通过车辆计算网关平台推动软件定义的汽车

汽车行业有三个明显的趋势：向半自动和自动驾驶汽车的演进、数据带宽不断增加的云连接的汽车以及汽车电气化。这些趋势正推动着车辆架构的变化。当前的车辆架构是数量持续增加的电子控制单元（ECU），其通过低速控制器局域网（CAN）或本地互连网络（LIN）通信总线连接。但是，此架构存在一些限制。 

例如，软件开发、维护和验证很复杂。每个ECU都有不同供应商编写软件。为使车辆系统有效运行，汽车软件必须跨系统协调一致。向现有系统添加功能，是一个复杂、缓慢且容易出错的过程。通过为车辆添加新机能和性能来实现自主性和连接性是很难通过分布式ECU来实现。 

半自动和全自动驾驶车辆需要使用多个摄像头、雷达和激光雷达。在整车范围传递所有原始数据需要许多能够处理千兆以太网的ECU。处理这些原始数据进而得出结论驱使处理要求和成本的上升。当前，车辆电气化还需要昂贵的电池，更使其难以保持在系统预算之内。 

克服这些挑战的第一步是将功能集中到功能域，支持对汽车的某个部分或特定功能的操作（例如:HEV/EV操作）。 图1所示为包含功能域的车辆计算架构的示例。功能域作为网关，通过高带宽互连到其他域，再通过低带宽的CAN/LIN和域内的其他ECU互连。减少ECU数量、减少车辆接线数量和减少连接器数量，有助于节省大量成本。将高带宽数据的处理限制在功能域范围内，可将其余ECU中传感器和执行器的复杂性和成本降至最低。仅在功能域中实现软件功能或应用程序（而非在分布于多个ECU和不同供应商），可实现结构化的软件开发过程。 

图1：汽车网关车辆计算架构

现在出现了一种新的趋势，即通过一个由一到三个车辆计算平台组成的多功能集成的架构，来创建一个软件定义的车辆。软件定义车辆的关键推动因素，是采用面向服务的架构（SOA）。SOA系统由松散耦合的服务组成，这些服务通常通过网络，使用简单的互操作接口与不同功能进行通信。

SOA的一些优点包括硬件独立性、简化的测试、更快的部署和跨专业的应用程序开发。关于上一点需要注意的是：由于服务呈现为带有抽象接口的黑盒，因此无需使用相同的技术甚至是相同的供应商来实现每种服务。 

SOA在其他市场上具有悠久历史，例如网络服务、软件即服务和平台即服务（又名云计算）。一个汽车的例子是提供轮胎压力信息的简单ECU。多个应用使用轮胎压力数据：一个可以是显示当前车辆信息的人机界面；另一个可以是用于为电动汽车电池管理器提供计量信息的(英里/小时)计算器。可以使用其他硬件供应商来替换轮胎压力ECU，也可以将其集成到更大的多功能ECU中。由于上游应用使用抽象接口与ECU的服务的连接，因此使用SOA时，它们不受ECU更改或集成到另一个ECU的影响。在轮胎压力示例中，支持轮胎压力传感器系统的组件，可以来自不同的公司或使用不同的传感技术，因为轮胎压力数据在较小的ECU中汇总。

车辆计算网关平台明显提升了每个平台的计算需求，可以根据所需的处理要求使用一个或多个SoC。PCIe是高带宽主干网，用于互连计算SoC和大容量存储，而千兆以太网是用于从车辆计算平台到车辆其余部分的高带宽通信。

TI的DRA829V应用处理器是首款在芯片上集成PCIe交换机的处理器，可在计算处理器之间共享高带宽数据，以实现更快的高性能处理。集成到DRA829V的PCIe交换机中，可在SoC之间高效地移动数据。无需中央处理单元干预或临时数据存储。 

由于车辆计算平台必须能够管理与车辆其余部分的数据通信，因此DRA829V处理器集成额一个8端口的千兆以太网交换机，用于与外部进行通信，以及用于与车辆其余部分通信的多个传统车用CAN-Flexible data Rate/LIN接口。

车辆中有部分功能须有功能安全要求。得益于TI 20多年的功能安全设计经验， DRA829V支持的高安全关键功能的混合处理。Lockstep Arm®Cortex™-R5F支持ASIL-D，整个SOC均支持ASIL-B。大量的片上防火墙可避免相互干扰，从而可同时管理关键安全性和非安全性功能。图2比较了典型的车辆计算平台和使用DRA829V的计算平台。DRA829V需要一半的组件以节省成本、功耗和物理尺寸。

图2：车辆计算网关系统的两个示例

汽车架构正在不断发展，以满足行业趋势的需求。新兴汽车架构使基于SOA的软件定义的车辆成为可能，这意味着每辆车需要一到三个车辆计算平台。TI的新型DRA82x处理器系列专为满足这些要求而设计，可帮助汽车制造商和1级供应商有效开发满足系统需求和系统成本要求的车辆计算平台。