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通過車輛計(jì)算網(wǎng)關(guān)平臺推動(dòng)軟件定義的汽車
發(fā)布時(shí)間:2020-03-14 來源:德州儀器 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】汽車行業(yè)有三個(gè)明顯的趨勢:向半自動(dòng)和自動(dòng)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(dòng)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(yàn)證很復(fù)雜。每個(gè)ECU都有不同供應(yīng)商編寫軟件。為使車輛系統(tǒng)有效運(yùn)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(gè)復(fù)雜、緩慢且容易出錯(cuò)的過程。通過為車輛添加新機(jī)能和性能來實(shí)現(xiàn)自主性和連接性是很難通過分布式ECU來實(shí)現(xiàn)。
半自動(dòng)和全自動(dòng)駕駛車輛需要使用多個(gè)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(gè)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(jì)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(shí)現(xiàn)軟件功能或應(yīng)用程序(而非在分布于多個(gè)ECU和不同供應(yīng)商),可實(shí)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(jì)算架構(gòu)
現(xiàn)在出現(xiàn)了一種新的趨勢,即通過一個(gè)由一到三個(gè)車輛計(jì)算平臺組成的多功能集成的架構(gòu),來創(chuàng)建一個(gè)軟件定義的車輛。軟件定義車輛的關(guān)鍵推動(dòng)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(diǎn)包括硬件獨(dú)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(diǎn)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(shí)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(jì)算)。一個(gè)汽車的例子是提供輪胎壓力信息的簡單ECU。多個(gè)應(yīng)用使用輪胎壓力數(shù)據(jù):一個(gè)可以是顯示當(dāng)前車輛信息的人機(jī)界面;另一個(gè)可以是用于為電動(dòng)汽車電池管理器提供計(jì)量信息的(英里/小時(shí))計(jì)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(shí),它們不受ECU更改或集成到另一個(gè)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?yàn)檩喬毫?shù)據(jù)在較小的ECU中匯總。
車輛計(jì)算網(wǎng)關(guān)平臺明顯提升了每個(gè)平臺的計(jì)算需求,可以根據(jù)所需的處理要求使用一個(gè)或多個(gè)SoC。PCIe是高帶寬主干網(wǎng),用于互連計(jì)算SoC和大容量存儲(chǔ),而千兆以太網(wǎng)是用于從車輛計(jì)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(jì)算處理器之間共享高帶寬數(shù)據(jù),以實(shí)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(dòng)數(shù)據(jù)。無需中央處理單元干預(yù)或臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
由于車輛計(jì)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(gè)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(gè)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TI 20多年的功能安全設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn), DRA829V支持的高安全關(guān)鍵功能的混合處理。Lockstep Arm®Cortex™-R5F支持ASIL-D,整個(gè)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(shí)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(jì)算平臺和使用DRA829V的計(jì)算平臺。DRA829V需要一半的組件以節(jié)省成本、功耗和物理尺寸。
ADAS域處理的可擴(kuò)展性
圖2:車輛計(jì)算網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的兩個(gè)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(gè)車輛計(jì)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(jì),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(jì)算平臺。
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