下一代軟件定義汽車中的硬件

隨著當今汽車采用更高水平的自動化（見圖 1），它們集成了越來越復雜的電子組件組合：中央處理器 （CPU）、電子控制單元 （ECU）、圖形處理單元 （GPU）、新聲學尺寸 （NAD）、片上系統(tǒng) （SoC）、傳感器、加速器和存儲設備。電子元件之間的架構和通信必須經過精心設計，以滿足嚴格的安全性、可靠性、性能、成本和延遲要求。

圖1

在車輛內，有許多ECU基于通用功能跨不同區(qū)域組合。這些區(qū)域ECU使用以太網與高性能計算平臺通信。在計算平臺中，需要高帶寬處理，以確保實時決策安全進行。汽車設計人員正在以與數據中心設計方式非常相似的方式使用外圍組件互連快速（PCIe?）技術。將具有高速串行輸出的傳感器連接到處理單元最好使用稱為汽車SerDes聯(lián)盟（ASA）的開放標準來解決。

高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 的異構架構

下圖顯示了一個體系結構圖，顯示了三種類型的連接數據流如何在高性能計算平臺中協(xié)同工作。

圖2

在圖表頂部，攝像機使用 ASA Motion Link SerDes（紫色）連接到多個計算 SoC，用于高速串行數據，從 2 Gbps 擴展到 16 Gbps。流量數據連接的寬度表示其相對帶寬。此 ASA 運動鏈路標準也可用于連接與以太網流量分開的顯示器。隨著尋求更高級別的自主性和更多的傳感器，可以添加更多的計算SoC。

在藍色圖的底部是兩個以太網橋，連接到車輛內的區(qū)域ECU;基于 IP 的對稱點對點連接帶寬可擴展到 10 Gbps。這些以太網網橋中的每一個都承載著來自不同區(qū)域的其他傳感器通信量?？梢詾樾聟^(qū)域添加額外的以太網到 PCIe 網橋，以支持擴展以實現更高級別的自治。

本地存儲顯示為使用 NVMe? 技術的橙色框。多個計算源（如 SoC 和安全微控制器 （MCU））需要高速訪問此存儲，因此互連通過 PCIe 交換機（深藍色）處理。使用 PCIe Gen4，對稱的點對點連接范圍為每個端口 16 到 64 Gbps（4 通道）。

安全 MCU 具有低帶寬控制信號，由 PCIe 交換機內的黃色箭頭顯示。出于工程調試目的，左側顯示了一個連接到 PCIe 交換機的綠色調試端口。

結合 PCIe、以太網和 ASA 的優(yōu)勢

盡管這三種通信技術在不同的時間發(fā)展以支持不同的需求，但異構架構利用了每種技術的優(yōu)勢和權衡，而 PCIe 將其全部整合在一起。

PCIe標準由英特爾，戴爾，惠普和IBM于2003年創(chuàng)建，針對臺式機和筆記本電腦設備，將顯卡連接到CPU和主內存。多年來，它已經發(fā)展到包括多達 16 條車道的交通，并且有六速版本，因此它的用途現已擴展到數據中心和汽車系統(tǒng)。數據包在 PCIe 中使用，以及多層的錯誤檢查：事務、數據鏈路和物理。PCIe 硬件保證無差錯交易，是一種可靠的運輸機制，非常適合關鍵任務車輛的使用。甚至 PCIe 的延遲也比以太網短，使其成為 ADAS 使用的進程間通信的絕佳選擇。

我們提供一系列可用于車輛 ADAS 應用的 PCIe 開關。SwitchTec PFX 扇出 PCIe 交換機系列是世界上第一個符合汽車標準的 PCIe? 交換機系列，提供 28、36 和 52 通道版本，具有行業(yè)領先的功能、靈活性和性能。

以太網最初開發(fā)于 1970 年代，是全球所有計算機網絡使用的既定標準，因此它是汽車車載網絡使用、滿足網絡安全和網絡需求的明智選擇。以太網的速度也遠高于以前的標準，如CAN，CAN FD，FlexRay和MOST?技術。適用于 2.5 Gbps、5 Gbps 和 10 Gbps 的多千兆汽車以太網標準由 IEEE? 802.3ch 工作組定義。以太網采用單根雙絞線 （UTP） 布線，重量輕且成本低，是汽車應用的理想選擇。我們?yōu)槠囉猛咎峁┤盗?strong>的以太網交換機和 PHY。

我們現在已經進入了軟件定義汽車的時代，很高興看到全球供應商在競爭激烈的競爭中增加了所有新的ADAS功能，以實現5級自動駕駛的目標。PCIe、以太網和ASA相輔相成，這種網絡標準的組合旨在滿足汽車設計人員現在和未來的需求。

審核編輯：郭婷