电动化、智能化、网联化和共享化是汽车物业公认的异日繁荣目标。行动电动汽车中心零部件，整车担任器必需可以支柱汽车四化。其必需餍足高阴谋职能、高通讯带宽、

电动化、智能化、网联化和共享化是汽车物业公认的异日繁荣目标。行动电动汽车中心零部件，整车担任器必需可以支柱汽车“四化”。其必需餍足高阴谋职能、高通讯带宽、高效用安宁性、软件一连更新等需求。目前整车电子电气架构及整车担任器所搭载身手广博无法餍足以上需求。为掩盖上述需求，异日汽车产物将逐步采用聚合式电子电气架构，同时整车担任器必需包蕴以太网、CANFD、众核芯片、双中心、OTA等症结身手。

本文将最初先容整车担任器与漫衍式和聚合式2种电子电气架构的相干，然后分离先容了新型整车担任器的症结身手，对身手实质举办了剖判，提出了异日繁荣趋向并举办了预计。

正在以往的芯片材干条件下，受到阴谋材干及通讯材干的束缚，整车担任器无法集玉成盘的车辆担任软件，尽管是新能源部件担任闭连的软件也无法统统集成。这肯定了整车担任器只可行动漫衍式电子电气架构中的一员，不过这种相干束缚了效用转变及扩展。

正在漫衍式电子电气架构中，一项整车层级的效用由众个担任器配合告终。某项效用的告竣不妨需求几个或十几个担任器彼此配合，而且这些担任器不妨漫衍正在整车差异的汇集中(图1)。

全数交互经过与时候配合极度庞杂。整车广博有100余个担任器，几百项整车级效用，效用与担任器自身的物理连合交叉成一个远大而庞杂的网，十分晦气于模块化策画与扩展。正在这种景况下，增补一个新效用，需求正在上述的庞杂效用汇集上推敲各片面闭连性，并对大方的担任器软件举办修削及测试。

跟着芯片及车载以太网的繁荣，整车担任器仍然具备集成大片面车辆担任软件的材干。漫衍式电子电气架构正正在逐步向高度集成化和智能化繁荣，整车担任器正在电子电气架构中的位子也随之爆发转化，真正告竣车辆层级的集成型担任器，其担任涵盖动力、底盘以及极少网闭效用。整车担任器与聚合式电子电气架构的相干如图2所示。将大片面的效用集成于整车担任器中会极大地省略整车线束长度与担任器数目。

为支柱汽车“四化”，整车担任器必需餍足高通讯带宽、高阴谋职能、高效用安宁性、软件一连更新等众项需求。此中，高通讯带宽催生了车载以太网、CANFD身手繁荣；高阴谋职能催生了众核芯片和双中心担任架构身手繁荣；软件一连更新催生了OTA身手繁荣。这些身手将被广博运用正在新型整车担任器上。下面将分离先容这些身手。

正在过去20年里通讯带宽题目连续困扰着汽车行业。正在这时期，CAN总线是主流的车载汇集身手。其1 Mbit/s的标称速率正在该身手早期看待汽车带宽需求有足够的裕度。然而近年来跟着车辆担任逻辑越来越庞杂，所需担任器和传感器数目快速增补，固然聚合式电子电气架构可能正在必定水平上省略担任器数目，不过因为域担任器的阴谋材干远高于原有车辆担任器，以是1 Mbit/s的CAN通讯带宽明显是无法餍足数据交互需求的。

更高的通讯带宽恳求加快了以太网和汽车行业的交融。以太网出世于20世纪70年代，其最早的雏形与此刻家庭、办公、任事器机房、数据堆栈运转的以太网早已天渊之别。虽然以太网与时俱进地繁荣，不过运用于汽车仍有极少题目，最闭键的是电磁兼容性题目。这些束缚正在 BroadR-Reach 身手显现后被冲破，该身手可正在单对非屏障双绞线 Mbit/s的带宽。这种传输措施从未运用正在之前的以太网。即使物理层转化，这种身手仍可以正在高层告竣与以太网的无缝纠合且运转格式褂讪。目前，该身手仍然用于量产车型。同时，救援更速捷率的 RTPGE 身手正正在研发中，正在保存软件兼容性的同时，其带宽希望提拔到1 Gbit/s。

虽然通讯带宽有着显著的上风，但受制于本钱及功耗身分，车载以太网闭键运用于骨干汇集。用于整车担任器与其他域担任器的通讯，如图3。而看待域内的智能实施器和传感器，应用其他低本钱管理计划，如CANFD、CAN、LIN。

当然，正在整车担任器上增补车载以太网面对着远大的转变：相看待CAN通讯更强大的软件合同栈；更大的担任器功耗；更大的静态电流，这些都需求正在体例策画时被推敲。

推敲到本钱及功耗，整车上惟有骨干网应用高通讯带宽的以太网通讯。不过看待其他子网，标称 1Mbit/s 的 CAN 通讯也危急的需求提拔通讯速率。目前成熟的CANFD身手是一个好的管理计划。

CANFD总线是CAN总线的高带宽心决计划，博世公司于2011年最初提出CANFD观点，并于2012年最初颁发 CANFD1.0 版本。正在保存 CAN 总线闭键特点的同时，革新了毛病帧漏检率，同时确保汇集中大片面软硬件分外是物理层褂讪。将总线 Mbit/s 以上（CAN 通讯的最高传输速度为1 Mbit/s,实践应用速度最高为500 kbit/s）。

更要紧的是，CANFD数据长度最长64字节，这使得CANFD的数据场占比抵达近85%。CAN的数据场占比惟有约 50%。这意味着尽管同样的通讯带宽，CANFD可能众传输约70%的有用数据。CANFD帧款式如图4所示。

更为症结的是，因为 CANFD 保存了 CAN 的大片面症结特点，全盘的 CANFD 芯片都可以兼容 CAN。这使得拔取CANFD芯片的担任器正在不转变硬件的景况下，只修削软件即可适配 CAN 通讯汇集。CANFD身手有众重上风，正在异日相当长一段时候内，车载以太网与CANFD将会持久共存，各司其职，联合繁荣。

同古板消费电子规模早期相似，为了获取更速的处罚速率，汽车行业采用提拔中心频率的格式来提拔处罚速率。但为了两全不乱性，中心频率提拔遭遇瓶颈，异日小幅的提拔中心频率仍然不行餍足日益伸长的软件实施速率需求。这种景况下，汽车行业拔取了与消费电子相似的身手道途，采用众核芯片。

众核芯片大幅提拔了芯片的运算材干。这是一种并行的措施。以是正在运用中念获取同样的恶果，需求正在软件策画时合理地将各片面软件分派到各个中心中。规矩是尽量让全盘软件并行。众核芯片的算力与同频率单核芯片的算力加快比可能应用Amdahl定律来评估。公式如式（1）：

此中，S为众核芯片的算力与同频率单核芯片的算力加快比；a为并行阴谋片面所占的比例；n为中心数目。

如图5，当并行次序为75%时，加快比的极限职能为4.0。正在10核以内增补中心数都可能大幅提拔运算职能。前期可能通过此格式对体例运算材干和分派恳求做大约的评估，寻找一个最佳参加产出点。同时这个公式还指出，看待一个中心数目固定的众核体例，增补次序并行性是提拔体例运算职能的有用方法。

正在过去的几十年里，汽车电子行业连续采用微担任器（MCU）搭修各品种型的车载担任体例。虽然差异厂家的微担任器职能各异，但他们都有极少通用的特色：集成度高、价值低廉、高牢靠性、中心频率低、次序是预先装载的以及不肯意用户安置软件。软件界说汽车的显现，恳求整车担任用具备高阴谋职能、次序可更新、客户可安置软件等特点，正在整车担任器上微担任器便不行再只身胜任。

目前主流的管理计划是引入微处罚器（MPU）行动微担任器的添加。构成双中心高职能整车担任器。这些微处罚器与智妙手机或PC中应用的微处罚器十分肖似，具有庞大的阴谋及数据处罚材干和高中心频率。但其并不像微担任用具有品种繁众的外设，乃至连次序运转所必需的RAM、ROM都不包蕴，以是硬件策画时需要的外设需求被从新推敲。

整车担任器中同时包蕴了微处罚器与微担任器（图6）。因为这是2个独立的软件体例去告竣极少联合的效用，核间通讯必不行少。核间通讯有大方数据量传输，对通讯带宽恳求较高，且通讯格式必需同时被微担任器和微处罚器所救援。餍足上述特色的以太网是一个优质拔取。

双中心担任架构尚有一种局势，高集成度的SOC（System on Chip）芯片同时集成微担任器和微处罚器。虽然物理上团结，但这还是是2个独立的软件体例，需求彼此配合去告竣极少联合的效用。

正在双中心架构的整车担任器中，微担任器和微处罚器采用差异的操作体例。CLASSIC AUTOSAR依旧是微担任器最好的操作体例管理计划。而看待微处罚器，操作体例拔取空间很大，闭键包含Linux、QNX、VxWorks、PikeOS。虽 然 AUTOSAR 推 出 了 ADAP⁃TIVE AUTOSAR，但苛肃来讲，这并不是一个完全的操作体例。ADAPIVE AUTOSAR无法独立运转，它运转于 POSIX 法式接口之上。而 POSIX 接口还需求上述提到的Linux、QNX、VxWorks、PikeOS等操作体例来供应。同 CLASSIC AUTOSAR 比拟，ADAPTIVE AU⁃TOSAR的模块数目不敷前者15%。从目前景况看，若念抵达 CLASSIC AUTOSAR 正在汽车行业的普及率，ADAPTIVE AUTOSAR依旧有许众途要走。

正在过去的几十年里，汽车电子产物全盘的软件都是预先装载的。车辆交付给客户后，没有不行经受的软件题目，平常不会对车辆软件举办更新；一朝创造软件题目，要举办车辆召回。团结由售后任事职员一一为有题目的车辆升级软件。对售后部分来说，这是一笔十分强大的开销。据统计2015年美国汽车召回抵达8400万量，此中6.4%的召回与软件相闭。而空中升级身手（Over-the-Air Technology，OTA）可能管理上述题目。

OTA 身手，最早用于手机端，用户可能通过云端下载和更新软件。带有OTA的汽车也同样可能通过云端长途举办车辆体例和效用的升级更新。特斯拉最初将OTA身手运用于汽车上。

OTA身手需求云端和车内端体例同时安排，OTA架构如图7。闭键先容整车担任器支柱OTA需求告竣哪些效用。正在经由授权景况下，软件从云端经 OTAClient 进入车内端。经由防火墙，分发到需求升级的担任器。

（1）需求救援次序回滚，正在OTA升级失利或新次序运转不不乱的景况下，使次序回滚到不乱运转版本；（2）需求推敲消息安宁，通过通讯加密、软件包验签等格式确保软件消息安宁；（3）需求对车辆修设举办识别并对OTA能否先导条目举办判决；（4）需求推敲软件OTA升级通讯速度题目，避免显现因为升级时候过长，影响用户用车的景况。

综上所述，为支柱汽车告竣电动化、智能化、网联化和共享化，行动电动汽车中心零部件的整车担任器必需具备高阴谋职能、高通讯带宽、高效用安宁性、软件一连更新的特色。本文最初先容了正在这些新特色下整车担任器与电子电气架构之间的相干。然后，纠合闭连成熟身手，叙述新型整车担任器将装备车载以太网、CANFD、众核芯片、双中心担任和 OTA 症结身手。终末，对上述身手举办了先容，剖判了正在整车担任器上运用涉及的闭连特点。此中许众特点并不局部于整车担任器，对其他担任器也有鉴戒道理。

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