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软件定义汽车架构的核心:网关

2020/09/27
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无论汽车电子架构如何变化,其核心都是网关,网关分中央网关和局域普通网关两种,中央网关与 T-Box 和诊断总线相连,普通网关则针对每个功能域。在两个高层协议不同或两个不同网段之间通信,都需要网关加入。网关是一个典型的 Layer3 层设备。通常一个 VLAN 对应一个网段。网段不相同,即使在一个广播域,也需要网关加入。如果只是不同以太网段之间的通信,那么网关基本上就是一个路由。

网关的主要职责包括:网络协议转换,数据路由,诊断路由,防火墙,信息镜像,监控网络流量并探测指令,网络管理,密钥管理,OTA 管理。还有就是服务导向型 SOA 架构或者说软件定义汽车型架构离不开自适应 Autosar 中间件,网关部分自然需要考虑,因此需要留够足够的算力余量。早期的网关处理器就是一个 MCU,但考虑 SOA 的话,至少要加上 4 个 Cortex 的 A53 或两个 A72。衡量网关性能的主要指标就是数据延迟程度。

现阶段汽车电子架构的中央网关

未来 SOA 架构(即 Zonal)的汽车网关,网关连接传感器或信息输入设备,将信号送到超级运算核心处理也就是大众 MEB 平台所说的 ICAS,处理得到的执行命令送给执行器显示器。这种设计看似没有中央网关,实际上与 T-Box 相连的 Cockpit 超算核心里有一个中央网关。

现阶段典型网关的设计框架图。

上图为 NXP 最新的网关处理器 S32G274A 的中央网关开发板电路框架图。NXP 几乎垄断中央网关市场,这个图也就是未来 5 年内主流中央网关的电路框架图。

 上表为 S32G274 网关主要集成电路一览

SOA 网关的软件架构

除了中央网关,分域网关或者不考虑 SOA 架构的中央网关(毕竟自适应 Autosar 还是有点遥远)的中央网关通常只需考虑路由和协议转换。这样一般的 MCU 也可以胜任主处理器,无需 Cortex-A53/A72 这样相对较高算力的内核。自然也不需要 DDR 和 Flash,只需要 EMMC。 英飞凌为拖车型房车设计了一个分域网关。

外国人是比较喜欢这样的拖车型房车,中国人则喜欢炒房子,这东西相当罕见。

上图为英飞凌拖车网关的框架图,以太交换机是中国台湾瑞昱的 RTL9047。

上图是英飞凌设计的网关,使用了 Marvell 的 88Q5050 以太交换机。

对于未来的 ADAS 域运算单元,即使不考虑 L4 也很有可能采用 PCIe 交换连接多个运算单元的设计,尤其是将来的 SOA 架构,PCIe 交换是毫无疑问要出现的。当然,以太网交换机也是不可避免要使用的。为了简化设计,德州仪器特别推出了一个针对 ADAS 域的网关处理器,其最大特点是内部包含了以太网交换和 PCIe 交换,堪称 ADAS 域最佳网关处理器,这就是 DRA829V。

上图为 DRA829V 的内部框架图,当然考虑到成本,不可能把物理层塞进去了,不过有 8 口,也有一定余量,PCIe 则有 4 个,也有余量。德州仪器是考虑未来 10 年的电子架构。

上图是 DRA829V 的开发板,相对 NXP 和英飞凌的,清爽很多。LPDDR4 是美光的,4GB 容量,NOR Flash 可能也是美光的,64MB。HyperFlash 是 Spansion 的,64MB 的 Flash+32MB 的 RAM。以太网 PHY 有两个,德州仪器的 10/100/1000M 的 DP83867(兼容 TSN,超低延迟),Microsemi 的 VSC8514,也是 10/100/1000M。 芯片从设计到用到量产车上,时间长达 4-5 年,且至少要保持至少 5-8 年的生命周期,也就是说芯片设计者要考虑到 10 年后的市场需求,反过来也可以说芯片定义了未来 10 年的技术路线,从这个意义上来讲,真正决定汽车电子架构的上游芯片厂家,没有这些厂家支持,软件定义汽车是空谈。 做人工智能的很多,但做界面和混合 IC 等半导体厂家屈指可数,这些厂家才是真正的行业引领者。

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