基于以太網(wǎng)的板載域控制器研究

汽車“新四化”即電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的趨勢，給汽車的電氣化/電子化架構(gòu)帶來了新的挑戰(zhàn)。車輛的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已從分布式ECU開發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺接?a target="_blank">控制器和中央計算機(jī);整車功能已從分散式軟件開發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一軟件架構(gòu)的聚合開發(fā)。本文研究了基于以太網(wǎng)的板載域控制器，闡述了統(tǒng)一架構(gòu)平臺的研究方法?；赟OA模型，討論了基于SOME/IP的服務(wù)定義、軟件架構(gòu)、硬件拓?fù)浜?a target="_blank">通信層參數(shù)

介紹

隨著汽車“新四化”的發(fā)展，電動化、智能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)連接和共享，基于車載以太網(wǎng)的骨干網(wǎng)和子網(wǎng)設(shè)計逐漸增加。整車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從CAN總線變?yōu)橐蕴W(wǎng)。

本文研究一種基于以太網(wǎng)的車載網(wǎng)關(guān)控制器。首先，通過Vector公司的架構(gòu)設(shè)計工具PREEvision，構(gòu)建車載以太網(wǎng)的設(shè)計需求，包括SOME/IP的業(yè)務(wù)定義、軟件架構(gòu)的定義、硬件拓?fù)涞亩x和通信層參數(shù)的定義;通過協(xié)議棧設(shè)計工具Davinci，最終構(gòu)建符合AUTOSAR架構(gòu)的域控制器，通過Vector公司的總線仿真軟件Canoe，對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行仿真驗證。

以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)域控制器軟件架構(gòu)

服務(wù)接口定義：根據(jù)車輛架構(gòu)的功能，將包含在網(wǎng)關(guān)控制器中的服務(wù)在PREEvision工具中設(shè)計。該服務(wù)包括服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者。服務(wù)提供者的主要工作是提供服務(wù)，服務(wù)消費(fèi)者向服務(wù)提供者發(fā)送服務(wù)請求以獲取服務(wù)功能，網(wǎng)關(guān)控制器車輛應(yīng)用信息以服務(wù)接口的形式定義，主要包括方法、事件和屬性。在PREEvision工具中，根據(jù)服務(wù)內(nèi)容建立服務(wù)接口，定義其方法和事件。對于方法，需要定義其輸入和輸出參數(shù)。在這個設(shè)計過程中，服務(wù)的接口由AUTOSAR軟件架構(gòu)實現(xiàn)，服務(wù)提供者和消費(fèi)者由AUTOSAR軟件組件（SWC）實現(xiàn)，稍后分配給ECU組件。



圖1.服務(wù)接口。



圖2.定義服務(wù)接口。



圖3.Autosar設(shè)計過程。



圖4.SWC 建模

SWCS 通過端口傳輸信息，服務(wù)接口封裝到端口中。端口可分為“發(fā)送/接收數(shù)據(jù)”和“發(fā)送/接收服務(wù)”。SWC位于RTE的頂部，通過RTE調(diào)用底層協(xié)議接口來完成數(shù)據(jù)傳輸。

在SWC中，服務(wù)提供方確認(rèn)服務(wù)可用性，服務(wù)消費(fèi)方確認(rèn)服務(wù)請求狀態(tài);基本軟件模式管理器（BSWM）用于管理服務(wù)模型和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)發(fā)現(xiàn)的可用性和請求狀態(tài)到軟件組件或者管理服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊確認(rèn)服務(wù)可用性和請求狀態(tài)，并發(fā)送相應(yīng)的 SD 消息（如 SD 提供服務(wù)消息），并根據(jù)接收到的SD消息轉(zhuǎn)換為基本軟件模式管理器模式。服務(wù)發(fā)現(xiàn)通過套接字適配器配置發(fā)送和接收的事件和方法。

套接字適配器可以靈活分配PDU，實現(xiàn)多客戶端接收，即一個PDU在多個套接字連接上動態(tài)發(fā)送，同時服務(wù)發(fā)現(xiàn)與SOME/IP模塊通過套接字適配器完成信息交互。

在工具中，建立相應(yīng)的SWC和相應(yīng)的接口。服務(wù)軟件組件設(shè)計完成后，網(wǎng)關(guān)控制器可以通過服務(wù)發(fā)現(xiàn)將服務(wù)的可用性和位置發(fā)布到其他ECU。服務(wù)消息類型包括search service, provide / stop service, stop / subscribe event group and subscribe event group feedback。



圖5.服務(wù)交互



圖6.以太網(wǎng)通信協(xié)議。

軟件架構(gòu)：車載網(wǎng)關(guān)控制器的底層通信協(xié)議如圖6所示，其應(yīng)用層的SWC組件在實時操作環(huán)境（RTE）上運(yùn)行。

在網(wǎng)關(guān)控制器的底層通信協(xié)議中，需要定義以太網(wǎng)報文的路由方式，并將服務(wù)的傳輸實例化為特定的信號和消息。通過達(dá)芬奇工具，以太網(wǎng)底部域控制器的通信層設(shè)計配置如圖 7 所示。



圖7.傳輸設(shè)計

以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)域控制器的硬件實現(xiàn)

該方案配備雙MCU，其中飛思卡爾i.mx6q處理器用于復(fù)雜工況下算法的處理，恩智浦公司的S32K148處理器用于車輛信號路由;以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)包括CAN/CANFD和以太網(wǎng)通信模塊，以太網(wǎng)通信模塊電路由MAC控制和物理層PHY接口組成。以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括 5 通道 CAN（支持 4 通道 CAN FD）、1 路 Lin、4 路數(shù)字交換機(jī)采集、5 路 100base-t1、1 路 100base-tx 和 2 路電源輸入。

在以太網(wǎng)總線傳輸過程中，傳輸電纜本身和總線通道上的所有負(fù)載的損耗或多或少，包括電路消耗、濾波電路、電路轉(zhuǎn)換器、各元件的連接器等。信號頻率對衰減也有很大影響?；诖丝紤]，設(shè)計方案采用8層高密度板，布局和布線嚴(yán)格設(shè)置在規(guī)則中，以優(yōu)化信號完整性設(shè)計。



圖8.硬件原理實現(xiàn)



圖9.硬件電路板設(shè)計

審核編輯：劉清