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车载电子电器架构 —— 基于 AP 定义车载 HPC
我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。
老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:
“
屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力,任何消耗你的人
和事,多看一眼都是你的不对。非必要不费力证明自己,无利
益不试图说服别人,是精神上的节能减排。 无人问津也好,技
不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是
让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。
”
文章大体有如下内容:
1、前言
2、车辆电子电气架构的影响
3、满足高要求的新系统
4、域控制器和网关(GW)
前言
新的 AUTOSAR 自适应软件标准可在车辆中实现更强大、更灵活的 E/E 架构。在
新的 AP 软件架构中,基于以太网的 ECU 可以被作为中心应用服务器端。最大
的优势:自适应 ECU 可以在车辆的整个生命周期内更新应用程序,并在以后添
加新的软件功能。
在未来的几代汽车中,高度发达的驾驶功能将对网络架构和各个 ECU 之间的相
互作用产生巨大影响。驾驶员辅助系统的持续增长,达到高度自动驾驶的水
平,需要由雷达、激光雷达和各种摄像头组成的先进传感器采集海量的数据用
于自动驾驶判断提供数据支撑。这些传感器为车辆提供一致的环境模型。这就
意味着车载网络必须在短时间内传输大量的数据。这就要求电子电气架构对这
种要求: 在低时延的性能下传输大数据,能够支持。此外,传感器数据的融合
需要高性能的车载计算系统,该系统可以在特殊硬件的帮助下处理复杂的算
法。包括传感器和执行器在内的整个工艺链需要安全地集成到车辆中,并且几
乎没有延迟。
一、车辆电子电气架构的影响
通过 IT 后端提供的数字服务对车辆架构有很大的影响。具有高带宽和低延迟
的车辆到 X 通信(V2X)的移动无线电接口提供有关天气,交通流量和施工区域
等环境条件的信息。ECU 将这些数据与车辆传感器获取的路线信息和周围环境
数据汇总在一起。车辆中的计算系统护行必要的图形密集型操作(比如摄像头
采集的数据)。运算结果显示在用户可配置和高分辨率显示器集群或平视显示
器。
不仅仅是这些与外界的无线接口需要安全且复杂的数据传输。即使是相对简单
的电动汽车也必须能够与充电站建立安全连接,以便进行电力计费。这种安全
的充电通信还要求提高车辆的计算能力。
基于这样的趋势,到 2025 年,所有这些新功能将使电子和软件在车辆中的附
加值份额提高到 65%。软件份额将增长最快,届时将达到 25%左右。复杂性的
增加导致 ECU 开发中任务分区更严格的明显趋势。虽然 ECU 的硬件开发通常
由一级供应商执行,但汽车 OEM 通常拥有更多种类的软件来源,这是一个非常
相关的竞争因素。OEM 要么在内部开发算法,要么从专门的第三方提供商处购
买软件组件。
二、满足高要求的新系统
汽车 OEM 或最终用户应该能够在以后添加软件功能或修改它们 - 包括在 ECU
投入生产之后 - 例如扩展车辆功能。然而,从第三方提供商那里采购软件的
潜在来源创造了新的市场形势。无论如何,为此所需的动态软件集成环境都是
即将推出的车辆平台的必要属性。未来车辆中将需要更强大的 ECU 来执行计
算密集型算法和功能。它们将配备 64 位多核处理器和 MMU(内存管理单元)支
持。
这些处理器为虚拟化和与外部存储器的快速接口提供了额外的硬件支持。图
形、图像和算法处理由片上系统 (SoC) 处理,作为硬件加速器,以低功耗实
现必要的处理速率。ECU 中还用于实现安全相关功能的附加微控制器或 SoC,
以及用于防止未经授权的访问的组件列如硬件安全模块(HSM)和受信任的平合
模块(TPM)。
与内部车辆网络和车辆外部世界的接口继续发挥重要作用。在车内,以太网 -
作为 IEEE 100BASE-T1(100 Mbit/s) 或 1000BASE-T1 (1Gbit/s) 实施 - 将承
担骨干网的角色,不断改变网络结构并增加数据吞吐量。WiFi、蓝牙、5G 和
V2X 等外部通信接口也可实现高数据吞吐量。通过低压差分信号 (LVDS) 或汽
车像素链路 (APIX) 与传感器和执行器的接口也并不少见,这些接口的传输速
率在千兆位范围内。以前的传统总线系统仍将使用,但它们将不再在整体车辆
集成中发挥核心作用。比如 CAN/CAN FD 总线。高效使用这种具有高数据吞吐
量的硬件需要灵活的软件架构。通常,基于 POSIX 的操作系统是使用复杂处理
器及其外围设备的先决条件。这样就决定了具备该属性的操作系统更容易作为
车载操作系统的原因。此类操作系统包括 Linux,对于安全相关系统,包括
PikeOS。多种类型的库和开发框架可用于高效开发软件功能。图形和人工智能
应用程序的库尤其值得注意。
“
POSIX(Portable Operating System Interface,可移植操作
系统接口)是一个由电气电子工程师协会(IEEE)和 Unix 标
准协会(USG)共同开发的操作系统标准。它定义了操作系统
应该为应用程序提供什么样的接口,从而让应用程序可以在多
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车载诊断技术
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