汽車E/E架構(gòu)

時(shí)間：2019-04-28 18:44:33

關(guān)鍵字：控制器汽車 e/e架構(gòu)

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[導(dǎo)讀]目前的汽車有多達(dá)幾十甚至上百個(gè)電子控制單元并連接到多個(gè)總線上，Strategy Analytics的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)了各級(jí)別汽車控制器數(shù)量的增加趨勢(shì)。平均來(lái)說(shuō)，目前的汽車大約采用25個(gè)ECU，但一些高端車型已經(jīng)采用超過(guò)100個(gè)ECU。將來(lái)若依然采用這種分布式E/E架構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致一個(gè)規(guī)模更大且復(fù)雜的車載網(wǎng)絡(luò)和布線，另一方面也將影響整車的輕量化。

面對(duì)汽車功能和軟件復(fù)雜度的提升，需要對(duì)汽車E/E架構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，建立更加靈活的體系架構(gòu)。在域集中架構(gòu)下，整車的功能將會(huì)以特定的方式重新排列組合，典型的域有信息娛樂(lè)域、底盤域、動(dòng)力域和車身域等。域控制器可控制總線系統(tǒng)中的多個(gè)區(qū)域從而大大降低控制器數(shù)量，而多核系統(tǒng)及Autosar等軟硬件架構(gòu)的出現(xiàn)使域集中式的E/E架構(gòu)成為可能。目前BOSCH等供應(yīng)商都已有相應(yīng)的域控制器產(chǎn)品，但實(shí)現(xiàn)真正的域集中E/E架構(gòu)依然還需要很長(zhǎng)時(shí)間，畢竟這不是一己之力才能實(shí)現(xiàn)的，需要OEM、供應(yīng)商等共同大力合作和推進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)。

舉個(gè)例子：如下是包含兩個(gè)160 MHz e200z4內(nèi)核和一個(gè)80 MHz e200z2內(nèi)核的多核控制器。

其多核設(shè)計(jì)和相關(guān)的特性集，支持單一架構(gòu)中的多個(gè)應(yīng)用，那么在不同內(nèi)核及其相關(guān)資源之間的高度分離和隔離允許在應(yīng)用級(jí)進(jìn)行隔離。這意味著它可以專門指定一些MCU資源(例如內(nèi)核、外設(shè)子集和存儲(chǔ)器)用于一個(gè)應(yīng)用，同時(shí)將具有外設(shè)和存儲(chǔ)器子集的另一內(nèi)核用于完全獨(dú)立的另一應(yīng)用，這樣我們可將其應(yīng)用于控制兩個(gè)獨(dú)立的域的域控制器：

一個(gè)網(wǎng)關(guān)域：處理傳統(tǒng)的汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR)汽車網(wǎng)關(guān)功能，擁有專用CPU和相關(guān)的存儲(chǔ)器和外設(shè)資源，幾乎獨(dú)立地運(yùn)行IP域，但可以通過(guò)共享存儲(chǔ)器和中斷消息架構(gòu)安全地交換數(shù)據(jù)。

一個(gè)IP域：連接至互聯(lián)網(wǎng)，用于支持多種應(yīng)用，例如在車載網(wǎng)絡(luò)中分布場(chǎng)內(nèi)下載，使用專用e200z4內(nèi)核、專用系統(tǒng)RAM和一部分閃存陣列，運(yùn)行其自己的操作系統(tǒng)(OS)，此系統(tǒng)具有其自己的OS計(jì)時(shí)器、看門狗和系統(tǒng)資源。

高級(jí)自動(dòng)駕駛汽車需要汽車知道周圍的環(huán)境，環(huán)境模型通過(guò)傳感器融合技術(shù)構(gòu)建，傳感器融合技術(shù)將攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)及超聲波數(shù)據(jù)糅合進(jìn)單個(gè)模型，因單個(gè)傳感器有自身的局限性和劣勢(shì)，而不同的傳感器技術(shù)則可相互互補(bǔ)，例如，不像雷達(dá)系統(tǒng)，攝像頭系統(tǒng)當(dāng)在無(wú)光條件下會(huì)失效。傳感器融合技術(shù)會(huì)涉及大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和分析。而到了中央計(jì)算機(jī)架構(gòu)，這些復(fù)雜的計(jì)算將由中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行，中央計(jì)算機(jī)由異構(gòu)的多核處理器構(gòu)成，例如GPU、千兆以太網(wǎng)通道等，對(duì)于關(guān)鍵安全功能例如合理性檢驗(yàn)、監(jiān)控及結(jié)果檢驗(yàn)等需要額外的安全核心集成在芯片上，或作為第二塊處理器集成在板載設(shè)備上，例如ARM Cortex A50/A57，Renesas' R-Car H3，Cortex R7和Infineon Aurix等系統(tǒng)已存在。

中央計(jì)算機(jī)架構(gòu)中另一個(gè)關(guān)鍵部件就是網(wǎng)關(guān)：它將用戶接口域從動(dòng)力域中分離出來(lái)并將汽車與OEM的后臺(tái)系統(tǒng)互聯(lián)，使用一種叫智能天線的組件。智能天線和網(wǎng)關(guān)的任務(wù)就是執(zhí)行不同的安全層，如防火墻和入侵檢測(cè)，并使用板載安全機(jī)制用于控制器之間的通訊。

與后臺(tái)系統(tǒng)的互聯(lián)使很多新功能的更新成為可能，例如可向汽車提供諸如道路狀況，空停車位等環(huán)境信息，這些在線服務(wù)可讓汽車制造商在汽車生命周期內(nèi)不斷獲取收益，其次車輛互聯(lián)能讓OEM收集用戶信息并獲取零部件的使用和可靠性信息。軟件和硬件的錯(cuò)誤信息及產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)的環(huán)境信息可通過(guò)診斷接口檢測(cè)，從而使軟件可在供應(yīng)商端升級(jí)并更新下載到車輛端，類似于智能手機(jī)的App更新。