下一代軟件定義汽車中的硬件

隨著當(dāng)今汽車采用更高水平的自動(dòng)化（見圖 1），它們集成了越來越復(fù)雜的電子組件組合：中央處理器 （CPU）、電子控制單元 （ECU）、圖形處理單元 （GPU）、新聲學(xué)尺寸 （NAD）、片上系統(tǒng) （SoC）、傳感器、加速器和存儲(chǔ)設(shè)備。電子元件之間的架構(gòu)和通信必須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以滿足嚴(yán)格的安全性、可靠性、性能、成本和延遲要求。

圖1

在車輛內(nèi)，有許多ECU基于通用功能跨不同區(qū)域組合。這些區(qū)域ECU使用以太網(wǎng)與高性能計(jì)算平臺(tái)通信。在計(jì)算平臺(tái)中，需要高帶寬處理，以確保實(shí)時(shí)決策安全進(jìn)行。汽車設(shè)計(jì)人員正在以與數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方式非常相似的方式使用外圍組件互連快速（PCIe?）技術(shù)。將具有高速串行輸出的傳感器連接到處理單元最好使用稱為汽車SerDes聯(lián)盟（ASA）的開放標(biāo)準(zhǔn)來解決。

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 的異構(gòu)架構(gòu)

下圖顯示了一個(gè)體系結(jié)構(gòu)圖，顯示了三種類型的連接數(shù)據(jù)流如何在高性能計(jì)算平臺(tái)中協(xié)同工作。

圖2

在圖表頂部，攝像機(jī)使用 ASA Motion Link SerDes（紫色）連接到多個(gè)計(jì)算 SoC，用于高速串行數(shù)據(jù)，從 2 Gbps 擴(kuò)展到 16 Gbps。流量數(shù)據(jù)連接的寬度表示其相對(duì)帶寬。此 ASA 運(yùn)動(dòng)鏈路標(biāo)準(zhǔn)也可用于連接與以太網(wǎng)流量分開的顯示器。隨著尋求更高級(jí)別的自主性和更多的傳感器，可以添加更多的計(jì)算SoC。

在藍(lán)色圖的底部是兩個(gè)以太網(wǎng)橋，連接到車輛內(nèi)的區(qū)域ECU;基于 IP 的對(duì)稱點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接帶寬可擴(kuò)展到 10 Gbps。這些以太網(wǎng)網(wǎng)橋中的每一個(gè)都承載著來自不同區(qū)域的其他傳感器通信量?？梢詾樾聟^(qū)域添加額外的以太網(wǎng)到 PCIe 網(wǎng)橋，以支持?jǐn)U展以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的自治。

本地存儲(chǔ)顯示為使用 NVMe? 技術(shù)的橙色框。多個(gè)計(jì)算源（如 SoC 和安全微控制器 （MCU））需要高速訪問此存儲(chǔ)，因此互連通過 PCIe 交換機(jī)（深藍(lán)色）處理。使用 PCIe Gen4，對(duì)稱的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接范圍為每個(gè)端口 16 到 64 Gbps（4 通道）。

安全 MCU 具有低帶寬控制信號(hào)，由 PCIe 交換機(jī)內(nèi)的黃色箭頭顯示。出于工程調(diào)試目的，左側(cè)顯示了一個(gè)連接到 PCIe 交換機(jī)的綠色調(diào)試端口。

結(jié)合 PCIe、以太網(wǎng)和 ASA 的優(yōu)勢(shì)

盡管這三種通信技術(shù)在不同的時(shí)間發(fā)展以支持不同的需求，但異構(gòu)架構(gòu)利用了每種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡，而 PCIe 將其全部整合在一起。

PCIe標(biāo)準(zhǔn)由英特爾，戴爾，惠普和IBM于2003年創(chuàng)建，針對(duì)臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦設(shè)備，將顯卡連接到CPU和主內(nèi)存。多年來，它已經(jīng)發(fā)展到包括多達(dá) 16 條車道的交通，并且有六速版本，因此它的用途現(xiàn)已擴(kuò)展到數(shù)據(jù)中心和汽車系統(tǒng)。數(shù)據(jù)包在 PCIe 中使用，以及多層的錯(cuò)誤檢查：事務(wù)、數(shù)據(jù)鏈路和物理。PCIe 硬件保證無差錯(cuò)交易，是一種可靠的運(yùn)輸機(jī)制，非常適合關(guān)鍵任務(wù)車輛的使用。甚至 PCIe 的延遲也比以太網(wǎng)短，使其成為 ADAS 使用的進(jìn)程間通信的絕佳選擇。

我們提供一系列可用于車輛 ADAS 應(yīng)用的 PCIe 開關(guān)。SwitchTec PFX 扇出 PCIe 交換機(jī)系列是世界上第一個(gè)符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的 PCIe? 交換機(jī)系列，提供 28、36 和 52 通道版本，具有行業(yè)領(lǐng)先的功能、靈活性和性能。

以太網(wǎng)最初開發(fā)于 1970 年代，是全球所有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的既定標(biāo)準(zhǔn)，因此它是汽車車載網(wǎng)絡(luò)使用、滿足網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)需求的明智選擇。以太網(wǎng)的速度也遠(yuǎn)高于以前的標(biāo)準(zhǔn)，如CAN，CAN FD，F(xiàn)lexRay和MOST?技術(shù)。適用于 2.5 Gbps、5 Gbps 和 10 Gbps 的多千兆汽車以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)由 IEEE? 802.3ch 工作組定義。以太網(wǎng)采用單根雙絞線 （UTP） 布線，重量輕且成本低，是汽車應(yīng)用的理想選擇。我們?yōu)槠囉猛咎峁┤盗?strong>的以太網(wǎng)交換機(jī)和 PHY。

我們現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了軟件定義汽車的時(shí)代，很高興看到全球供應(yīng)商在競(jìng)爭(zhēng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)中增加了所有新的ADAS功能，以實(shí)現(xiàn)5級(jí)自動(dòng)駕駛的目標(biāo)。PCIe、以太網(wǎng)和ASA相輔相成，這種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的組合旨在滿足汽車設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在和未來的需求。

審核編輯：郭婷