智駕、座艙、泊車三合一域控制器解析

用雙Orin打造智駕、座艙、泊車三合一域控制器，硬件上難度不大，難度都在軟件上。今天我們就來(lái)看看國(guó)內(nèi)某大廠的智駕、座艙、泊車三合一域控制器。

那么將智駕、座艙、泊車三合一，能不能算中央計(jì)算Zonal的E/E架構(gòu)或者說(shuō)軟件定義汽車？也不能算，中央計(jì)算Zonal的E/E架構(gòu)不僅是要把智駕、座艙、泊車三合一，還要把動(dòng)力底盤、車身、座椅等等所有需要一定規(guī)模計(jì)算資源的系統(tǒng)都集中在一個(gè)計(jì)算單元內(nèi)，這個(gè)計(jì)算單元不一定是單芯片，可以是兩個(gè)芯片或四個(gè)芯片，芯片間至少需要超過(guò)100GB/s的PCIe交換機(jī)連接。而中央計(jì)算單元與各Zonal區(qū)域的連接是至少10Gb/s的骨干車載以太網(wǎng)。各Zonal需要能運(yùn)行小型虛擬機(jī)的MCU，也可以在邊緣部署10Base-T1S車載以太網(wǎng)，或許可以省掉一些昂貴的MCU。

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Zonal架構(gòu)差不多就是全以太網(wǎng)架構(gòu)，當(dāng)然，攝像頭和顯示面板恐怕還是需要MIPI CSI或DP的SerDes。以目前車廠的迭代速度，要想進(jìn)行到軟件定義汽車或者說(shuō)Zonal E/E時(shí)代恐怕需要十年以后。目前，交叉域控制器都已經(jīng)是先進(jìn)的E/E架構(gòu)了，以太網(wǎng)在E/E架構(gòu)里只是點(diǎn)綴，CAN還是絕對(duì)主流，要想用以太網(wǎng)取代CAN，還需要至少五年的時(shí)間。CAN與以太混合網(wǎng)絡(luò)，CAN是典型的信號(hào)導(dǎo)向，以太網(wǎng)是服務(wù)導(dǎo)向，混合網(wǎng)絡(luò)需要多個(gè)網(wǎng)關(guān)，軟件工作也很麻煩，最完美的E/E架構(gòu)應(yīng)該是全以太網(wǎng)，有少量SerDes。

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讓我們回到現(xiàn)實(shí)，看看這個(gè)智駕、座艙、泊車三合一架構(gòu)，上圖是核心板部分，兩顆Orin的外圍包括DRAM、UFS、eMMC、串行Nor Flash和安全控制Nor Flash，因?yàn)楣δ芏啵鈬M量強(qiáng)大，DRAM選擇三星的LPDDR5X，即K3KL3L30QM，速率為7500Mbps，容量為8GB，最近8533Mbps的LPDDR5X也已經(jīng)量產(chǎn)，可以升級(jí)為K3KL3L30CM-BGCU，最高8533Mbps，或者把容量加大到12GB，即K3KL4L40DM-BGCU，速率也是8533Mbps，Orin支持LPDDR5X，高通的SA8255/SA8295最高只支持LPDDR4X。目前量產(chǎn)的車載SoC只有英偉達(dá)的Orin和安霸的CV3支持LPDDR5X，蔚來(lái)的神璣也支持。目前三星的LPDDR5X溫度范圍都是-40℃-+85℃，美光的是-40℃到+95℃，略高10度，美光的型號(hào)為MT62F1G64D4EK，也能到8533Mbps。

UFS選3.1，目前主流的是UFS2.1，車規(guī)版UFS3.1在2023年初剛量產(chǎn)，UFS2.1最大讀出速度為850MB/s，UFS3.1是1700MB/s，UFS2.1最大連續(xù)寫入是260MB/s，UFS3.1是1400MB/s。UFS選擇的是三星的KLUEG8UHYB-B0EQ051，支持AEC-Q100 Grade 2，最高連續(xù)讀出速度是2000MB/s，連續(xù)寫入是700MB/s，對(duì)車機(jī)來(lái)說(shuō)讀出比寫入重要，這是為車機(jī)優(yōu)化的UFS芯片。eMMC選擇的是美光的MTFC32GAZAQHD-AAT，容量32GB。Nor Flash選擇臺(tái)灣省旺宏的MX25U51279GXDR00，是2023年6月的新產(chǎn)品，采用多I/O設(shè)計(jì)，最高速率在400Mbps以上。

添加一個(gè)電源排序系統(tǒng)，即MPQ79700FS，這是一款MPS的 12 通道功能安全電源定序器，專為汽車高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 和自動(dòng)駕駛平臺(tái)而設(shè)計(jì)，可為整個(gè)平臺(tái)提供必要的控制和電源排序。MPQ79700FS 包含一個(gè)晶體驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)帶報(bào)警功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)和一個(gè)可通過(guò) I2C 接口訪問(wèn)的可配置監(jiān)控器（watchdog），同時(shí)提供低電平有效系統(tǒng)復(fù)位和中斷輸出。MPQ79700FS集成內(nèi)置自檢 (BIST) 等安全機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)高診斷覆蓋率，使系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo) ASIL 等級(jí)。它基于 MPS 先進(jìn)的 MPSafe 功能安全產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程而開(kāi)發(fā)。該流程已通過(guò)獨(dú)立認(rèn)證，符合 ISO26262標(biāo)準(zhǔn)。

雙Orin自然使用雙安全MCU，一般都選擇英飛凌的TC397。座艙系統(tǒng)需要大量TypeC接口，特別是新型座艙，需要考慮玩AR/VR游戲，玩外接游戲盒子，還有后排甚至三排都需要TypeC接口充電，以及各種筆記本電腦或平板電腦充電。

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

只能用Orin的DP口和CSI口做轉(zhuǎn)換。

以太網(wǎng)部分。圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

有三個(gè)激光雷達(dá)接口，且都是千兆級(jí)，目前99%都是百兆級(jí)的，激光雷達(dá)是有冗余接口，4D毫米波雷達(dá)接口4個(gè)，百兆級(jí)足夠，TCAM即Telematics and Connectivity Antenna Module，也就是T-BOX，考慮到V2X，需要最高的2500兆級(jí)別，總共3個(gè)T-BOX，其中一個(gè)用于OTA升級(jí)，只需要千兆即可。DTOF是直接TOF攝像頭，也可以是Flash激光雷達(dá)，推測(cè)是Flash角激光雷達(dá)的可能性更高，考慮到技術(shù)變換很快，預(yù)留了足夠多的接口。DSSAD即 Data Storage System for Automated Driving。翻譯過(guò)來(lái)就是自動(dòng)駕駛車輛的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。EDR側(cè)重于發(fā)生事故（主要是車輛速度劇烈變化引起EDR裝置啟動(dòng)記錄），DSSAD則是分清責(zé)任是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，還是駕駛員本人。ADPU即自動(dòng)駕駛導(dǎo)航單元，ZC/R是右側(cè)Zonal控制，不過(guò)我很懷疑車側(cè)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)大部分是CAN，最高不過(guò)CAN-FD，99.9%的情況下速率都不超過(guò)5Mb/s，用千兆以太網(wǎng)嚴(yán)重浪費(fèi)，從下面的MCU接口看，應(yīng)該只是預(yù)留，沒(méi)有使用。

選用目前最先進(jìn)最強(qiáng)大的以太網(wǎng)交換機(jī)，Marvell的88Q5192，這是Marvell第三代安全汽車以太網(wǎng)交換機(jī)。88Q5192是一款16端口以太網(wǎng)交換機(jī)，是目前端口數(shù)量最多的以太網(wǎng)交換機(jī)，且集成了1000BASE-T1、100BASE-T1和10BASE-T1S PHY，完全符合適用的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)。這款16端口以太網(wǎng)交換機(jī)提供12個(gè)集成PHY，4個(gè)支持雙速1000/100BASE-T1，6個(gè)支持雙速100/10BASE-T1(S)，2個(gè)支持100BASE-T1/TX。支持的其他接口包括2個(gè)多速10Gb SerDes（10G/5G/2.5G/1Gbps），2個(gè)多速2.5Gb SerDes（2.5G/1Gbps），2個(gè)RGMII/MII/RMII，和2個(gè)PCIe Gen3 x1接口。端口接口選項(xiàng)為連接外部設(shè)備提供了靈活的配置，如2.5/5/10GBASE-T1 PHY，或上行鏈路到主機(jī)SoC。這使該器件成為車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)（IVN）應(yīng)用的理想選擇，如駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、區(qū)域控制模塊和中央網(wǎng)關(guān)。這款交換機(jī)包括一個(gè)高性能的雙核ARM R52 CPU，該CPU以鎖定方式運(yùn)行，有專用的片上存儲(chǔ)器來(lái)支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）協(xié)議，如準(zhǔn)確時(shí)間協(xié)議（PTP）和安全防火墻，以防止外部惡意攻擊。該交換機(jī)包括許多先進(jìn)的安全功能，包括802.1AE MACsec，提供鏈路安全以防止中間人攻擊，拒絕服務(wù)（DoS）引擎，用于深度數(shù)據(jù)包檢查（DPI）的TCAM，以及信任啟動(dòng)功能以確保車輛網(wǎng)絡(luò)的安全。它還包括一個(gè)嵌入式硬件安全模塊，通過(guò)支持安全和加密啟動(dòng)以及管理MACsec等安全功能來(lái)增強(qiáng)設(shè)備安全。

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上圖是一個(gè)MCU的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)物理層選用的也是目前最強(qiáng)的以太網(wǎng)物理層即Marvell的88Q4364，88Q4364設(shè)備是一個(gè)單對(duì)以太網(wǎng)物理層收發(fā)器（PHY），支持屏蔽雙絞線（STP）上的操作。收發(fā)器實(shí)現(xiàn)了IEEE 802.3ch標(biāo)準(zhǔn)定義的2.5G/5G/10GBASE-T1的以太網(wǎng)物理層部分。88Q4364集成了MACsec，可防止第2層車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全威脅。MACsec在逐跳的基礎(chǔ)上保護(hù)數(shù)據(jù)交換，并防止入侵、中間人攻擊和重放攻擊等攻擊。最高達(dá)萬(wàn)兆級(jí)別，10G/5G/2.5G USXGMII、10 Gbps XFI、5 Gbps XFI/2、2.5 Gbps 2500BASE-X或2.5 Gbps ，OCSGMII接口直接連接到汽車級(jí)圖形處理單元（GPU）、CPU、以太網(wǎng)交換機(jī)和電子控制單元（ECU），以支持車載網(wǎng)絡(luò)（IVN）所需的操作和網(wǎng)絡(luò)速率。

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收音、藍(lán)牙和MCU部分，收音方面考慮到出口，DAB是少不了的，SAF360X是DAB數(shù)字收音調(diào)諧頭，車內(nèi)麥克風(fēng)眾多，三排都要有，自然離不開(kāi)ADI的A2B總線收發(fā)器AD2428。GPS選擇u-blox的F9K，它可以支持 L1/L2/E5B 和 L1/L5 頻段，充分提高了靈活性、衛(wèi)星信號(hào)可用性和安全性。ZED-F9K-01A 將多頻段、多星座全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 技術(shù)與慣性導(dǎo)航高精度 RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分米級(jí)精準(zhǔn)定位。u-blox ZED-F9K-01A 原生支持 u-blox PointPerfect GNSS 增強(qiáng)服務(wù)，可以并行提供多路 GNSS 和 IMU 輸出，為各種可能的架構(gòu)提供支持，包括具有超低延遲、50 Hz慣導(dǎo)位置輸出。為高精度定位還需要D9S，這是L波段衛(wèi)星接收，D9S使用SSR SPARTN數(shù)據(jù)格式通過(guò)衛(wèi)星 L-band 頻道接收校正數(shù)據(jù)。該模塊使用加密技術(shù)安全地提供PPP-RTK GNSS 校正數(shù)據(jù)，包括由u-blox PointPerfect 服務(wù)提供的數(shù)據(jù)。還有一款D9C，利用免訂閱厘米級(jí)增強(qiáng)服務(wù)（CLAS） 通播，該通播由日本QZSS（準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)）星座通過(guò)L6頻段頻道在日本本土提供服務(wù)，能提供厘米級(jí)定位服務(wù)，在我國(guó)廣東東部，QZSS還是可以用的，信號(hào)差點(diǎn)，目前免費(fèi)，將來(lái)肯定會(huì)收費(fèi)。

Flexray沒(méi)有必要，未來(lái)的潮流趨勢(shì)應(yīng)該是以太網(wǎng)，F(xiàn)lexray只有奔馳、寶馬、奧迪和沃爾沃用于底盤部分，價(jià)格偏高，協(xié)議復(fù)雜。主連接器也連接了12個(gè)超聲波傳感器，通過(guò)SPI接口。TJA1042接車身控制器即ZC/R和ZC/L，還連接了ADPU、車身、和動(dòng)力域。

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視頻輸出、USB和TypeC部分，可以用Orin的DP直接輸出一路，做車機(jī)與儀表雙聯(lián)屏，做4K顯示完全沒(méi)問(wèn)題，再附加一路附加屏，用Orin的eDP輸出，經(jīng)過(guò)ADI的MAX96589串行器，MAX96589支持兩路MST，也就是可以輸出兩個(gè)顯示屏，一個(gè)副駕屏，再加一個(gè)中央顯示屏，或者兩個(gè)后排屏。

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音頻、藍(lán)牙和WiFi，這里的音頻放大低檔了點(diǎn)，可能是考慮到有外置音頻功率放大，藍(lán)牙需要兩個(gè)，后排也有藍(lán)牙通話的需要。

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這是攝像頭板，以800萬(wàn)像素?cái)z像頭高速無(wú)損無(wú)延時(shí)傳輸要求為例，一般為3264*2448=7990272個(gè)像素點(diǎn)。按照RGB三色24bit，攝像頭30幀計(jì)算，該攝像頭每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約為7.68Gbps帶寬。攝像頭的數(shù)據(jù)格式，通常由RAW RGB、YUV兩種。YUV常見(jiàn)的有三種級(jí)YUV444，YUV422和YUV420。其中，YUV444是像素X幀率X比特X3，即5.76Gbps；YUV422是像素X幀率X8比特X2，即3.84Gbps；YUV420是像素X幀率X8比特X1.5，即2.88Gbps。ADAS通常對(duì)色彩考慮不多，YUV420足夠，當(dāng)然還可以再壓縮一下，不過(guò)筆者認(rèn)為還是不壓縮的好，并且有可能將來(lái)色彩也需要考慮，因此4個(gè)800萬(wàn)像素是11.52Gbps，用MAX96712也可以，不過(guò)像AR0820這樣是830萬(wàn)像素，有點(diǎn)勉強(qiáng)了，目前最頂級(jí)的車載攝像頭圖像傳感器是索尼的IMX735，有效像素高達(dá)1742萬(wàn)像素，一個(gè)就需要6.27Gbps的帶寬，而MAX96712的總帶寬才6Gbps。再有就是考慮高速場(chǎng)景，幀率最好高一點(diǎn)，40Hz或45Hz，帶寬又會(huì)增加不少，所以這里用ADI目前最頂級(jí)產(chǎn)品MAX96792，可以支持12Gbps帶寬，但MAX96792是兩攝像頭輸入的，因此需要兩個(gè)。這里的4個(gè)360環(huán)視也用了800萬(wàn)像素，完全沒(méi)必要，可以降級(jí)為400萬(wàn)像素或200萬(wàn)像素，這樣用MAX96712就輕松多了，當(dāng)然如果用800萬(wàn)像素，MAX96712也勉強(qiáng)可以。

智駕、座艙、泊車三合一，兩個(gè)Orin是有些吃力的，大部分時(shí)候恐怕是一個(gè)Orin負(fù)責(zé)座艙，一個(gè)負(fù)責(zé)智駕，雖然用了最頂級(jí)的以太網(wǎng)交換機(jī)，但帶寬最高不過(guò)1.25GB/s，應(yīng)該加上一個(gè)PCIe 交換機(jī)，如Microchip的PM43036B1，支持36lanes，Orin的PCIe是4代，最高是每Lane是2GB/s的帶寬，可用的Lane是16通道，最高也就是32GB/s，這個(gè)帶寬不足以讓Orin能有級(jí)聯(lián)翻倍的效果，畢竟NVLink最新的有900GB/s，但總比以太網(wǎng)要好得多。當(dāng)然這個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)是全球范圍內(nèi)最先進(jìn)的了。

審核編輯：湯梓紅