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揭秘未來汽車電子可能的變化
作者│╃: 釋出時間│╃: 2021-04-14 閱讀│╃: 0

       目前的汽車有多達幾十甚至上百個電子控制單元並連線到多種總線上,平均來說,目前的汽車大約採用25個ECU,但一些高階車型已經超過100個ECU✘↟。在過去,汽車電子電氣架構一直遵循著“一個功能一個盒子”的分散式架構模式✘↟。如變速箱控制由TCU負責,發動機控制由EMS負責,雖這兩個同樣在動力域但分別由供應商提供各自的硬體和軟體✘↟。在這樣的汽車電子電氣架構形式下,每增加一個功能,就需要動相應的控制器,涉及多方的交流和維護成本,進一步增加系統的複雜性和成本✘↟。最終會導致一個規模更大且複雜的車載網路和佈線,也從另一方面影響整車的輕量化✘↟。

       面對汽車功能和軟體複雜度的提升,需要對汽車E/E架構進行重構,建立更加靈活的體系架構✘↟。域控制器也是最近這些年才熱起來的,所謂的域就是將整車劃歸為不同的區,如動力域╃↟◕╃、車身域╃↟◕╃、底盤域╃↟◕╃、娛樂域等,每個域只掛載單個控制器來負責所在域的功能,減少之前一個功能╃↟◕╃、一個“盒子”的分散式E/E架構複雜的佈線和整合:其實就是將多個控制器的軟體糅合進一個控制器,例如對於純電車,動力域有BMS╃↟◕╃、MCU╃↟◕╃、VCU╃↟◕╃、DCDC等控制器,將這些控制器的功能全部放在一個控制器裡,並交給一方來做,不僅省了其他控制器硬體成本的錢,也由對接多方轉為對接一方✘↟。

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       域控制器可大大降低控制器數量和整車佈線,而多核異構晶片╃↟◕╃、Hypervisor等技術都從軟硬體方面為域控制發展和應用提供了支援✘↟。實現真正的域集中E/E架構依然還需要很長時間,畢竟這不是一己之力才能實現的,需要OEM╃↟◕╃、供應商等共同大力合作和推進才能實現✘↟。例如同一個域控制器中軟體可能由多個供應商提供,每個供應商除了負責各自軟體的升級,還涉及複雜且不同型別軟體的整合和測試,那麼使整合和升級工作變的相對容易些就是一個問題✘↟。再比如不同域的域控制器由不同供應商與OEM合作開發,又會帶來很多新的問題✘↟。

       域控制器最終的目標是中央計算機架構,中央計算機由異構的多核處理器構成,將整車功能集中到一起✘↟。

       在基於訊號通訊的基礎上引入面向服務(SOA)的通訊,並融合兩者的優勢

       基於訊號的通訊方式,即資訊傳送者不Care誰接收而只負責將訊號傳送出去,接收者也不Care是誰傳送的而只負責接收自己的想要的即可✘↟。基於訊號的通訊可將某節點的某資訊透過匯流排傳送給需要該資訊的其他節點,資訊主要為一些物理狀態值及一些控制值,如傳送機轉速╃↟◕╃、車速等,訊號有周期╃↟◕╃、事件或混合觸發方式✘↟。

       基於訊號的通訊是目前車載匯流排普遍採用的,如控制器之間透過CAN匯流排進行的資訊傳輸,我們關注的是通訊矩陣上的幀╃↟◕╃、幀中所包含的訊號╃↟◕╃、週期和互動的節點等資訊✘↟。

       SOA是一種軟體架構,同時也是一種軟體設計方法和理念,在IT領域已有數十年的應用經驗✘↟。SOA具備 “松耦合”╃↟◕╃、”介面標準可訪問”和”易於擴充套件”等特點,使得開發人員能以最小的軟體變更應對迭代多變的客戶需求✘↟。迄今為止,對於面向服務的架構(Service-Oriented Architecture,SOA)還沒有一個公認的定義,許多組織從不同的角度對 SOA 進行了描述,較為典型的有以下三個:

       (1)W3C 的定義:SOA 是一種應用程式架構,在這種架構中,所有功能都定義為獨立的服務,這些服務帶有定義明確的可呼叫介面,能夠以定義好的順序呼叫這些服務來形成業務流程✘↟。

       (2)Service-architecture.com 的定義:服務是精確定義╃↟◕╃、封裝完善╃↟◕╃、獨立於其他服務所處環境和狀態的函式✘↟。SOA 本質上是服務的集合,服務之間彼此通訊,這種通訊可能是簡單的資料傳送,也可能是兩個或更多的服務協調進行某些活動✘↟。服務之間需要某些方法進行連線✘↟。

       (3)Gartner 的定義:SOA 是一種 C/S 架構的軟體設計方法,應用由服務和服務使用者組成,SOA 與大多數通用的 C/S 架構模型不同之處,在於它著重強調構件的鬆散耦合,並使用獨立的標準介面✘↟。

       汽車為何要引入SOA?首先基於SOA的通訊方式有如下優點:

      1╃↟◕╃、服務高內聚,軟體易重用:一個服務往往只關注一件事並把這件事做好,這件事的內容(功能)需要從業務的角度進行梳理,

      2╃↟◕╃、服務的靈活部署:透過服務發現機制,可在控制器執行時獲取服務的位置和提供方,並可在整車生命週期內調整服務角色的部署位置,使功能分配更靈活✘↟。

      3╃↟◕╃、軟體更新升級更快捷:一個功能改變可能只需要升級和更新一個服務,而且服務是一個獨立可執行單元可單獨安裝升級,因此軟體維護和擴充套件更容易✘↟。

       因此基於上面的優勢,伴隨著汽車智慧化╃↟◕╃、網聯化╃↟◕╃、共享化的趨勢,終端使用者對車輛功能的預期也悄然發生著改變,汽車在實現高等級自動駕駛/輔助駕駛功能的同時,也更趨向於提升使用者體驗,例如滿足快速的功能更新和升級,可以提供個性化╃↟◕╃、人性化╃↟◕╃、差異化的功能與服務等✘↟。面向服務的軟體架構(Service-Oriented Architecture)正為未來的車輛軟體服務提供良好的解決方案✘↟。不同於傳統汽車電子電氣架構中面向訊號的架構,面向服務的軟體架構(SOA)透過標準化的服務介面,松耦合的服務機制以及可組合擴充套件的服務特性

       基於上面的介紹,基於訊號的通訊僅支援傳送和接收模式,支援的資料型別簡單且可擴充套件性差,適用於有限大小資料互動的應用場景✘↟。而諸如自動駕駛等先進應用場景加入後,大量資料的動態互動必須採用面向服務的通訊方式以提高通訊效率降低負載,在該種方式下,接收者作為客戶端,只需要查詢╃↟◕╃、訂閱服務等待接收資訊即可,而傳送者作為服務提供者只需要給訂閱者提供服務和資訊即可,因基於SOA的通訊支援請求/響應模式,可擴充套件性強且支援複雜資料的傳輸,因此應發揮各自優勢✘↟。


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