最新的区域架构有望在增强可靠性、安全性和保护措施的同时，简化车辆电气架构、减轻重量和复杂性。在采用新方法时，需要搭载硬件 I/O 虚拟化的软件虚拟机来管理资源并确保隔离。

由于现代汽车日益依赖于电子控制和软件定义的功能，因此典型的基于领域的电气架构（为每辆车配备一个控制单元）正让位于分区法。领域法（按诸如动力系统、底盘和信息娱乐进行功能分组）推动了车辆的板载 ECU 数量的快速增加，同时也提高了布线密度。在区域法中，ECU 根据其在车辆中的位置进行分类，含有一个集中式通信网关 和计算模块，其尺寸大小足以处理车辆内多个 ECU 的工作负载。它提供了减少 ECU 数量和简化布线的机会，并能够节省空间和减轻车重。

此外，由于引进了先进的功能和连接技术，车辆变得越来越复杂，基于区域的架构可通过添加或修改区域进行更轻松地扩展。进一步的优势包括通过分组相关功能和组件，以简化系统整合的可能性，从而降低开发过程的复杂性，并通过将功能划分到区域来改进故障隔离和提高安全性。

在转换到区域架构以实现节省和改进的同时，保留部分上述方法（如基于领域的架构）中已有的特性是非常重要的。一些重要功能，如安全关键系统（如ABS、安全气囊），受益于在其领域内隔离，并可通过降低其他非关键功能干扰的风险来提高安全性。

同样值得注意的是，领域架构中可为每个领域（如动力系统、信息娱乐）提供专门的开发团队。这些团队可专注于优化其特定功能，以在各自的领域实现潜在的更高性能和效率。

预计区域架构的采用将加快软件定义车辆的发展趋势，因为区域式网关和中央计算集群可轻松地使用软件更新，以提高功能性或添加新功能。此外，区域式网关有助于整合强大的边缘运算，以确保需快速响应的车辆处理重要事件。

在区域架构中，虚拟机 (VM) 可通过提供隔离、资源控制、灵活性和安全性来发挥着至关重要的作用。虚拟机是设计和管理具有多个功能区的复杂系统的重要工具。

通过在不同的虚拟机上运行每个功能区来实现隔离。这样，任何经历故障或安全漏洞的区域都不太可能影响到其他区域，从而提高了整个系统的可靠性和安全性。此外，虚拟机还可将CPU、RAM、存储器等运算资源精确分配到每个区域。这使得重要区域能够收到必要的资源，同时避免可能导致性能问题的资源争夺。

此外，使用虚拟机可在不同区域的软件堆栈之间进行分离，让每个虚拟机拥有自己的操作系统和软件依存关系。可减少区域之间的兼容性问题和冲突。

此外，还可对安全策略和访问控件进行配置，来对每个区域内的安全管理进行微调，从而增强敏感数据和功能的安全性。

在开发过程中，工程师可在不同虚拟机内的具体区域上进行工作，并可进行隔离测试和调试。这将使每个区域的变化对其他区域造成影响的风险降至最低。另一方面，可轻松复制或增减虚拟机，以适应特定区域不断变化的需求。

在汽车电气架构中，各种功能和组件在不同的虚拟机 (VM)上运行，以对其软件堆栈进行隔离。这些虚拟机用于特定任务，如动力系统控制、信息娱乐或高级驾驶辅助系统 (ADAS)。在此情况下，I/O 虚拟化是一项有效的技术，它能够使虚拟机高效安全地与物理 I/O 设备（如传感器、执行器和存储器）进行交互。

为实现虚拟化，SR-IOV（单根 IO 虚拟化）具有多项优势。包括增强了系统可靠性和安全性，通过在虚拟功能和物理设备之间提供强大的隔离来防止冲突，确保每个虚拟机都可访问所需的硬件而不会导致资源争夺。此外， SR-IOV 通过为配置和监控虚拟 I/O 设备提供标准化架构，简化 I/O 资源的管理。

图 2：SR-IOV 架构可让虚拟机通过 PCIe 端口 NVMe SSD 直接进行数据传输，简化数据传输过程以降低延迟。

如图 2 所示，SR-IOV 的主要优势是能够让数据绕过监控程序层，从而在虚拟机 (VM) 和 PCIe 端口 NVMe SSD 之间实现直接传输。通过消除 PCIe 和主机之间的数据分配，大幅降低延迟，且减少了托管监控程序的 CPU 计算负载。

此外，多个虚拟机或分区可共享一个物理 I/O 设备，从而确保资源的高效利用，减少所需的专用硬件组件的数量。这对于空间有限的汽车环境具有有特殊的价值。

在需要实时处理来自传感器和执行器数据的应用中，得到 I/O 虚拟化辅助的虚拟机可直接高效地访问硬件接口，从而减少延迟和开销。由于随着越来越多的车辆依赖于高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动驾驶，虚拟化可有效地确保对重要事件作出及时响应，以提高安全性。

I/O 虚拟化还有助于故障隔离和恢复。如果虚拟机出现故障，使用功能级重置 (FLR) 命令可重置并重新建立虚拟机与 SSD 的连接，而不会影响其他虚拟机和虚拟功能。此功能提高了汽车系统的可靠性，对安全关键性应用极为重要。

最后，使用虚拟机及 I/O 虚拟化可增强安全性和提高可扩展性。每个虚拟机都可配置特定的安全措施，包括针对其 功能定制的访问控制和策略，以防对 I/O 资源未经授权的访问。通过允许添加额外的虚拟机或分区而无需对底层硬 件进行重大更改，确保可扩展性。

由于行业转向区域汽车架构，寻求效率提升和材料节省，将虚拟机与 I/O 虚拟化相结合，以确保高效、可扩展和可靠的系统。虚拟机有助于功能的划分，而 I/O 虚拟化可让虚拟机与物理 I/O 设备进行交互，以确保隔离、实时性能和安全性。

SR-IOV 架构具有满足汽车市场不断变化的需求的优势，包括:

高效和低延迟：

SR-IOV 确保接近本机响应时间，从而构成高效和稳定的系统。在汽车应用中，即使毫秒级的延迟，也是至关重要的。此外，CPU 使用率的降低可让数据绕过监控程序并直接进入应用程序。此优势可让更多的 CPU 资源用于其他任务，从而提高系统的效率。

可扩展性：

SR-IOV 通过提供对多命名空间的支持，可在多个应用程序或虚拟机之间有效地共享 I/O 资源。这在需要同时运行多项服务（如导航、信息娱乐和驾驶员辅助系统）的汽车环境中是非常有价值的。

SR-IOV 可确保无缝通信，实现不同的虚拟功能 (VF) 之间的信息共享，从而增强各种汽车系统的协作能力。

可靠性：

确保隔离。功能级重置 (FLR) 接口可重置单个 SR-IOV 功能，确保当虚拟机出现故障时，可重置虚拟机并使用 FLR 重新连接 SSD，而不会影响到其他虚拟机和虚拟功能。

在汽车环境中，这确保了关键系统与非关键系统的隔离，降低了系统范围故障的风险，并提高在硬件上运行的各应用的可靠性和安全性。

前瞻性：

随着汽车系统的不断发展，SR-IOV 提供了一个定制的强大架构，可无缝整合新技术。它能够直接分配虚拟功能 (VF) 以支持虚拟机 (VM)，从而大幅降低延迟。因此，SR-IOV 确保了低延迟和高吞吐量，从而满足了自动驾驶车辆实时数据处理的关键要求。

成本效益：

SR-IOV 通过减少 CPU 使用率和协助提高 I/O 的使用效率，以促进资源优化，从而大幅降低汽车公司的总拥有成本 (TCO)。

较低的 CPU 使用率还意味着较少的能耗，这是靠电池供电的电动汽车的关键因素。

简化管理：

与传统的 I/O 虚拟化方法相比，SR-IOV 不需要那么复杂的配置和管理，因此较容易部署和维护。

SR-IOV 从性能提升和 CPU 使用率降低到更好的可扩展性和前瞻性，成为下一代汽车系统必备强大应用架构的首选。

Silicon Motion 在闪存峰会上介绍并演示 SM2264XT-AT。内置 SR-IOV 功能的 SM2264XT-AT SSD 主控芯片展现了前所未有的 SSD 性能、无缝 VM 管理、提高速度并降低 CPU 负载。

在两台独立的 PC 上并排演示 SR-IOV 和 非 SR-IOV 配置，结果显示 SR-IOV 的明显优势

该演示突出显示 SR-IOV 是一个更加可靠和强大的解决方案，可立即实施和见效。SR-IOV 从性能提升和 CPU 使用率降低到更好的可扩展性和前瞻性，为下一代汽车系统的架构选择提供了一个令人信服的案例。

汽车系统中数据传输和计算需求的激增，正在推动汽车架构的根本性变革。随着汽车日益依赖于电子控制和软件，对主控芯片的需求也略有上升，对复杂和大量的布线也面临着挑战。由于功能数量的不断增加，新的分区法可简化车辆架构。随着汽车制造商和一级供应商采用兼容 PCIe 接口的 SoC，未来的系统需求也将与现有的 PCIe NVMe SSD 密切相关。这一趋势表明，未来数年汽车行业的 PCIe SSD 将得到更广泛的应用。

作为全球领先的 NAND 闪存主控芯片供应商，Silicon Motion 提供各类高性能解决方案，满足最严格的质量、可靠性和安全性设计要求。我们还与 NAND 闪存制造商、汽车制造商、一级供应商和 SoC 供应商进行深度技术合作， 以确保采用 SR-IOV 技术的 PCIe Gen4 标准满足未来的互联汽车生态系统的需求。