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或显示器。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。
原文标题:软件定义汽车架构的核心:网关
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