域控制器的四大支柱解析

域控制器的四大支柱分別是車載以太網(wǎng)、自適應(yīng)Autosar、高性能處理器和集中式E/E架構(gòu)。

車載以太網(wǎng)之物理層

車載以太網(wǎng)有兩個核心，一個是車載以太網(wǎng)物理層，另一個是車載以太網(wǎng)協(xié)議棧。前者讓車載以太網(wǎng)不同于傳統(tǒng)PC以太網(wǎng)，具備較低的重量和成本、較好的EMI性能和簡單布線。后者讓車載以太網(wǎng)達到車規(guī)級的可確定性、高可靠性、低延遲和時鐘一致。

車載以太網(wǎng)OSI模型，資料來源：Marvell

車載以太網(wǎng)標準分兩部分，一部分是最底層的PHY標準，另一部分是鏈路層標準。這兩個標準都以IEEE的標準應(yīng)用最廣泛。

車載以太網(wǎng)PHY標準主要是制定單對雙絞線標準，傳統(tǒng)以太網(wǎng)與車載以太網(wǎng)最大不同是傳統(tǒng)以太網(wǎng)需要2-4對線，車載以太網(wǎng)只需要一對，且是非屏蔽的，僅僅此一項，可以減少70-80%的連接器成本，可以減少30%的重量。這是車載以太網(wǎng)誕生的最主要原因。同時也是為了滿足車內(nèi)的EMC電磁干擾。

車載以太網(wǎng)PHY標準分布，資料來源：Marvell

車載以太網(wǎng)野心勃勃，10Base-T1S是試圖取代傳統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)的。10BASE-T1S即IEEE802.3cg也就是 OPEN Alliance 的TC14 ，100BASE-T1即IEEE802.3bw也就是OPEN Alliance TC1，100/1000BASE-T1 ECU測試標準即OPEN Alliance的TC8， 1000BASE-T1即IEEE802.3bp也就是OPEN Alliance 的TC12 ，2.5/5/10GBASE-T1即IEEE802.3ch也就是OPEN Alliance 的TC15標準。

車載以太網(wǎng)物理層IC，100Mbps的大約3-4美元，德州儀器、NXP傳統(tǒng)汽車芯片大廠市場占有率高，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)芯片廠家博通也略強。1Gbps的大約15-20美元，Marvell在此領(lǐng)域?qū)嵙Τ瑥?，博通?a target="_blank">Microchip也有一席之地。1Gbps以上基本只有Aquantia，Aquantia已經(jīng)被Marvell以4.52億美元收購。10Gbps有Aquantia的AQV107，大約40美元一片。

PHY在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，收到MAC過來的數(shù)據(jù)（對PHY來說，沒有幀的概念，對它來說，都是數(shù)據(jù)而不管什么地址，數(shù)據(jù)還是CRC），每4bit就增加1bit的檢錯碼，然后把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行流數(shù)據(jù)，再按照物理層的編碼規(guī)則（10Based-T的NRZ編碼或100based-T的曼徹斯特編碼）把數(shù)據(jù)編碼，再變?yōu)?a href="http://www.wenjunhu.com/analog/" target="_blank">模擬信號把數(shù)據(jù)送出去。網(wǎng)線上的到底是模擬信號還是數(shù)字信號呢？答案是模擬信號，因為它傳出和接收是采用的模擬的技術(shù)。雖然它傳送的信息是數(shù)字的，并不是傳送的信號是數(shù)字的。

通常交換器IC和MCU會集成低端（如CAN網(wǎng)絡(luò)）的物理層，高端（如以太、Flexray網(wǎng)絡(luò)）物理層一般都是單獨的芯片。

車載以太網(wǎng)協(xié)議棧標準集:TSN

以太網(wǎng)是由鮑勃梅特卡夫（Bob Metcalfe）于1973年提出的，以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術(shù)，目前通常使用雙絞線（UTP線纜）進行組網(wǎng)。包括標準的以太網(wǎng)(10Mbit/s)、快速以太網(wǎng)(100Mbit/s)、千兆網(wǎng)(1Gbit/s)和10G（10Gbit/s）以太網(wǎng)。它們都符合IEEE802.3。(注：bps=bit/s) 。以太網(wǎng)中所有的傳輸都是串行傳輸，就是說在網(wǎng)卡的物理端口會在每一個單位時間內(nèi)“寫入”或是“讀取”一個電位值(0或1)。那么這個單位時間對于1Gbps帶寬來說就是1÷1000,000,000=1ns，每8個位(bit)相當于1個字節(jié)(Byte)。多個字節(jié)(Byte)可以組成一個數(shù)據(jù)幀。以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)是以幀為單位的。

以太網(wǎng)規(guī)定每一個數(shù)據(jù)幀的最小字節(jié)是64byte，最大字節(jié)是1518byte。實際上每個數(shù)據(jù)幀之間還會有一個12字節(jié)的間隔。由于帶寬通常是由多個設(shè)備共享的，這也是以太網(wǎng)的優(yōu)勢所在。但是所有的發(fā)送端沒有基于時間的流量控制，并且這些發(fā)送端永遠是盡最大可能發(fā)送數(shù)據(jù)幀。這樣來自不同設(shè)備的數(shù)據(jù)流就會在時間上產(chǎn)生重疊，即我們通常所說的沖突。因為所有數(shù)據(jù)流重疊/沖突的部分會遵循QoS優(yōu)先機制進行轉(zhuǎn)發(fā)，一部分的數(shù)據(jù)包肯定會被丟棄。在IT專業(yè)里有一個不成文的規(guī)定。

當某個交換機的帶寬占用率超過40%時就必須得擴容，其目的就是通過提高網(wǎng)絡(luò)帶寬來避免擁堵的產(chǎn)生。

由于以太網(wǎng)的發(fā)明時間太早，并沒有考慮實時信息的傳輸問題。盡管RTP（Realtime Transport Protocol）能在一定程度上保證實時數(shù)據(jù)的傳輸，但并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機制。因此，想要對所有的數(shù)據(jù)包進行排序，就離不開對數(shù)據(jù)的緩沖（Buffer）。但一旦采用緩沖的機制就又會帶來新的問題—極大的“延時”。換句話說，當數(shù)據(jù)包在以太網(wǎng)中傳輸?shù)臅r候從不考慮延時、排序和可靠交付。傳統(tǒng)以太網(wǎng)最大的缺點是不確定性或者說非實時性，由于Ethernet采用CSMA/CD方式，網(wǎng)絡(luò)負荷較大時，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求，故傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)難以滿足控制系統(tǒng)要求準確定時通信的實時性要求，一直被視為“非確定性”的網(wǎng)絡(luò)。盡管傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)引入了優(yōu)先級(Priority)機制，三層網(wǎng)絡(luò)也已內(nèi)置了服務(wù)質(zhì)量（QoS）機制，仍然無法滿足實時性數(shù)據(jù)的傳輸。此外，在傳統(tǒng)以太網(wǎng)中，只有當現(xiàn)有的包都處理完后才會處理新到的包，即使是在Gbit/s的速率下也需要幾百微秒的延遲，滿足不了車內(nèi)應(yīng)用的需求。更何況目前是Mbit/s的速率，延遲最多可能達上百毫秒，這肯定是無法接受的。普通以太網(wǎng)采用的是事件觸發(fā)傳輸模式，在該模式下端系統(tǒng)可以隨時訪問網(wǎng)絡(luò)，對于端系統(tǒng)的服務(wù)也是先到先服務(wù)。事件觸發(fā)模式的一個明顯的缺點是當幾個端系統(tǒng)需要在同一傳輸媒介上進行數(shù)據(jù)通訊時，所產(chǎn)生的傳輸時延和時間抖動會累積。

隨著音視頻娛樂大量進入汽車座艙，IEEE開始著手開發(fā)用于音視頻傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)，這就是EAVB。AVB——以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)（Ethernet Audio Video Bridging）是IEEE的802.1任務(wù)組于2005開始制定的一套基于新的以太網(wǎng)架構(gòu)的用于實時音視頻的傳輸協(xié)議集。

EAVB主要在針對多媒體數(shù)據(jù)，適用面太窄，2012年11月，EAVB工作小組改名TSN工作小組。TSN是一系列標準的集和。TSN的核心應(yīng)用是異構(gòu)性網(wǎng)絡(luò)的實時、高可靠性，高時鐘同步性數(shù)據(jù)交換。也就是說主要用于骨干傳輸網(wǎng)，而非節(jié)點。汽車、工業(yè)自動化是主要應(yīng)用場合，這些場合至少有兩種以上的傳輸總線，通常是CAN和以太網(wǎng)，汽車則還有MOST、Flexray、LIN、PSI5、CAN-FD等，這些是用戶習慣、成本和研發(fā)成果復(fù)用性決定的，不可能改變。如果非異構(gòu)性網(wǎng)絡(luò)，TSN優(yōu)勢不明顯。TSN也可用于5G，5G的前傳Fronthaul采用的就是TSN 802.1CM標準。

TSN標準包括時鐘同步、超高可靠性、低延遲、資源管理四大類，紫色字體為尚未完成，截至2020年1月，2020年6月19日，802.1AS-2020版已經(jīng)完成。

下面介紹TSN的關(guān)鍵標準

時間同步

所有通信問題均基于時鐘，確保時鐘同步精度是最為基礎(chǔ)的問題，TSN工作組開發(fā)基于IEEE1588的時鐘，并制定新的標準IEEE802.1AS-Rev。它用于實現(xiàn)高精度的時鐘同步。對于TSN而言，其最為重要的不是“最快的傳輸”和“平均延時”，而是“最差狀態(tài)下的延時”—這如同“木桶理論”，系統(tǒng)的能力取決于最短的那塊板，即對于確定性網(wǎng)絡(luò)而言，最差的延時才是系統(tǒng)的延時定義。

IEEE1588 協(xié)議，又稱 PTP（ precise time protocol，精確時間協(xié)議），可以達到亞微秒級別時間同步精度，于 2002 年發(fā)布 version 1，2008年發(fā)布 version 2。它的主要原理是通過一個同步信號周期性地對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的時鐘進行校正同步，可以使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達到精確同步，IEEE?1588PTP時鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中。

IEEE1588 協(xié)議的同步原理，所提出的 Delay Request-Response Mechanism（延時響應(yīng)機制）如上圖，IEEE1588 把所涉及到的報文分為 事件報文 和 通用報文，分類依據(jù)是：是否在收發(fā)報文時需要記錄精確時間戳，根據(jù)上文中所描述的幾種報文，可以進行如下分類：

事件報文（event message） ：sync /Delay_Req/Pdelay_Req/Pdelay_Resp。

通用報文 (generalmessage) ：Announce/Follow_up/Delay_resp/Pdelay_Resp_Follow_Up/Magnament/Siganling。Pdelay_Req /Pdelay_Resp/Pdelay_Resp_Follow_Up通過peer延遲機制測量兩個時鐘端口之間的鏈接延時，鏈接延時被用來更正Sync和Follow_Up報文中的時間信息。

IEEE802.1AS-Rev是為以太網(wǎng)第二層所定義的1588規(guī)范加以擴展，它的擴展包括了所有域常用peer延遲服務(wù)，支持精細時間測量FTM，對鏈路聚合(802.1AX)的支持，改善的使用范圍-包括1步時間戳標準化處理以及針對長鏈、環(huán)的支持，更好的響應(yīng)能力，這包括了更快的主站交互、降低BMCA收斂時間。另外IEEE802.1AS-Rev支持了多域的同步信息傳輸以及冗余支持能力（可配置冗余路徑和冗余主站）。對無線網(wǎng)絡(luò)采用時間測量提供更好的支持。IEEE802.1AS-Rev的制定得到了AVNU聯(lián)盟的大力支持，AVNU聯(lián)盟由英特爾、思科和三星哈曼發(fā)起，是EAVB協(xié)議的主要提供者，AVNU聯(lián)盟為IEEE802.1AS-Rev的實施提供協(xié)助，能夠提供完整的協(xié)議棧和測試認證。

低延遲

汽車控制數(shù)據(jù)可以分為三種，Scheduled Traffic、Reserved Traffic、Best-effort Traffic，Scheduled Traffic如底盤控制數(shù)據(jù)，沒有任何的妥協(xié)余地，必須按照嚴格的時間要求送達，有些是只需要盡力而為的如娛樂系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可以靈活掌握。汽車行業(yè)一般要求底盤系統(tǒng)延遲不超過5毫秒，最好是2.5毫秒或1毫秒，這也是車載以太網(wǎng)與通用以太網(wǎng)最大不同之處，要求低延遲。

在TSN標準里，數(shù)據(jù)則被分為4級，最高的預(yù)計延遲時間僅為100微秒。

低延遲的核心標準是IEEE802.1Qbv時間感知隊列。

通過時間感知整形器(Time Aware Shaper)使TSN交換機能夠來控制隊列流量（queued traffic），以太網(wǎng)幀被標識并指派給基于優(yōu)先級的VLAN Tag，每個隊列在一個時間表中定義，然后這些數(shù)據(jù)隊列報文的在預(yù)定時間窗口在出口執(zhí)行傳輸。其它隊列將被鎖定在規(guī)定時間窗口里。因此消除了周期性數(shù)據(jù)被非周期性數(shù)據(jù)所影響的結(jié)果。這意味著每個交換機的延遲是確定的，可知的。而在TSN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)報文延時被得到保障。TAS介紹了一個傳輸門概念，這個門有“開”、“關(guān)”兩個狀態(tài)。傳輸?shù)倪x擇過程-僅選擇那些數(shù)據(jù)隊列的門是“開”狀態(tài)的信息。而這些門的狀態(tài)由網(wǎng)絡(luò)時間進度表network schedule進行定義。對沒有進入network schedule的隊列流量關(guān)閉，這樣就能保障那些對傳輸時間要求嚴格的隊列的帶寬和延遲時間。TAS保障時間要求嚴苛的隊列免受其它網(wǎng)絡(luò)信息的干擾，它未必帶來最佳的帶寬使用和最小通信延遲。當優(yōu)先級非常高時，搶占機制可以被使用。

在網(wǎng)絡(luò)進行配置時隊列分為Scheduled Traffic、Reserved Traffic、Best-effort Traffic三種，對于Schedule而言則直接按照原定的時間規(guī)劃通過，其它則按優(yōu)先級，Best-effort通常排在最后。Qbv主要為那些時間嚴苛型應(yīng)用而設(shè)計，其必須確保非常低的抖動和延時。Qbv確保了實時數(shù)據(jù)的傳輸，以及其它非實時數(shù)據(jù)的交換。

對于特別重要的數(shù)據(jù)，TSN規(guī)定了一個搶占機制，它由802.1Qbu/802.3br共同構(gòu)成。對于IEEE802.1Qbu的搶占而言，正在進行的傳輸可以被中斷，報文按等級可被分為可被搶占和搶占幀，搶占生成框架，最小以太網(wǎng)幀受到保護的，127字節(jié)的數(shù)據(jù)幀（或剩余幀）不能被搶占。IEEE802.1br定義了，設(shè)計了快速幀的MAC數(shù)據(jù)通道，可以搶占Preemptable MAC的數(shù)據(jù)傳輸。IEEE802.3br也同樣可以與IEEE802.1Qbv配合進行增強型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

高可靠性

TSN中保證高可靠性主要依靠802.1CB標準。這也是無人駕駛必須用TSN的主要原因，也只有TSN能讓整個系統(tǒng)達到功能安全的最高等級ASIL D級。同樣，與自適應(yīng)AUTOSAR的捆綁程度也比較高。

眾所周知，L4級無人駕駛需要一個冗余處理器，但是主處理系統(tǒng)和冗余處理系統(tǒng)之間的通訊機制如何建立？這就是802.1CB的用武之地了。802.1CB是兩套系統(tǒng)間的冗余，芯片之間的冗余還是多采用PCIE交換機的多主機fail-operational機制，兩者有相似之處。

對于非常重要的數(shù)據(jù)，802.1CB會多發(fā)送一個數(shù)據(jù)備份，這個備份會沿著最遠離主數(shù)據(jù)路徑交集的路徑傳輸。如果兩個數(shù)據(jù)都接收到，在接收端把冗余幀消除，如果只接受到一幀數(shù)據(jù)，那么就進入后備模式。在ISO/IEC 62439-3中已經(jīng)定義了PRP和HSR兩種冗余，這種屬于全局冗余，成本較高，802.1CB只針對關(guān)鍵幀做冗余，降低了成本。802.1CB標準的制定主要依靠思科和博通。

802.1CB也可以縮寫為FRER。

FRER不僅能提供雙失效冗余，也可以提供多失效冗余。

802.1CB也有簡單的失效原因分析機制

域控制器階段，TSN的必要性還不是太突出，但是ADAS領(lǐng)域的域控制器，TSN或者說802.1CB的優(yōu)勢明顯，未來進入到SOA架構(gòu)階段，即混合域和Zonal階段，TSN交換機和物理層IC都是不可或缺的。一旦轉(zhuǎn)進到SOA架構(gòu)，TSN很快將取代EAVB成為主流。

自適應(yīng)Autosar

AUTOSAR只是一個軟件框架，不具備實操意義（務(wù)虛）。必須購購買第三方的軟件系統(tǒng)或二次開發(fā)，全球主要有三家商業(yè)化的Autosar軟件供應(yīng)商，分別是Vector、EB和ETAS。EB屬于德國大陸汽車軟件子公司，獨立性略差，硬件方方面與瑞薩和英飛凌捆綁稍明顯，ETAS規(guī)模比較小，ETAS鋪蓋面最廣，獨立性最強，規(guī)模最大，因此Vector市市場占有率最高，大約有70%。

AUTOSAR結(jié)構(gòu)比較臃腫，想定義一切，靈活性不高，新興造車通通常不感興趣。開發(fā)AUTOSAR和硬件也捆綁得有點緊，比如國內(nèi)普華基礎(chǔ)軟件就跟意法半導(dǎo)體捆綁的緊。

國內(nèi)有東軟、恒潤、普華和華為在做，需要芯片廠家配合提供MCAL抽象層，但芯片廠家地位超然，不屑于和小公司合作。普華汽車電子事業(yè)部國內(nèi)唯一通過ASIPICE三級和ASIL D級認證的公司，隸屬中中國電子科技集團，國企背景。主要客戶包括一汽、東風、長安、奇瑞、江淮等國企。

即便是大公司如奔馳寶馬也是購買Vector的Autosar工具MICROSAR。

奔馳的Vector Microsar

為什么要搞自適應(yīng)Autosar，因為經(jīng)典Autosar只能對應(yīng)OSEK這樣復(fù)雜程度很低的嵌入式操作系統(tǒng)，無法適應(yīng)Linux這樣的大型操作系統(tǒng)，而自動駕駛和部分智能駕駛操作系統(tǒng)都是Linux，因此催生了自適應(yīng)Autosar。

Adaptive Autosar，自適應(yīng)Autosar第一版誕生自2017年3月，目前已經(jīng)有6版，最新版本是2019年11月。據(jù)說第一版的自適應(yīng)Autosar的英文規(guī)格書用A4紙打印出來摞起來有7米高。

經(jīng)典Autosar與自適應(yīng)Autosar對比，目前Autosar有284個會員，9個核心會員，分別是寶馬、奔馳、大陸汽車、福特、戴姆勒、PSA、通用汽車、豐田和大眾。兩個戰(zhàn)略會員，電裝和LG電子。55個高級會員，其中中國企業(yè)有長城、華為、百度、香港英恒。另外說一句，這4家企業(yè)是近兩年才成為高級會員的，2017年高級會員沒有中國企業(yè)。

Autosar組織結(jié)構(gòu)，主要工作由Working組完成。

Working組架構(gòu)如上圖。用戶組下面再分三個小組，分別是中國組，負責演示開發(fā)和基礎(chǔ)軟件集成。北美組，負責一般性培訓（OEM-Tier1 Workflows/ Security），安全和以太網(wǎng)。增強利用ImprovedExploitation組，負責命題（Thesis）優(yōu)化。

自適應(yīng)Autosar路線圖，版本是不能混用的，比如你買了R19-03的部分模塊，剩下的模塊想用R19-11版是不可能的。Adaptive AUTOSAR中，主要包含兩種Application：

1）Application-Level的Application

2）Platform-Level的Application

Application-Level的Application會生成源代碼和目標代碼，這部分與 “用戶”有關(guān)。Platform-Level的Application會生成目標代碼，這部分與 "工具供應(yīng)商" 有關(guān)。不是所有工具供應(yīng)商都能提供完整的Platform-Level的Application，通常只能提供部分，某些領(lǐng)域，標準未確定，如V2X，工具供應(yīng)商幾乎完全無能為力。

自適應(yīng)Autosar與經(jīng)典Autosar計劃增加的特色有23個，例如針對中國特色的V2X。

自適應(yīng)Autosar是針對自動駕駛的，2021年11月版計劃對應(yīng)L3級自動駕駛，不過這個L3級換到中國或者馬斯克口中，估計是L5了，目前一般推薦19-03版，比較穩(wěn)定。

自適應(yīng)Autosar典型應(yīng)用場景如上圖

自適應(yīng)Autosar的層架構(gòu)如上圖?；A(chǔ)服務(wù)層中，主要服務(wù)包括，通信服務(wù)（COM）、加密服務(wù)（crypto）、日志記錄服務(wù)（Log）、診斷服務(wù)（Diag）、存儲服務(wù)（Per）、狀態(tài)管理（SM）、執(zhí)行管理（Exec）、時間同步（Tsync）、升級配置管理（UCM）等。

非Autosar、經(jīng)典Autosar和自適應(yīng)Autosar對比

ARA的COM架構(gòu)，還是Autosar定義的ARXML文件格式為核心

ARA工具鏈如上圖

自適應(yīng)Autosar關(guān)鍵點一：Everything is a process .. as in “OS process”，一切都是一個進程，OS中的進程。

關(guān)鍵點二：面向服務(wù)的進程間通訊。

每個AA（自適應(yīng)應(yīng)用或者說APP）都作為一個獨立的進程來實現(xiàn)，具有自己的邏輯內(nèi)存空間和名稱空間。一個AA可以包含多個進程，并且可以應(yīng)用到一個AP（自適應(yīng)平臺）實例上，或者分布在多個AP實例上。從模塊組織的角度來看，每個進程都是由操作系統(tǒng)在可執(zhí)行文件中去實現(xiàn)的?？梢詮膯蝹€可執(zhí)行文件實現(xiàn)多個進程。AA可以構(gòu)成多個可執(zhí)行文件。從操作系統(tǒng)的角度上看，一個AP模塊只形成一組進程，每個進程包含一個或多個線程。這些進程通過IPC或任何其他可用的操作系統(tǒng)功能相互作用。但是，AA進程不能直接使用IPC，只能通過ARA（AUTOSAR Runtime for Adaptive applications） 的進行通信。

為了與AA交互，還需要使用IPC。要實現(xiàn)這一點，有兩種可選設(shè)計。一種是“基于庫”的設(shè)計，其中接口庫由功能集群提供并鏈接到AA，直接調(diào)用IPC。另一種是“基于服務(wù)”的設(shè)計，流程使用通信管理功能，并有一個鏈接到AA的服務(wù)器代理庫。代理庫調(diào)用通信管理接口，該接口協(xié)調(diào)AA進程和服務(wù)器進程之間的IPC。實現(xiàn)定義決定了AA是只執(zhí)行帶有通信管理的IPC，還是通過代理庫與服務(wù)器混合使用IPC。

Application就是OS的一個一個進程，Autosar 采用一個Manifest用來配置管理這些進程信息，包含平臺相關(guān)的信息，恢復(fù)操作以及與服務(wù)或庫相關(guān)的依賴關(guān)系，Instance 配置文件主要包含靜態(tài)的信息，這里會配合執(zhí)行管理Exec、升級與配置管理UCM以及狀態(tài)管理SM等來配合管理進程。自適應(yīng)Autosar采用Proxy/Skeleton的通信架構(gòu)，同時采用中間件SOME/IP

目前明確使用自適應(yīng)Autosar的量產(chǎn)車就是大眾的MEB平臺。

大眾MEB的軟件架構(gòu)，POSIX可以是Linux、VxWorks、QNX、Integrity等。

經(jīng)典Autosar是將MCU硬件與軟件層分離，提高軟件復(fù)用率，減少工作量。自適應(yīng)Autosar是將POSIX操作系統(tǒng)與上層API分離，讓軟件開發(fā)變成APP開發(fā)。一般情況下，POSIX系統(tǒng)的應(yīng)用程序通過應(yīng)用編程接口(API)而不是直接通過系統(tǒng)調(diào)用來編程(即并不需要和內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用來編程)。一個API定義了一組應(yīng)用程序使用的編程接口。它們可以實現(xiàn)成調(diào)用一個系統(tǒng)，也可以通過調(diào)用多個系統(tǒng)來實現(xiàn)，而完全不使用任何系統(tǒng)調(diào)用也不存在問題。實際上，API可以在各種不同的操作系統(tǒng)上實現(xiàn)給應(yīng)用程序提供完全相同的接口，而它們本身在這些系統(tǒng)上的實現(xiàn)卻可能迥異。如下圖，當應(yīng)用程序調(diào)用printf()函數(shù)時，printf函數(shù)會調(diào)用C庫中的printf，繼而調(diào)用C庫中的write，C庫最后調(diào)用內(nèi)核的write()。而經(jīng)典Autosar的前身OSEK是不可能的。

從程序員的角度看，系統(tǒng)調(diào)用無關(guān)緊要，只需要跟API打交道。相反，內(nèi)核只跟系統(tǒng)調(diào)用打交道，庫函數(shù)及應(yīng)用程序是怎么系統(tǒng)調(diào)用不是內(nèi)核所關(guān)心的。

那個大眾API就是大眾所說的VW.OS。大眾定義輸入輸出，第三方軟件開發(fā)商基于這個定義開發(fā)APP。

PPE是奧迪的下一代電動車平臺，大眾在2023年開始全部使用VW.OS。

上圖以WindRiver的操作系統(tǒng)為例，顯示出Autosar的另一個優(yōu)勢，靈活架構(gòu)。對于安全性和實時性要求高的領(lǐng)域采用VxWorks，對于要求不高也達不到高安全性的如深度學習（無功能安全要求）等采用Linux。在虛擬機上實現(xiàn)兩個操作系統(tǒng)。順便說一句Windriver是全球最大的商業(yè)RTOS供應(yīng)商，最大的嵌入式商業(yè)Linux供應(yīng)商。Windriver已經(jīng)在2018年脫離英特爾獨立。

多種操作系統(tǒng)等于自適應(yīng)Autosar可以構(gòu)建時間分區(qū)架構(gòu)。避免各個CPU核心之間的干擾。保證ADAS的安全性。

以Windriver產(chǎn)品為例L4級無人駕駛的自適應(yīng)Autosar軟件架構(gòu)。對V2X 5G和高精度地圖非常友好。

大陸汽車子公司Elektrobit的Corbos自適應(yīng)Autosar架構(gòu)

自適應(yīng)Autosar將運行的硬件視為一臺機器，實現(xiàn)一致的平臺視圖，而不考慮所使用的虛擬化技術(shù)。這臺機器可能是一臺真正的物理機器、一臺完全虛擬化的機器、一個準虛擬化的操作系統(tǒng)、一個操作系統(tǒng)級的虛擬化容器或任何其他虛擬化環(huán)境。

在硬件上，可以有一臺或多臺機器，并且只有一個自適應(yīng)Autosar服務(wù)在機器上運行。這種“硬件”上一般會有一個芯片，并承載著一臺或多臺機器。然而，如果自適應(yīng)Autosar服務(wù)允許的話，多個芯片也可能形成一臺機器。

自適應(yīng)Autosar也使得車內(nèi)電子架構(gòu)得以大幅度躍進，進入中央化和區(qū)域化時代

自適應(yīng)Autosar平臺與經(jīng)典Autosar網(wǎng)關(guān)連接

自適應(yīng)Autosar、車載TSN以太網(wǎng)、Zonal架構(gòu)是三位一體的，也是未來汽車電子的核心。不過自適應(yīng)Autosar目前對中小企業(yè)來說恐怕不合適，標準未完善，一次性投入過高，開發(fā)難度過高，開發(fā)周期長。

上圖為Vector的自適應(yīng)Autosar產(chǎn)品Adaptice MICROSAR 配置開發(fā)工具和工作流。

上圖為Vector推薦的自適應(yīng)Autosar開發(fā)流程圖，與經(jīng)典Autosar不同，自適應(yīng)Autosar要求最好和整車電子架構(gòu)一起開發(fā)，因為自適應(yīng)Auotsar是整車電子架構(gòu)的核心底層。因此自適應(yīng)Autosar常常與整車電子設(shè)計架構(gòu)軟件PREEvision捆綁。

PREEvision分4層

需求層（Requirements Layer）：該層需要導(dǎo)入需求開發(fā)的輸出物：需求說明書，作為工程設(shè)計的指導(dǎo)文件。需求層一般由三部分組成：Requirement、Customer Feature、FFN。

功能邏輯層：該層用于描述系統(tǒng)的邏輯功能關(guān)系，即系統(tǒng)功能的模塊框架以及各模塊之間的接口關(guān)系。主要包括兩個層面的內(nèi)容：系統(tǒng)邏輯架構(gòu)層和軟件架構(gòu)層。前者關(guān)注系統(tǒng)功能實現(xiàn)的所有邏輯關(guān)系；后者關(guān)注系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的軟件相關(guān)的邏輯關(guān)系。內(nèi)容包括邏輯傳感器、功能塊、邏輯執(zhí)行器等功能模塊，以及各功能模塊之間的信息交互接口（Port）。當各模塊之間的端口通過信息交互接口連接后，相應(yīng)模塊就能進行數(shù)據(jù)和控制信息的交換。在功能邏輯架構(gòu)中，開發(fā)人員可以方便的查看各個功能模塊之間的邏輯關(guān)系。

硬件架構(gòu)層（Hardware Architecture Layer）：該層主要包括網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）、部件層（Components Layer）和線路原理層（Schematic/Circuit Layer）。網(wǎng)絡(luò)層主要描述各個部件之間的邏輯鏈接方式，如總線系統(tǒng)、傳統(tǒng)連接、電源供應(yīng)和地線連接等（還會在線路原理層進行進一步細化）；部件層描述每個部件內(nèi)部構(gòu)成及其對外接口的詳細信息；線路原理層描述網(wǎng)絡(luò)層中邏輯連接的具體實現(xiàn)情況，如：具體導(dǎo)線、線纜連接方式、保險繼電器盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

E/E架構(gòu)

先進E/E架構(gòu)實際就是車載以太網(wǎng)和自適應(yīng)Autosar的具體應(yīng)用。無論是軟件定義汽車還是服務(wù)架構(gòu)導(dǎo)向，其最核心的支柱也是車載以太網(wǎng)和自適應(yīng)Autosar。

上圖為汽車E/E架構(gòu)演進路線圖，資料來源：博世

Vehicle Computer階段實際就是Zonal架構(gòu)，Centralization中央化就是域控制器架構(gòu)。這都離不開TSN。

TSN為骨干網(wǎng)的Zonal架構(gòu)

Zonal架構(gòu)可算是SOA架構(gòu)的典型代表，可以說SOA架構(gòu)離不開TSN。ADAS/座艙/車身三個運算單元類似大眾MEB里的ICAS。

大眾的MEB架構(gòu)

網(wǎng)關(guān)中最核心的則是對應(yīng)TSN的交換機

Zonal網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部框架圖

CAN到以太網(wǎng)，即SOME/IP-UDP-IP-MAC，或TCP-IP-MAC。這也意味著經(jīng)典Autosar或自適應(yīng)Autosar不可或缺。TSN、Autosar是SOA不可或缺的成分。

幀的分組，包括目的地，優(yōu)先級，截至周期等

高性能處理器

上圖為ARM在2017年投資者大會上發(fā)布的內(nèi)容，ARM預(yù)計2020年頂級座艙的算力是50K DMIPS

智能座艙典型功能，資料來源：IHS Markit

對于座艙來說，決定其功能和性能的關(guān)鍵是主SoC的算力，衡量CPU算力的單位主要是DMI。

PS，DMIPS是DhrystoneMillion Instructions Per Second的縮寫，每秒處理的百萬級的機器語言指令數(shù)?；旧蟂oC高于20000DMIPS才能流暢地運行智能座艙的主要功能（AR導(dǎo)航或云導(dǎo)航、360全景、播放流媒體、AR-HUD、多操作系統(tǒng)虛擬機等），GPU方面，只需要100GFLOPS的算力就可以支持3個720P屏幕，因此簡單定義一下，CPU高于20000DMIPS，GPU高于100GFLOPS的SoC的座艙就是智能座艙。

程序編譯和運行過程中，代碼會經(jīng)過編譯器轉(zhuǎn)化成機器可以理解的指令。CPU每個指令周期分為取指令、指令譯碼、指令執(zhí)行三個過程，只有在指令執(zhí)行時才真正有效，在取指令和指令譯碼時，CPU時間是白白浪費的，而同樣的運算在不同架構(gòu)不同指令集需要的指令數(shù)也不一樣。

不同的CPU指令集不同、硬件加速器不同、CPU架構(gòu)不同，導(dǎo)致不能簡單的用核心數(shù)和CPU主頻來評估性能，所以出了一個跑分算法叫Dhrystone：程序用來測試CPU整數(shù)計算性能，其輸出結(jié)果為每秒鐘運行Dhrystone的次數(shù)，即每秒鐘迭代主循環(huán)的次數(shù)。

Dhrystone所代表的處理器分數(shù)比MIPS（million instructionsper second 每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)）更有意義，因為在不同的指令系統(tǒng)中，比如RISC（Reduced Instruction Set Computer精簡指令集計算機）系統(tǒng)和CISC（ComplexInstruction Set Computer復(fù)雜指令集計算機）系統(tǒng)，Dhrystone的得分更能表現(xiàn)其真正性能。由于在一個高級任務(wù)中，RISC可能需要更多的指令，但是其執(zhí)行的時間可能會比在CISC中的一條指令還要快。由于Dhrystone僅將每秒鐘程序執(zhí)行次數(shù)作為指標，所以可以讓不同的機器用其自身的方式去完成任務(wù)。另一項基于Dhrystone的分數(shù)為DMIPS（DhrystoneMIPS），其含義為每秒鐘執(zhí)行Dhrystone的次數(shù)除以1757（這一數(shù)值來自于VAX 11/780機器，此機器在名義上為1MIPS機器，它每秒運行Dhrystone次數(shù)為1757次）。

影響CPU算力最關(guān)鍵的參數(shù)是Decode Wide譯碼寬度，譯碼寬度可簡單等同于每周期指令數(shù)量即IPC，即每個周期完成多少個指令。

譯碼寬度的增加是非常困難的，不是想多少就多少的，簡單來說每增加一位寬度，系統(tǒng)復(fù)雜度會提高15%左右，裸晶面積也就是成本會增加15-20%左右。如果簡單地增加譯碼寬度，那么成本也會增加，廠家就缺乏更新的動力，所以ARM的做法是配合臺積電和三星的先進工藝，利用晶體管密度的提高來減少裸晶面積降低成本，因此ARM的每一次譯碼寬度升級都需要先進制造工藝的配合，否則成本增加比較多。同時ARM也從商業(yè)角度考慮，每年小升級一次，年年都有提升空間。8位寬度是目前的極限，蘋果一次到位使用8位寬度，缺點是必須使用臺積電最先進的制造工藝，但蘋果依然使用的是ARM的指令集。

此外，RISC和CISC還有區(qū)別，CISC增加寬度更難，但CISC的1位寬度基本可頂RISC的1.2-1.5位。英特爾是有實力壓制蘋果的，就是制造工藝不如臺積電。CISC指令的長度不固定，RISC則是固定的。因為長度固定，可以分割為8個并行指令進入8個解碼器，但CISC就不能，它不知道指令的長度。因此CISC的分支預(yù)測器比RISC要復(fù)雜很多，當然目前RISC也有長度可變的指令。遇到有些長指令，CISC可以一次完成，RISC因為長度固定，就像公交車站，一定要在某個站停留一下，肯定不如CISC快。也就是說，RISC一定要跟指令集，操作系統(tǒng)做優(yōu)化，RISC是以軟件為核心，針對某些特定軟件做的硬件，而CISC相反，他以硬件為核心，針對所有類型的軟件開發(fā)的。

目前與未來常見座艙與智能駕駛SoC算力統(tǒng)計

審核編輯 ：李倩