Qt Group：Qt 6-快捷智能地打造下一代座艙HMI

當(dāng)前，各大OEM為實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車的目標(biāo)紛紛進(jìn)行轉(zhuǎn)型。2023年12月19日，在長城汽車2023技術(shù)研討會上，Qt Group中國商務(wù)拓展經(jīng)理高森指出，OEM轉(zhuǎn)型成功的標(biāo)志是從制造商變?yōu)檐浖?，能夠在汽車?jīng)銷店外實(shí)現(xiàn)盈利。

高森介紹，Qt 6在OEM智能化轉(zhuǎn)型中能夠發(fā)揮諸多作用。針對國外某OEM智能化轉(zhuǎn)型中遇到的一系列困難，Qt Group與該OEM共同設(shè)計了一個自上而下的模型，構(gòu)建出一個新的平臺體系框架，統(tǒng)一了中間件開發(fā)，并進(jìn)行了APP模板化開發(fā)，最后對設(shè)計開發(fā)的工作流程進(jìn)行優(yōu)化。

最后，高森提到，Qt緊跟著汽車的未來而發(fā)展，能夠快捷智能地幫助OEM打造品牌專屬的數(shù)字座艙。

高森 | Qt Group中國商務(wù)拓展經(jīng)理

以下為演講內(nèi)容整理：

專業(yè)邏輯

軟件定義汽車是指通過軟件實(shí)現(xiàn)人們對汽車的現(xiàn)代化要求。軟件成為了汽車創(chuàng)新和差異化的核心，而不再僅僅是硬件，實(shí)現(xiàn)了汽車功能上的靈活性、可升級性和個性化。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，OEM紛紛進(jìn)行轉(zhuǎn)型。

從營銷角度看，當(dāng)前，新勢力品牌和傳統(tǒng)主機(jī)廠都開始將展車和展廳設(shè)置在大型商場、CBD的一樓最醒目的位置，也引入全新的“VR 3D虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)實(shí)現(xiàn)的車輛選配器，通過模擬真實(shí)環(huán)境,讓消費(fèi)者在即使沒有真車的情況下,也能體驗(yàn)車輛的車型亮點(diǎn)。

從服務(wù)上看，以前汽車出廠到4s店后就會和OEM失去關(guān)聯(lián)，而現(xiàn)在要求的是整車全生命周期的OTA。因此我們需要進(jìn)行一系列改革，打造 SaaS產(chǎn)品。之所以要采取 SaaS模式，是因?yàn)樵撃Ｊ教峁┝俗罡叩拿省⑥D(zhuǎn)化率和全生命周期價值，并且能降低客戶成本。因此OEM轉(zhuǎn)型成功的標(biāo)志就是從制造商變?yōu)檐浖?，能夠在汽車?jīng)銷店外實(shí)現(xiàn)盈利。

要打造一個有自主權(quán)的SaaS平臺，就需要擁有軟件上的自主權(quán)。因此許多OEM開始做自己的座艙軟件和智能網(wǎng)聯(lián)。在此過程中，主機(jī)廠也在不斷探索新技術(shù)，如安卓車機(jī)，能夠?qū)⒁苿佣说捏w驗(yàn)賦能到智能座艙中。從廣告運(yùn)營的角度看，廣告不再限于傳統(tǒng)媒體，而是延伸到抖音、小紅書等平臺?；诖?，主機(jī)廠不僅要整合軟件和硬件的架構(gòu)，還需要在軟硬件結(jié)合的基礎(chǔ)上構(gòu)建擴(kuò)展服務(wù)的平臺，提供數(shù)字化運(yùn)維。

汽車行業(yè)數(shù)字化的最底層邏輯就是實(shí)現(xiàn)新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展。新建立的生態(tài)應(yīng)當(dāng)是以該生態(tài)為核心，所有企業(yè)都能持續(xù)盈利，而不是手機(jī)廠商跨界賦能，形成車機(jī)上的壟斷。我們的生態(tài)應(yīng)當(dāng)是“你中有我、我中有你”的共創(chuàng)式。

座艙HMI是汽車智能化的門戶，能夠集中體現(xiàn)產(chǎn)品力，國內(nèi)在這一方面競爭非常大。當(dāng)前競爭主要有三個方向，一是HMI與車內(nèi)內(nèi)飾的融合，要提供情感屬性；二是屏幕數(shù)量和大小的競爭，開始采用一體化橫屏高清屏設(shè)計，還有廠商取消了傳統(tǒng)儀表的顯示，用HUD或其他方式替代；三是UI內(nèi)容，從機(jī)械儀表到LED儀表，再到2D到3D的升級，競爭十分激烈。此外，手機(jī)廠商跨界帶來的手機(jī)和車機(jī)的深度融合也對智能互聯(lián)提出了許多要求。

當(dāng)前競爭如此激烈的基礎(chǔ)主要有兩個。一是軟件的所有權(quán)，OEM在軟件層面的HMI工具、智能網(wǎng)聯(lián)等不一定要是自主的，但一定要可控。就HMI工具而言，我們?nèi)绻麚碛衅渥灾鳈?quán)，就可以實(shí)現(xiàn)UI的快速迭代和持續(xù)更新。當(dāng)UED部門提出新需求時，層層傳導(dǎo)，需要經(jīng)過tier1、tier2，甚至有一些還需要HMI工具廠商自己做，這樣一個流程違背了快速迭代的需求。因此HMI工具一定要是可控且成熟易用的。二是芯片。由于半導(dǎo)體制成工藝的限制，我們可選擇的芯片有限，但國內(nèi)的汽車半導(dǎo)體廠商在不斷帶來更有力的硬件平臺。

落地及案例分析

我們在助力一家國外OEM廠商進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型落地的過程中遇到了諸多問題。第一個問題是未能實(shí)現(xiàn)SDV愿景。碎片化的軟件讓統(tǒng)一軟件管理變得困難，阻礙了實(shí)現(xiàn)軟件定義車輛（SDV）的愿景；由于軟件結(jié)構(gòu)的差異，該OEM廠商無法快速更新以滿足日益增長的市場需求、無法集中處理收集到的用戶數(shù)據(jù)并以此為基礎(chǔ)改進(jìn)功能、無法為每個正在擴(kuò)展的品牌和車型賦予一致性的標(biāo)識。

第二個問題是開發(fā)成本激增。碎片化的軟件在成本管理方面極其低效；由于每款車型和每款版本及車輛的軟件缺乏統(tǒng)一，該OEM廠商不得不承擔(dān)高昂的維護(hù)成本，以應(yīng)對每個領(lǐng)域的不同軟件架構(gòu)；在為車輛開發(fā)新軟件時，由于碎片化軟件的可重用性低，面臨著高昂的開發(fā)成本，每次都要從頭開始。

第三個問題是缺乏軟件可擴(kuò)展性。非集中化的軟件在面對不同的硬件或操作系統(tǒng)時，很難具有靈活的可擴(kuò)展性；在缺乏軟件所有權(quán)的情況下，無法規(guī)劃其的車輛軟件的未來戰(zhàn)略，大部分的開發(fā)工作將由第一梯隊產(chǎn)品驅(qū)動，可能會根據(jù)不同的評價指標(biāo)決定開發(fā)方向和優(yōu)先級；在缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的平臺和軟件的情況下，無法應(yīng)對硬件和操作系統(tǒng)的更替，而更替的原因可能多種多樣，如市場趨勢或芯片短缺等。

針對以上問題，我們和這家OEM設(shè)計了一個自上而下的模型，并成立了一個新的業(yè)務(wù)部門。此外，我們定了一個新的平臺體系，統(tǒng)一了中間件開發(fā)，進(jìn)行了APP模板化開發(fā)，最后對設(shè)計開發(fā)的工作流程進(jìn)行優(yōu)化。

平臺定義上，。中間件開發(fā)上，我們和OEM合作開發(fā)了Connected Car OS 架構(gòu)，該架構(gòu)是一個車身所有通信的跨域、跨操作系統(tǒng)、跨硬件的通信接口，十分標(biāo)準(zhǔn)。OEM將其作為內(nèi)部的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，tier1、tier2和通信類開發(fā)都已該結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，在將來的應(yīng)用中可以很方便的進(jìn)行跨平臺移植。

Qt經(jīng)過28年的迭代，有1700多個基于c++編程的類庫。在此基礎(chǔ)上，我們?yōu)镺EM提供了很多深度集成，包括DDS協(xié)議集成、SomeIP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等。優(yōu)勢在于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口獲得輸入和輸出，采用Qt統(tǒng)一的渲染框架，具有跨平臺特性。

跨域渲染主要是依賴Qt的跨平臺特性，并且我們開發(fā)了一套APP模板，在該模板中，我們會將邏輯進(jìn)行封裝，可以同時處理輸入的信號和輸出的一些狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)化封裝可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，更容易進(jìn)行迭代和維護(hù)。并且我們消除了由于軟件開發(fā)者之間的差異而帶來的弊端。由于不同程序員對業(yè)務(wù)的理解有所不同，代碼功底不一樣，如果重復(fù)開發(fā)一些控件，會導(dǎo)致控件質(zhì)量參差不齊。采用這種標(biāo)準(zhǔn)化的控件后，我們只需要負(fù)責(zé)UI和視覺層面的內(nèi)容，不用擔(dān)心交互邏輯和業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，做到了前端和后端分離。

控件的打造并不簡單，需要極高的抽象度，而我們的Qt側(cè)有一個共建庫，經(jīng)過十幾年的迭代后非常成熟，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)打造。我們相當(dāng)于為OEM提供了許多零件，能夠支持其快速迭代車型?；谖覀僎t的可配置性和開源的開放性，許多國外的OEM選擇用Qt打造其專屬的軟件平臺。如現(xiàn)代集團(tuán)采用了我們Qt的渲染框架，大幅提高了維護(hù)和開發(fā)效率；通用汽車選擇Qt，實(shí)現(xiàn)其改變車內(nèi)用戶體驗(yàn)（UX）并連接客戶數(shù)字生活的愿景，為司機(jī)和乘客提供更好的車內(nèi)體驗(yàn)。

Qt HMI框架介紹

目前，Qt在汽車產(chǎn)品上的應(yīng)用涉及儀表、HUD、ADAS等。我們對汽車半導(dǎo)體的芯片和跨操作系統(tǒng)會進(jìn)行適配，跨渲染API則可以在不同平臺靈活運(yùn)用，提供API驅(qū)動。Qt的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可以發(fā)揮SOC里GPU的最大3D性能。

工具鏈上，我們與其他HMI廠商有所不同，我們的Qt提供了從設(shè)計到開發(fā)、測試、運(yùn)維的整套工具，所有工程師都能拿到合適的工具。比如我們可以把一張photoshop的psd圖紙一鍵導(dǎo)入DS工具中生成代碼，不用像以前一樣十分復(fù)雜的進(jìn)行處理。前端做好后，可以拿到Qt Creator中做前后端邏輯的融合。我們還有多語言的工具，能夠滿足出海需求。此外，還有一些程序的調(diào)試分析Profiler工具，在程序開發(fā)完成后會生成二進(jìn)制，到板卡上進(jìn)行測試。

通過收購，我們已經(jīng)擁有了一整套QA套件。從界面上看，我們需要對界面進(jìn)行OCR識別或基于屬性的測試。針對全自動化的測試工具是Squish，Coco則主要針對編碼的動態(tài)代碼覆蓋率進(jìn)行測試。

Qt Design Studio是一個UI組合工具，用于2D和3D內(nèi)容的原型開發(fā)，并將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際的應(yīng)用程序。Design Studio可以制作原型與交互和動畫設(shè)計、將UI設(shè)計素材轉(zhuǎn)化為可復(fù)用的代碼、支持添加電影級別的轉(zhuǎn)場、效果和動畫、使用真實(shí)數(shù)據(jù)在目標(biāo)設(shè)備上部署和測試。

首先是進(jìn)行資產(chǎn)導(dǎo)入，可以與通用設(shè)計工具無縫對接，連接最常用的設(shè)計工具如Sketch，F(xiàn)igma和Photoshop，提供對完整的層和組件的支持，支持所有主要文件格式，允許導(dǎo)入2D/3D資產(chǎn)，無需調(diào)整。其次，我們可以進(jìn)行線框圖操作，可以生成一些交互邏輯，最終的2D和3D所見即所得組件，可以使用內(nèi)置的、高度可定制的組件組成UI，并在實(shí)時所見即所得的編輯器中查看進(jìn)度，還能在同一個場景中無縫結(jié)合2D和3D UI元素。UI狀態(tài)則可以進(jìn)行UI元素的動態(tài)轉(zhuǎn)換，為每個UI元素的各種場景定義多個可視狀態(tài)，輕松支持狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和動畫。

我們技術(shù)下的支撐是一個統(tǒng)一的2D和3D混合渲染引擎，在同一上下文可達(dá)最高效率。針對車廠不同級別的車輛，我們有不同的SOC和操作系統(tǒng)，Qt側(cè)能夠保證2D控件可以完全運(yùn)行在MCU上。

3D層面，我們有許多效果。一是粒子效果，是一組小的圖形元素組合在一起，創(chuàng)建動態(tài)視覺效果，可以模擬各種自然和物理現(xiàn)象?；诹Ｗ酉到y(tǒng)，Qt提供了現(xiàn)成的粒子效果，即天氣效果，并在Qt Design Studio中集成現(xiàn)成的工具，以便更容易創(chuàng)建原型或自定義創(chuàng)建。

還有實(shí)例化渲染，在單個繪制調(diào)用中繪制同一對象的多個實(shí)例的特性，而不是單獨(dú)繪制每個對象。實(shí)例化渲染可以在不犧牲視覺質(zhì)量的前提下提高性能，因?yàn)槠錅p少了渲染許多相似對象所需的繪制調(diào)用次數(shù)和狀態(tài)更改次數(shù)。

還有基于物理渲染的PBR材質(zhì)編輯，是一種計算機(jī)圖形學(xué)方法，旨在以模擬現(xiàn)實(shí)世界中的光流的方式來渲染材質(zhì)。我們還集成了物理引擎，可以模擬虛擬環(huán)境中對象的物理行為，可以模擬物理定律，如重力、摩擦力和碰撞檢測等。

Qt Safe Renderer則為安全關(guān)鍵信息提供了現(xiàn)成的、預(yù)認(rèn)證的UI組件，這些組件在任何時候都應(yīng)該正確并且一致地顯示。這一現(xiàn)成的UI組件符合MISRA C++和MISRA C指南，將安全關(guān)鍵的功能劃分到一個獨(dú)立的子系統(tǒng)中防止故障，獲得了ISO 26262和ASIL-D的認(rèn)證。

Qt for MCUs則為客戶提供了在高端到低端硬件之間重用相同的基于QML語言的UI，允許不同品牌和車輛從一個平臺遷移或擴(kuò)展到另一個平臺。在使用標(biāo)準(zhǔn)C/C++實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序邏輯時，重用和部署相同的基于QML的UI、采用輕量級圖形引擎，消耗硬件資源更低、還有多種多樣的MCU和RTOS支持。

我們的Qt QA工具則提供了持久、可靠和強(qiáng)大的自動測試，以實(shí)現(xiàn)QA工作的長期成就。CoCo是跨平臺、跨編譯器的高級代碼覆蓋率分析工具，Test Center則是集中測試結(jié)果管理平臺，可將自動化與整個開發(fā)過程聯(lián)系起來。Axivion Static Code Analysis是新一代靜態(tài)代碼分析，能夠檢查軟件是否違反規(guī)則。

我們的Qt緊跟著汽車的未來而發(fā)展，能夠快捷智能地幫助OEM打造品牌專屬的數(shù)字座艙。希望在未來，Qt能為更多OEM服務(wù)，促進(jìn)OEM轉(zhuǎn)型。

（以上內(nèi)容來自Qt Group中國商務(wù)拓展經(jīng)理高森于2023年12月19日在長城汽車2023技術(shù)研討會發(fā)表的《Qt 6——快捷智能地打造下一代座艙HMI》主題演講。）