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开发适用于下一代汽车的汽车网关

发布日期:2020-04-19

GRCC汽车电子电气架构创新发展论坛

2020-04-19 18:31:20

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汽车架构正在迅速发展,并且车辆正在从半自动驾驶逐渐发展为*终的全自动驾驶。汽车制造商还增加了诸如智能访问,车辆共享,预测性维护,车辆跟踪,车队管理和空中(OTA)升级等功能,以增强互连能力和车载通信。这些高级功能生成的数据量不断增加,需要高性能处理器在CAN,LIN等接口和高速网络(例如以太网)之间安全可靠地处理和通信。因此,汽车制造商正在重新评估汽车网关和远程信息处理控制单元系统(TCU)的体系结构。




汽车网关


汽车网关是一种系统,其核心功能是在车辆中安全可靠地传输数据。车辆中可以有多个网关:中央网关和域网关(或域控制器)。


中央网关可以在TCU,动力传输系统,车身,信息娱乐系统,数字座舱和ADAS应用程序等多个域之间安全可靠地传输数据。


域网关(或域控制器)具有类似的功能,只是它仅在其对应域中的ECU之间路由数据。


与域网关相比,中央网关通常需要更强的处理性能,更多的接口和更高的带宽网络协议。图1说明了如何在车辆中实现这两种类型的网关。


TCU


TCU 是车辆中用于连接互联网和云的 ECU。随着汽车制造商为车辆配备Wi-Fi®Bluetooth® 和蜂窝数据功能,连接到互联网和云的汽车变得越来越普遍。

 1.示例 SoC 架构,具有一个中央网关和两个域网关

这种连接技术使紧急呼叫(eCall)成为可能,从而使乘客在驾驶时可以在线访问娱乐和其他内容,同时还可以为车辆中的数字内容提供OTA软件更新。


汽车共享,用手机访问代替远程钥匙,车队管理和跟踪,保险提供商远程监视驾驶习惯,汽车经销商远程监视车辆状况以安排预防性维护(例如换油),所有这些新兴趋势需要车辆才能实现Internet和云。


另一个新兴趋势是,车辆可以与其他车辆,基础设施(例如交通信号灯)甚至其他车辆进行通信。这种趋势还有助于实现车辆的完全自动驾驶。人们从视觉上将其称为“车辆对车辆(V2V)”,“车辆对基础设施(V2I)”和“车辆对人(V2P)”。专用的短距离通信(DSRC)或c-V2X连接通常对于这种类型的通信很有帮助。


简而言之,Telematics可以将汽车连接到外界。图2通过图示说明了远程信息处理。


 2.远程信息处理(Telematics)示例。


不断发展的网关和TCU需要应用处理器


汽车网关处理器通常是具有内置存储器和常用网关接口的32位微控制器(MCU),例如网关接口(CAN),本地互连网络(LIN)和FlexRay™等低速接口。但是,随着汽车的ADAS和连接功能不断增加,汽车必须以非常低的延迟在域之间安全可靠地处理越来越多的数据。


由于CAN灵活的数据速率和LIN等接口无法以低延迟传输大量数据,因此汽车制造商正转向基于以太网TCP / IP的协议来应对更高带宽的数据传输。由于TCP / IP是消费领域公认的通信协议,因此它对人们非常有吸引力。因此,与未经验证的协议相比,风险较低。


MCU本身可能无法满足未来网关的处理要求,因此,性能更高的应用处理器(Application Processor)将替换或填充某些MCU功能,以处理和路由未来网关的数据。此外,随着车辆网络迁移到基于以太网的网络,应用处理器支持的汽车网关可以帮助快速有效地处理和路由域之间的数据。


连接是OTA更新娱乐内容和其他服务(如汽车共享/拼车应用程序和远程车辆访问)的必要条件。TCU具有一个提供连接的蜂窝或Wi-Fi®调制解调器,以及一个用于处理从调制解调器接收的数据的应用处理器。处理包括解密数据,验证数据并将其路由到网关或其他域ECU。在当前架构中,调制解调器和处理器被集成到单个半导体设备中。但是,随着调制解调器标准的不断发展,汽车制造商正在转向将调制解调器与处理器分开的体系结构。此外,汽车网关和TCU正在迁移到应用处理器支持的基于以太网的网络,


支持高速连接的外围设备(如PCIe),并具有强大的计算功能,可在各种域之间处理和路由数据。将处理器与调制解调器分离的优点是,通过简单地更换调制解调器(无需更改处理器及其上运行的所有相关软件),就可以将ECU快速迁移到新的调制解调器标准。


随着汽车互连性和自治性的提高,安全性和保护在汽车网关和TCU中变得越来越重要。专用的嵌入式安全处理器或子系统可以帮助保护对车辆安全密钥的访问,增强通信通道的安全性,并确保不将可信软件更新用于网络攻击。安全功能通常在经过安全认证的分立MCU中实现。集成了应用处理器和安全MCU的片上系统(SoC)为汽车OEM降低了材料清单(BOM)成本。



开发费用



如前所述,网关和TCU系统在功能方面变得越来越复杂。这给汽车制造商带来了高昂的开发成本。理想情况下,各个级别/车型的供应商都可以避免此费用。


OEM和一级供应商可以使用Jacinto™DRAx系列汽车处理器来节省开发成本。该系列处理器提供了可扩展且软件兼容的平台,有助于满足下一代网关和TCU系统的需求。Jacinto DRA8x汽车处理器通过支持各种高速I / O(例如PCIe,USB 3.x,千兆以太网和传统的汽车外围设备,例如CAN-FD和LIN)来帮助增强整个车辆的连接性。


这些处理器还专门设计为集成片上MCU子系统,以帮助满足TCU,应用处理器和汽车网关的实时处理需求和性能。


DRA829V是DRA8X系列中*新的汽车处理器。DRA829V是一种高性能SoC,集成了多个计算和处理内核,使汽车网关能够更轻松,更高效地管理和支持更高的实时数据吞吐量。由于此设备配备了Arm®Cortex®-A72MPU集群和用于实时处理的Arm


Cortex-R5F核心群集和高速外围设备(例如USB-3,集成的PCIe交换机和千兆以太网交换机)等功能,因此没有外部组件可以实现更高带宽的数据传输。DRA829V处理器的另一个关键功能是其集成的功能安全MCU子系统,该子系统支持片上ASIL-B到ASIL-D功能安全操作。DRA829V处理器还包括一整套传统的汽车外围设备,例如CAN-FD,LIN和MOST。对于安全性至关重要的应用,DRA829设备通过集成的高安全性模块(HSM)支持安全的引导和运行时环境。此外,DRA829V处理器还提供计算能力和外围设备的各种组合,以为各种汽车网关提供成本优化的设备。


Jacinto DRA8x处理器系列在Processor SDK中包括对多个高级实时操作系统的支持,并且还具有一系列兼容和可扩展的软件开发工具包(SDK),使OEM可以在其产品线中集成和重用设计。,*终降低开发成本。借助统一软件,汽车制造商可以减少在软件研发方面的昂贵投资,并可以通过其整个中央网关平台为从入门级到高端的所有类型的车辆部署软件。



创新的下一代网关系统



汽车网关和TCU的体系结构正在迅速变化,以有效处理和在汽车的各个领域之间传输大量数据。具有集成MCU子系统,应用处理器和高速I / O功能的可扩展SoC将以更少的系统BOM来帮助满足这种新架构的需求。


TI的可扩展硬件和软件相互兼容。DRA8x SOC系列有助于满足新网关和TCU架构的需求,从而有助于降低系统BOM成本和汽车网关的开发成本。

 作者:Subbu Venkat,汽车处理器业务发展经理,德州仪器 (TI)




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