调研机构DIResearch发布的统计数据显示,全球嵌入式系统市场规模正呈现稳步扩张的态势,2024年市场规模将达到6226.5亿元,预计2030年市场规模将达到8829.8亿元,2024-2030年复合增长率(CAGR)为5.99%。目前亚太地区是全球最大的嵌入式系统市场,占约30%市场份额,其次是欧洲和北美,二者共占近55%份额。
这种稳定增长背后的驱动因素包括物联网(IoT)、自动化和智能化的快速发展,新兴技术如人工智能、机器学习、区块链等的应用,需要强大的嵌入式系统来支持复杂的计算和分析任务,以及成本效益的考量,嵌入式系统通常相对成本效益较高,可以根据特定需求进行定制,降低了硬件和软件的开发成本。
伴随嵌入式系统的深入发展,其中的功能安全得到越来越广泛的重视,也成为很多芯片设计企业在产品开发中的迫切需求,这点从嵌入式功能安全软件领域的主要供应商IAR近10年的销售增长情况可见一斑。
IAR功能安全授权销售情况 来源:IAR
这里,嵌入式功能安全是指在嵌入式系统中,确保系统在极端环境条件下(如高温、低温、电压波动等)仍能正常工作,并且不会因外部环境的变化而失去功能。功能安全是嵌入式系统安全的基础,因为它确保了系统在各种不利条件下仍能提供基本功能,从而保护更高级别的安全功能不受影响。
行业内也有一些公认的功能安全 (FuSa) 标准,例如 ISO 21434、ISO 26262、IEC 61508、ISO 13849 和 IEC 62061等,专门针对汽车和工业等不同行业的嵌入式系统。
而在具体实施中,不同行业又存在一定的生态差异,可以大概区分为汽车领域和非汽车领域领域。在汽车领域,主机厂(OEM)的话语权较大,通常由主机厂主导功能安全的认证工作,Tier1、Tier2等供应商则是配合完成的角色;但在非汽车领域,应用场景则非常碎片化且分散,有很多不同的关键应用,例如电梯、自动扶梯、工业自动化等等,基本上需要遵循IEC 61508标准,而这些领域的功能安全认证通常由第三方机构介入完成。
FSG能做些什么
“我们接触到的很多客户面临的管理方面的挑战在于,那些需要做相关工作的工程师对功能安全标准的了解有限,也没有任何进行针对性设计(比如安全设计)的经验,对他们来说,估算成本非常困难。往往需要花费3年左右的时间来完成产品设计,并获得认证,时间成本很高。我们的理念是帮助客户缩短这个流程,理想情况下缩短一半时间,大概缩短到1.5年到2年左右完成。这就是我们的目标,帮助客户节省时间,让产品更快推向市场。”近日,在FSG(Functional Safety Group)中国成立仪式上,IAR亚太区副总裁Kiyo Uemura提到。
Kiyo分享的背景也是IAR公司积极推动FSG这一组织成立的初衷,即帮助不同地域和国家的产业加速功能安全认证的进程,提高产品开发效率,提升产品功能安全方面的性能。在Kiyo的介绍中,FSG亚太区组织最早于2018年在日本成立,又分别于2023年和2024年扩展到韩国和中国台湾。
同时因为功能安全认证是一个系统工程,要实现上面提到的企业助力,也需要具备不同环节专业知识的企业加持,因此FSG组织在不同国家都引入了来自产业链不同环节的企业会员。此次,FSG中国的初始会员企业除了IAR外,还包括软件供应商Parasoft和普华基础软件,IP供应商芯来科技,芯片企业恩智浦和瑞萨,以及培训和咨询公司秒尼科(Munik)。
FSG中国初始成员企业 来源:FSG中国
Kiyo特别指出,“FSG目前是一个非营利的组织,没有收取任何费用,我们免费为有需要的企业提供专业的咨询服务。就中国国内市场而言,功能安全(Functional Safety)或网络安全未来也是非常重要的,增长非常快。所以我们希望能够搭建这样一个平台,对于那些有需要的伙伴,让他们在规划功能安全相关项目和产品时,能够找到相对应的资源。 ”
一些专家建议
在汽车领域,“其实功能安全一直是在质量管理之上的,包括IATF 16949质量管理体系对管理、代码质量的管控等都有要求,再之上才是功能安全,再之上才是车规,车规还要求满足AEC-Q100、Q200、Q101,以及更多的标准。总而言之,功能安全在质量之上,车规在功能安全之上。”芯来科技汽车电子产品经理范添彬表示。
恩智浦汽车事业FAE Ives Cheng也提到,“在电动汽车还没有兴起之前,就已经有功能安全概念了。在传统汽车里,我们看到功能安全可能仅仅局限在诸如发动机控制芯片、底盘控制芯片等。近些年,随着汽车电子电气架构的变化,我们也看到很多的包括域控制器的兴起,很多OEM厂商在汽车架构中,在很多的融合设计中也越来越多的考虑功能安全,这对现行的产品定义本身也提出了更高的要求。”
普华Autosar资深技术专家朱汇中则强调,“现在在国内,很多主机厂在考虑供应商时不只是选价格,还要选时间。包括我们整个工期的压缩,这是第一点; 第二点,现在整个产品方案也比较复杂,包括智驾正在走向舱驾融合,这种融合的电源设计就变得非常复杂,因为座舱跟智驾对电源的要求是不一样的,对于功能安全的落地需求也就不太一样,这对功能安全来说是一个比较大的挑战。”要应对这些挑战,朱汇中看来,“这是一个系统方案,从FSG组织来说,我们的成员有相关的芯片厂商和工具链厂商,也包括普华这样的嵌入式操作系统厂商,我们在做很多基于FuSa架构的产品,在功能安全方面具有先进经验。所以在FSG这个平台上,我们可以爆发出一些火花,把这些经验完善成一些标准化方案,为主机厂以及Tier-1厂商提供一些通用型的解决方案,能在很大程度上加快产品落地的时间。”
工业方面。“从工业4.0来看,目前大的趋势是生产工业机器人,工业机器人里面就包括主控部分,还有一些多关节的执行机构的应用,在这些机器人蓬勃发展的应用里面,对于功能安全的要求越来越多,我们每天都可以收到类似应用的客户关于功能安全的一些要求,而很多客户本身缺乏对于功能安全的专业知识,我们在这一部分会重点布局,进行更好的人员部署,希望帮助客户在整个本地化的功能安全方面实现落地。”瑞萨电子嵌入式处理器事业部市场经理杜灏介绍。
从软件测试的角度, Parasoft资深应用工程师王春艳分享,“对于嵌入式软件的支持,如对C/C++代码的测试,我们的建议是从最基础的测试,也就是静态分析单元测试,实现测试左移,将整个测试重心或者是成本平摊到整个测试过程中,在软件开发过程中,添加到测试的整个过程,也就是边开发边测试。 相比于我们最终运行或者是做单元测试,如果在静态分析这个阶段,就能检查出一些只有运行时才能检查出来的问题,比如数组越界等问题,相比于在后期检查,如果在前期检查出来这些违规,所付出的成本以及修改的代价都会更小。”