大處理與集中控制

目前，汽車廠商一般會(huì)采用分布式汽車架構(gòu)。通用(GM)車輛系統(tǒng)工程執(zhí)行總監(jiān)Matt Schroeder解釋說，在這種架構(gòu)下，大量ECU單元會(huì)相互協(xié)同工作，共同為駕駛員能提供各種功能。但這種架構(gòu)已經(jīng)快要“到達(dá)極限”了。

Schroeder指出，通用汽車公司正在開發(fā)一個(gè)新的Global-B架構(gòu)，預(yù)計(jì)將于2019年完成。目前，公司“希望可以從更多角度入手，讓更多高級(jí)功能在這種分布式架構(gòu)下相互協(xié)同工作，保護(hù)消費(fèi)者免受網(wǎng)絡(luò)攻擊。”

Schroeder表示，未來，域控制器仍將是所有汽車架構(gòu)的基石，這點(diǎn)不會(huì)改變。他指出，分布式架構(gòu)“隨著車輛安全功能的增加，只會(huì)變得越來越復(fù)雜，但基本性質(zhì)并不會(huì)改變很大，然而客戶端的需求則已經(jīng)有了大幅提升?！?

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)師希望可以利用1GB的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)提供每秒1GB，甚至更高的處理速度。Schroeder表示：“從功能方面來說，這就像是把功能強(qiáng)大的大型計(jì)算機(jī)改成適用汽車的規(guī)格，而后再安裝到汽車上?！?

在2016年的SAE全球汽車電子大會(huì)上，在“云”寬帶數(shù)據(jù)通信的協(xié)助下，利用強(qiáng)勁的中央處理器滿足新的數(shù)據(jù)處理需求，一直是工程師們探討的熱門話題。德爾福(Delphi)首席技術(shù)官Jeff Owens稱，這種趨勢(shì)“既是一種進(jìn)化，也是一種革命?！睆倪M(jìn)化方面來說，架構(gòu)的進(jìn)化主要是因?yàn)樘囟I(lǐng)域內(nèi)一些應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)提出了更高要求。比如，基于現(xiàn)有架構(gòu)的混動(dòng)車型可能就需要更多。

從革命方面來說，架構(gòu)的革命主要體現(xiàn)在利用Owens所說的“über brain”多域控制器，重新思考整個(gè)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。他表示，über brain可以承擔(dān)多個(gè)ECU單元的工作，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜度、成本與質(zhì)量。目前，德爾福、采埃孚、博世等供應(yīng)商的量產(chǎn)產(chǎn)品中均有此類硬件設(shè)備。

大眾-奧迪也有意打造新的電子電氣架構(gòu)。目前，這家公司正在開展一項(xiàng)Z-Fast(即Zed Faust)項(xiàng)目，旨在重新探索旗下主動(dòng)安全領(lǐng)域中的電子電氣架構(gòu)，包括車輛雷達(dá)、激光雷達(dá)、視覺系統(tǒng)、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)及各種相關(guān)傳感器與執(zhí)行器等。這些功能都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是需要高速的數(shù)據(jù)處理。在這種背景之下，奧迪開始設(shè)計(jì)一種全新架構(gòu)，在多域控制器中引入一款“可承擔(dān)重負(fù)荷的”中央處理器，負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)與決策任務(wù)。

據(jù)悉，2014年，這款Z-Fast緊湊型主板將會(huì)登陸一款?yuàn)W迪A8自動(dòng)駕駛概念車并與公眾見面。具體來說，該系統(tǒng)采用了英偉達(dá)(Nvidia)的K1芯片與192核GPU，可處理幾十個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)輸入，從而根據(jù)當(dāng)時(shí)的道路與交通狀況計(jì)算車輛的安全導(dǎo)航行駛信息。據(jù)了解，這款下一代汽車中央處理器的硬件整合度與可拓展性均將有所提升，預(yù)計(jì)將于2019年進(jìn)入量產(chǎn)階段。

Owens表示，“奧迪希望自己的架構(gòu)不會(huì)被未來淘汰?！彼忉屨f，未來，由于主要的數(shù)據(jù)處理工作均將交由中央處理器進(jìn)行，傳感器的前端處理任務(wù)將會(huì)顯著減輕，其中包括“飛行時(shí)間(time-of-flight)”與熱管理系統(tǒng)的計(jì)算等，因此工程師就不需要為每一個(gè)傳感器單獨(dú)配備高端微處理器。這樣一來，未來汽車傳感器占用的空間將顯著縮小，且成本也會(huì)有所下降。

盡管目前部分系統(tǒng)可以支持升級(jí)，但這些系統(tǒng)通常都存在存儲(chǔ)空間不足的問題，因此在升級(jí)前必須先卸載部分舊的內(nèi)容。由于多域處理器可以提供足夠的內(nèi)存和處理速度，因此奧迪在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都可以沒有負(fù)擔(dān)地增加更多功能。Owens認(rèn)為，“對(duì)于一些真正具有前瞻性思維的廠商，中央汽車控制器將成為一種未來之選?！?

博世集團(tuán)的電子電氣架構(gòu)技術(shù)戰(zhàn)略圖。

可重構(gòu)設(shè)計(jì)

下一代電子電氣架構(gòu)工程師表示，他們的目標(biāo)是打造一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化硬件平臺(tái)。用通用汽車Schroeder的話說，“這種架構(gòu)很容易擴(kuò)大或縮小，可以滿足產(chǎn)品線上各類產(chǎn)品對(duì)功能與成本的不同要求。要知道，打造每一個(gè)架構(gòu)的成本都非常高昂?！?

加州大學(xué)伯克利分校著名的電子電氣與計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Alberto Vincentelli博士也同意這種說法。在SAE汽車電子大會(huì)的專家討論環(huán)節(jié)中，Vincentelli博士表示，“為了不斷滿足新的需求，現(xiàn)代架構(gòu)最重要的特點(diǎn)在于其靈活性和可重構(gòu)性。當(dāng)你開始設(shè)計(jì)一個(gè)新的架構(gòu)時(shí)，要記得這個(gè)架構(gòu)應(yīng)該可以在其整個(gè)使用壽命中適應(yīng)各種巨大的改變?！盫incentelli博士表示，“設(shè)計(jì)是一個(gè)問題，但更重要的是適應(yīng)能力?！?/span>

從汽車整合來說，誰在中央處理器方面更有決定權(quán)呢，是一級(jí)供應(yīng)商還是汽車廠商？“這很難說?！辈砂ｆ诘腤hydell如是回答。

“我們已經(jīng)有一些產(chǎn)品，而我把這些產(chǎn)品稱為‘汽車屆的智能手機(jī)’。”Whydell表示，“這和你手機(jī)里的處理器很相似，主要體現(xiàn)在你可以自己選擇要給自己的手機(jī)安裝哪些應(yīng)用程序。類似地，我們可以說采埃孚將提供處理器，而廠商則能決定到底要選哪些‘應(yīng)用程序’。他們可以從我們這里購(gòu)買所需的功能，也可以自己研發(fā)或讓一些專業(yè)的軟件公司進(jìn)行開發(fā)?！?

AUTOSAR(汽車開放系統(tǒng)架構(gòu))聯(lián)盟的主要目標(biāo)之一，是在系統(tǒng)內(nèi)與系統(tǒng)之間提供更大的靈活性。AUTOSAR Adaptive平臺(tái)經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可為工程師提供更多靈活的架構(gòu)，預(yù)計(jì)將于今年完成搭建。這個(gè)平臺(tái)可以為一些更復(fù)雜的系統(tǒng)提供一個(gè)軟件框架，協(xié)助工程師利用以太網(wǎng)增加帶寬。

需要說明的是，這并不是要取代AUTOSAR。該架構(gòu)預(yù)計(jì)將最先用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)方面的應(yīng)用。此外，這種架構(gòu)還可以協(xié)助標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，與更多互聯(lián)功能與圖像處理功能實(shí)現(xiàn)無縫整合，從而助力汽車信息娛樂系統(tǒng)的開發(fā)。通用汽車的Schroeder表示，AUTOSAR 4.x將成為通用新一代Global-B電子電氣架構(gòu)的基礎(chǔ)。

博世北美副總裁Tim Frazier認(rèn)為，需要從目前的域架構(gòu)轉(zhuǎn)移到多域架構(gòu)配置，這將有助于減少20%的布線量。

對(duì)博世而言，架構(gòu)的靈活性一直是公司所追求的重點(diǎn)之一。目前，博世的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)了多種下一代電子電氣架構(gòu)解決方案，以滿足客戶的各種要求。Tim Frazier表示，“這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展非常迅速。”Frazier認(rèn)為，在模塊化設(shè)計(jì)思路與1GB以太網(wǎng)的推動(dòng)下，未來的電子電氣架構(gòu)將從目前的分布式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為跨域結(jié)構(gòu)(APAS、動(dòng)力總成、車身和信息娛樂系統(tǒng))。

Frazier斷言，“多域架構(gòu)才是未來之選。”他堅(jiān)信，從目前的域架構(gòu)(見圖表)轉(zhuǎn)化多域架構(gòu)可以減少15-20%的布線用量。

在“云”端

在2016年SAE全球汽車電子大會(huì)(SAE Convergence)上的主題演講中，英特爾(Intel)物聯(lián)網(wǎng)解決方案集團(tuán)與交通運(yùn)輸解決方案部副總裁Elliot Garbus提問說，“目前，我們?cè)谠破脚_(tái)與汽車之的技術(shù)處于一種‘分裂狀態(tài)’，我們是否需要一個(gè)新的革命性架構(gòu)？又或者我們能否在目前所用的架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)？”

“云平臺(tái)”無法完成實(shí)時(shí)計(jì)算。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，Garbus認(rèn)為將出現(xiàn)一種新的架構(gòu)模型，可以普遍實(shí)現(xiàn)“可靠、實(shí)時(shí)的無線連接?！钡J(rèn)為，這種架構(gòu)不會(huì)很快到來，甚至在5G環(huán)境下也不行。

Garbus解釋說，“未來，汽車的計(jì)算能力將繼續(xù)增加，達(dá)到能夠進(jìn)行自動(dòng)操作的水平，而云計(jì)算則主要負(fù)責(zé)一些非實(shí)時(shí)活動(dòng)及近實(shí)時(shí)的協(xié)調(diào)工作，比如判斷周圍交通狀況與天氣變化等?！贝送猓囕v的安全功能將在很大程度上借助FOTA(空中固件升級(jí))與SOTA(空中軟件升級(jí))來實(shí)現(xiàn)。

無論選擇何種安全攻擊手段，黑客攻擊的宗旨總是尋找薄弱環(huán)節(jié)入手。由于這些環(huán)節(jié)將出現(xiàn)變化，因而威脅模型也會(huì)發(fā)生變化。Garbus表示，“這就需要一種系統(tǒng)性設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)中必須整體考慮車輛中的所有硬件和軟件，甚至還要考慮云端的因素?！?

本文轉(zhuǎn)載自SAE International - 國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì) 之 《汽車工程國(guó)際(AEI)》雜志。本文版權(quán)歸SAE International - 國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)所有，授權(quán)第一電動(dòng)網(wǎng)發(fā)布，其他媒體未獲得授權(quán)不得轉(zhuǎn)載。

作者：Lindsay Brooke

來源：SAE《汽車工程國(guó)際(AEI)》雜志

翻譯：SAE 中國(guó)辦公室

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