過車輛計算網(wǎng)關(guān)平臺推動軟件定義的汽車

汽車行業(yè)有三個明顯的趨勢：向半自動和自動駕駛汽車的演進(jìn)、數(shù)據(jù)帶寬不斷增加的云連接的汽車以及汽車電氣化。這些趨勢正推動著車輛架構(gòu)的變化。當(dāng)前的車輛架構(gòu)是數(shù)量持續(xù)增加的電子控制單元（ECU），其通過低速控制器局域網(wǎng)（CAN）或本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）通信總線連接。但是，此架構(gòu)存在一些限制。

例如，軟件開發(fā)、維護(hù)和驗證很復(fù)雜。每個ECU都有不同供應(yīng)商編寫軟件。為使車輛系統(tǒng)有效運行，汽車軟件必須跨系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致。向現(xiàn)有系統(tǒng)添加功能，是一個復(fù)雜、緩慢且容易出錯的過程。通過為車輛添加新機(jī)能和性能來實現(xiàn)自主性和連接性是很難通過分布式ECU來實現(xiàn)。

半自動和全自動駕駛車輛需要使用多個攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)。在整車范圍傳遞所有原始數(shù)據(jù)需要許多能夠處理千兆以太網(wǎng)的ECU。處理這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)而得出結(jié)論驅(qū)使處理要求和成本的上升。當(dāng)前，車輛電氣化還需要昂貴的電池，更使其難以保持在系統(tǒng)預(yù)算之內(nèi)。

克服這些挑戰(zhàn)的第一步是將功能集中到功能域，支持對汽車的某個部分或特定功能的操作（例如:HEV/EV操作）。圖1所示為包含功能域的車輛計算架構(gòu)的示例。功能域作為網(wǎng)關(guān)，通過高帶寬互連到其他域，再通過低帶寬的CAN/LIN和域內(nèi)的其他ECU互連。減少ECU數(shù)量、減少車輛接線數(shù)量和減少連接器數(shù)量，有助于節(jié)省大量成本。將高帶寬數(shù)據(jù)的處理限制在功能域范圍內(nèi)，可將其余ECU中傳感器和執(zhí)行器的復(fù)雜性和成本降至最低。僅在功能域中實現(xiàn)軟件功能或應(yīng)用程序（而非在分布于多個ECU和不同供應(yīng)商），可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化的軟件開發(fā)過程。

圖1：汽車網(wǎng)關(guān)車輛計算架構(gòu)

現(xiàn)在出現(xiàn)了一種新的趨勢，即通過一個由一到三個車輛計算平臺組成的多功能集成的架構(gòu)，來創(chuàng)建一個軟件定義的車輛。軟件定義車輛的關(guān)鍵推動因素，是采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）。SOA系統(tǒng)由松散耦合的服務(wù)組成，這些服務(wù)通常通過網(wǎng)絡(luò)，使用簡單的互操作接口與不同功能進(jìn)行通信。

SOA的一些優(yōu)點包括硬件獨立性、簡化的測試、更快的部署和跨專業(yè)的應(yīng)用程序開發(fā)。關(guān)于上一點需要注意的是：由于服務(wù)呈現(xiàn)為帶有抽象接口的黑盒，因此無需使用相同的技術(shù)甚至是相同的供應(yīng)商來實現(xiàn)每種服務(wù)。

SOA在其他市場上具有悠久歷史，例如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、軟件即服務(wù)和平臺即服務(wù)（又名云計算）。一個汽車的例子是提供輪胎壓力信息的簡單ECU。多個應(yīng)用使用輪胎壓力數(shù)據(jù)：一個可以是顯示當(dāng)前車輛信息的人機(jī)界面；另一個可以是用于為電動汽車電池管理器提供計量信息的(英里/小時)計算器?？梢允褂闷渌布?yīng)商來替換輪胎壓力ECU，也可以將其集成到更大的多功能ECU中。由于上游應(yīng)用使用抽象接口與ECU的服務(wù)的連接，因此使用SOA時，它們不受ECU更改或集成到另一個ECU的影響。在輪胎壓力示例中，支持輪胎壓力傳感器系統(tǒng)的組件，可以來自不同的公司或使用不同的傳感技術(shù)，因為輪胎壓力數(shù)據(jù)在較小的ECU中匯總。

車輛計算網(wǎng)關(guān)平臺明顯提升了每個平臺的計算需求，可以根據(jù)所需的處理要求使用一個或多個SoC。PCIe是高帶寬主干網(wǎng)，用于互連計算SoC和大容量存儲，而千兆以太網(wǎng)是用于從車輛計算平臺到車輛其余部分的高帶寬通信。

TI的DRA829V應(yīng)用處理器是首款在芯片上集成PCIe交換機(jī)的處理器，可在計算處理器之間共享高帶寬數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)更快的高性能處理。集成到DRA829V的PCIe交換機(jī)中，可在SoC之間高效地移動數(shù)據(jù)。無需中央處理單元干預(yù)或臨時數(shù)據(jù)存儲。

由于車輛計算平臺必須能夠管理與車輛其余部分的數(shù)據(jù)通信，因此DRA829V處理器集成額一個8端口的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，用于與外部進(jìn)行通信，以及用于與車輛其余部分通信的多個傳統(tǒng)車用CAN-Flexible data Rate/LIN接口。

車輛中有部分功能須有功能安全要求。得益于TI20多年的功能安全設(shè)計經(jīng)驗，DRA829V支持的高安全關(guān)鍵功能的混合處理。LockstepArm?Cortex?-R5F支持ASIL-D，整個SOC均支持ASIL-B。大量的片上防火墻可避免相互干擾，從而可同時管理關(guān)鍵安全性和非安全性功能。圖2比較了典型的車輛計算平臺和使用DRA829V的計算平臺。DRA829V需要一半的組件以節(jié)省成本、功耗和物理尺寸。

圖2：車輛計算網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的兩個示例

汽車架構(gòu)正在不斷發(fā)展，以滿足行業(yè)趨勢的需求。新興汽車架構(gòu)使基于SOA的軟件定義的車輛成為可能，這意味著每輛車需要一到三個車輛計算平臺。TI的新型DRA82x處理器系列專為滿足這些要求而設(shè)計，可幫助汽車制造商和1級供應(yīng)商有效開發(fā)滿足系統(tǒng)需求和系統(tǒng)成本要求的車輛計算平臺。

審核編輯：郭婷