总会产生开销从某些微控制器上的短短两个周期，到桌面处理器或嵌入式微处理器上可能需要刷新缓存、执行页表遍历和从磁盘重新加载RAM内容的数百万个周期。-资源争用：如果核心共享硬件资源且一个核心正在使用该资源，其他核心必须等待

5、其可用。-干扰效应：即使两个核心访问两个独立外设，这些外设也可能连接到公共总线，从而形成瓶颈。-内存分配：芯片具有多个物理内存区域，其访问时间差异很大。高效分配应将数据移至运行代码附近。限制加速效果的实际因素（不包括进程并行化限制）：2.并行化的挑战充分发挥多核技术优势的关键在于将应用软件和基础软件合理分配到各个核心。然而，两个核心并不能自动带来双倍速度提升，其根本原因在于某些任务必须顺序执行，因此核心数量翻倍带来的性能增益永远无法达到100%。虽然阿姆达尔定律可以预测多核使用时的理论加速比，但实际性能还受其他（现实）因素限制。右侧方框中列举了部分示例。这一挑战的核心在于通过尽可能实现并行操作

6、来获得最大效率提升，即尽可能减少顺序操作，并优化内存使用以避免等待时间。理论上，增加更多核心似乎是个好方案，但这也会增加并发问题的可能性，并带来主要与内存访问相关的额外问题。两种通用架构类型具有多个相同核心的同构架构和具有多个不同核心的异构架构通常混合存在于单个设备中。典型芯片可能包含多个相同的主核心，外加一些专用核心来加速特定功能，例如提供高性能高级加密标准（AES）的内置硬件安全模块（HSM）。在内存拓扑方面，当前大多数微控制器都采用混合设计，既包含共享内存资源，也包含每个核心的私有内存。不同内存区域具有不同的访问时间，因此内存布局对系统性能有很大影响。通过优化内存访问模式，通常可获得约1