自動泊車系統(tǒng)

進入汽車智能化時代后，座艙電子也在快速變化，HUD、儀表、Infotainment、T-Box、ADAS系統(tǒng)、360度全景、自動泊車系統(tǒng)等不再是一個個孤島，而是互相聯系為一個整體。進入L3時代，駕駛員行為監(jiān)測可能成為必備的功能，面部識別、眼球追蹤、眨眼次數跟蹤等將引入機器視覺和深度學習算法。而L4時代則必備V2X，座艙電子的復雜程度和運算資源需求量暴增。

為了應對這些變化，域控制器、EAVB或TSN網絡、自適應AUTOSAR將成為標配。座艙IC領域主要玩家，德州儀器的Jacinto 7、NXP的i.mx8、瑞薩的R-CARM3/H3、高通的820A/835A、英特爾的GO/AtomA3900，都將域控制器作為核心技術。關于座艙電子域控制器的叫法有多種，偉世通稱之為SmartCore、德爾福稱之為Integrated Cockpit Controller (ICC)，德國大陸稱之為IntegratedInterior Platform(IIP)，德州儀器稱之為Integrated Cockpit，NXP稱之為eCockpit，瑞薩稱之為ConnectedCockpit，QNX還是稱之為Cockpit DomainController。

座艙電子域包括HUD、儀表和Infotainment三個最主要的組成部分。HUD很快會演變?yōu)锳R HUD，將ADAS和部分導航功能投射到擋風玻璃上，諸如ACC、行人識別、LDW、路線提示、路口轉彎提示、變道提示、剩余電量、可行駛里程等。HUD將成為非常實用的功能，在L3和L4時代成為標配。毫無疑問，這將消耗大量的運算資源。

未來的汽車電子架構

域控制器離不開車載以太網，目前車載以太網可以簡單分為三類，一類是EthernetAVB（TSN）、一類是車載診斷的ISO13400標準100BASE-TX，一類是時間觸發(fā)以太網。時間觸發(fā)以太網 ，由 Kopetz 等人首先提出的，它是另一個基于以太網的實時車載通信或工業(yè)網絡的候選。它的目的旨在允許時間觸發(fā)實時同步通信與低優(yōu)先級的事件觸發(fā)以太網消息的共存。這個技術通過應用一個時間精度為 60μs 的時分多路方案得以在現有的 802.3 以太網上實施。時間觸發(fā)以太網支持三個不同的通信類型，分別為：時間觸發(fā)（ TT），速度限制（ RC），和盡力傳（BE）。時間觸發(fā)通信需要比其它類型更高的優(yōu)先級，反之速度限制通信保證提供一個預設的帶寬級別。最大努力通信遵循標準以太網程序。時間觸發(fā)的一個主要優(yōu)勢是時間觸發(fā)開關也允許搶占，這意味著，低優(yōu)先級的消息可被中斷并存儲在開關緩存中以允許時間觸發(fā)消息搶占優(yōu)先級。時間觸發(fā)以太網通過汽車工程師協會實現 SAE AS6802 標準并由 TTTech 進一步推廣。

Ethernet AVB是一種弱實時性網絡，也因此在2012年11月EAVB小組改為TSN小組。不過目前TSN的標準還不算完備，整體成本也比較高，對實時性要求不高的座艙電子領域，Ethernet AVB或許會在相當長一段時間內具備競爭力，由Ethernet AVB遷移到TSN也比較容易，之前的研發(fā)成果也能保留。

Ethernet AVB 技術是在傳統(tǒng)以太網絡的基礎上，使用精準時鐘同步，通過保障帶寬來限制傳輸延遲，提供高級別服務質量以支持各種基于音視頻的媒體應用。 AVB 技術以IEEE1588 同步協議和 Zeroconf 零配置協議為基礎，可以將音視頻流數據和傳統(tǒng)以太網控制信號一起進行傳輸。寶馬于2013 發(fā)布的 X5 模型車上首次應用了以太網技術，應用于一套 360 度全景泊車系統(tǒng)。

Ethernet AVB 網絡包括 AVB 終端節(jié)點和AVB 網橋， 各個 AVB 系統(tǒng)通過網橋橋接在一起，組成 AVB 網絡。網絡內各個節(jié)點都必須支持 AVB 協議族。為了實現同時傳輸音視頻流數據和傳統(tǒng)以太網數據， Ethernet AVB 技術融合了高層的通信解決方案，主要包括： IEEE802.1AS 精準時鐘定時和同步（Precision TimeProtocol, PTP）、 IEEE802.1Qat流預留協議 (Stream Reservation Protocol, SRP) 和IEEE802.1Qav：隊列及轉發(fā)協議(Queuing and Forwarding Protocol,Qav)，以及其他相應協議。上述的三個協議整合到一起，這也就給在局域網中傳送實時的多媒體數據流提供了可行性。不過這也只是提供了在可以控制的延時和足夠帶寬的條件下提出的解決方案，真正在實際中應用還需要以下這幾種上層的通信方案IEEE 1722： 音視頻橋接傳輸協議（ Audio/Video BridgingTransport Protocol， AVBTP）（二層），IEEE1733：實時傳輸協議（ Real-time Transport Protocol， RTP）（三層），IEEE 802.1BA： AVB 配置文件。

上面是Ethernet AVB的協議棧。

TSN與EAVB相比主要增加了資源管理和流量控制的內容。

上圖為NXP i.MX系列產品路線圖，i.MX6系列產品是有史以來最成功的汽車處理器，i.MX6系列產品應用最為廣泛。集成電路設計公司要提前市場4-6年設計產品，因為一款集成電路從構思到正式量產應用最少需要5年時間，也就是說集成電路設計公司要按5年后的市場來設計產品。i.MX7是針對低功耗可穿戴電子而設計的，可惜飛思卡爾對可穿戴市場高估了，i.MX7無用武之地。

i.MX8系列有目前最頂級的A72內核，比R-CAR H3的A57內核還要略高，不過R-CAR H3比i.MX8晚了兩年多。

傳統(tǒng)座艙域電子設計如上圖，需要3個ECU。

顯示輸出方面，NXP仍然推薦低成本的解串行設計，也就是美信的GMSL或德州儀器的FPDLINK，目前解串行設計支撐720P的分辨率還是無任何壓力，德州儀器明確表示未來FPDLINK會支持4K，GMSL還不得而知，當然你也可以選擇以太網輸出。i.MX8可以支持4路1080P輸出，通常此時NXP推薦使用車載以太網交換，也就是EAVB。

上圖為NXP在2017年CES大展上的樣品。

上圖為德州儀器對未來座艙電子技術發(fā)展的預測。

上圖為德州儀器的路線圖，不過目前Jacinto 7還未露面，也沒有公開資料介紹。目前主要還是Jacinto 6，不過Jacinto 6最高級的DRA77x已經可以實現座艙電子域控制器的性能。原本以DRA74x為核心處理器的Infotainment設計都開始轉向DRA77x的座艙電子域控制器設計，比較典型的有奧迪MIB II Plus。此外上汽與阿里合資的斑馬、寶馬、福特Sync和蔚來都有可能導入。

在奧迪e-tron quattro概念車上，奧迪展示了基于座艙電子域的設計。

這個設計有人稱之為MIB2+，采用德州儀器DRA76x和英偉達的K1做主芯片。此系統(tǒng)還集成了基于ISP的360度全景?？赡芤呀浻肊AVB取代了原本奧迪一直使用的MOST總線。

瑞薩的R-CAR H3于2015年12月2日正式推出，量產時間為2018年3月。R-CAR H3是目前運算性能最強的汽車ARM架構SoC，內含4個A57內核，4個A53內核，1個R7安全內核。采用臺積電16納米FinFET工藝制造，這是ARM架構汽車SoC里制造工藝最先進的芯片（英特爾的Atom A3900是14納米工藝），即便是尚未量產的i.MX8，也不過是28納米FD SOI工藝。先進制程的優(yōu)點是同樣的運算性能功耗更低，可靠性更高，缺點是價格昂貴，16納米比28納米在晶圓方面成本增加了50%，這也是NXP仍然堅持28納米的原因。NXP認為16納米工藝性價比不夠高，NXP將在i.MX9上使用14納米工藝。德州儀器的Jacinto6都是28納米工藝，考慮到德州儀器自有晶圓廠，Jacinto7可能也使用16納米工藝或20納米工藝，英特爾在車載Atom系列還是22納米工藝，英偉達的Tegra K1也不過20納米工藝。唯一比較強的是高通的Snapdragon 820是14納米工藝，不過雖然是14納米，但是三星的LPP工藝，還是不如臺積電的16納米工藝。

R-CAR H3的硬核也比較多，還有GX6650 GPU，die尺寸巨大，達到111.36平方毫米，因此也成為目前價格最高的汽車SoC。R-CAR H3達到ASIL-B級標準，NXP的S32V234達到ASIL-C級標準，不過i.MX8也是ASIL-B級標準。座艙電子達到B級即可，Jacinto6和Snapdraon820都只過了AEC-Q100標準。

上圖為R-CAR H3內部框架圖，可以對應4路輸出。R-CAR H3價格高昂，2016年10月，瑞薩推出H3的縮水版，即M3，M3比H3減少了兩個A57內核，GPU從GX6650降低為GX6250。但制造工藝仍然是臺積電的16納米FinFET。

英特爾的A3900系列則是采用了最先進的14納米工藝。英特爾的運算性能要比R-CAR H3可能還要強，不僅完全對應座艙電子的儀表、Infotainment和HUD，還能夠實現L2級預警類ADAS，諸如360度環(huán)視系統(tǒng)、LDW、FCW。不過如此高端的車肯定不會是只有L2級的警告，英特爾有些性能過剩。當然也支持后座娛樂系統(tǒng)。

英特爾A3900系列產品參數表

后起之秀高通的Snapdragon 820A也值得一提，這款芯片首發(fā)于2016年1月，脫胎自手機用的Snapdragon820，A代表Automotive，汽車級。毫無疑問這款芯片對安卓系統(tǒng)的支持是最好的。這款芯片被偉世通選中作為其第二代座艙電子域SmartCore控制器的核心芯片，將與某歐洲車廠（可能是PSA）在2018年上半年正式推向市場，支持HUD、全液晶儀表（1920*720分辨率）、基于安卓的Infotainment，只用一片820A。三塊顯示之間可以任意通訊切換，此外虛擬機配置工具也可以基于PC，不需要昂貴的開發(fā)工具。820A強大之處在于擁有高通Gobi 9x15多模Modem，最高可支持CAT-12?？梢允∠虏糠滞ㄓ嵞K的成本，其他方面也相當優(yōu)秀，4核心1.5GHz的Krait CPU，Hexagon QDSP6型DSP（支持深度學習喲），Adreno 320型GPU。全面支持FPDLINK。缺點也有，就是接口不足，只有一個以太網，兩個CAN和一個LIN，跟車載專用SoC比要少很多。

座艙電子域控制器的軟件部分主要是虛擬機，在ARM v8架構未推出前，主要都是基于軟件的虛擬機技術，通過在已有操作系統(tǒng)上不斷的加載新的虛擬機，從而達到一機同時控制多個系統(tǒng)的目的。不過，由于是主要基于軟件，因此其相應的系統(tǒng)代碼數量也會隨著虛擬機的增加成指數倍的增加，系統(tǒng)出錯幾率也成倍提升，而對于主打安全性的汽車來講是不太合適的，特別是最近興起的ISO26262標準。同時軟件工作量持續(xù)增加，也增加了成本。ARM v8架構的A53和A57推出后，基于硬件的虛擬機技術后來居上。每個系統(tǒng)都會有相對應的芯片內核來進行控制，就不會造成軟件系統(tǒng)的相互堆疊，極大的減少了系統(tǒng)代碼的編譯量，同時設定隔離池，把對安全要求比較高的對車輛控制部分放在安全等級高的操作系統(tǒng)（至少達到ASIL-B級）里，進而保證了整個汽車系統(tǒng)的安全和可靠性，并降低了成本。把第三方應用放在開放的實時性要求不高的安卓系統(tǒng)里。

瑞薩的R-CAR H3則實現了GPU和其他視頻IP的全硬件虛擬化，最大限度利用GPU資源，降低軟件復雜度。

德州儀器則從OMAP 5時代就開始運用這種芯片級虛擬化，英特爾的A3900也支持芯片級虛擬化。

主辦單位