NXP开拓车联网新格局

2021-06-29 15:38:48 来源: 畅秋

点击

当下，车联网已经成为汽车业发展的大势。以前，每辆汽车就像是一个孤岛，只能通过手机等设备互联，现在，互联是智能汽车最基本的需求，包括各种交互、升级，以及下载新的APP实现新的服务等。这些功能都需要有联网的设备与云端或其它车辆通信才能实现。据统计，2018年全球售出大概3800万辆互联汽车，每小时产生4TB数据，这个数据量是巨大的。而据恩智浦（NXP）公司预测，到2025年，互联汽车渗透率将从2018年的40%增长到73%。

那么，车联网为何如此受欢迎呢？对此，恩智浦大中华区资深市场经理余军苗先生认为，这是由其自身的几大优势决定的，具体有如下表现：

首先，车联网可以带来新的收入。因为数据可以带来各种新的服务，为基于车辆使用情况的保险、“移动即服务”等带来新的商机；其次，联网车可以通过收集一些用户的习惯改善交互体验，包括功能升级等；再有，可以增加安全性，因为联网的车辆可以预防很多故障，联网可以做一些预测性的维护。比如，车联网之后，可以及时地通知司机车内部件老化或磨损情况，能够帮助司机及时对车内部件更换或维护；联网车辆还可以进行车队管理，比如，货车的出行或者运行状况的监控，都可以通过网络手段远程管理和监控，从而降低成本。

车联网挑战与应对之策

与传统汽车相比，联网汽车对处理器及相关芯片和技术有更高要求，例如，对PKI支持的车与云之间的端到端安全性的要求，对高带宽千兆以太网、数据包加速、时间敏感网络的要求。因为联网汽车产生的数据量巨大，数据驱动的新服务，如车辆端的数据分析、压缩和存储对车辆内ECU或者处理器提出了更高的要求。此外，联网汽车对功能安全也有更多的需要，因为汽车设计得越来越复杂，这意味着它出错的概率越来越高，所以需要一个更高功能安全等级的处理器，一般至少会要求ASIL D等级。

恩智浦是汽车芯片龙头企业，于汽车电子领域耕耘多年，功能安全和信息安全一直是其强项。今年3月，该公司量产了车用处理器新品S32G2，其隶属于S32G系列。这是一款汽车网络处理器，与传统车用MCU相比，它有更强、更高算力的处理器内核，以及高带宽通信能力。其特色就是在车辆网络处理或者是高性能计算方面，能够兼顾处理器的算力，又能够提供高带宽的网络通信和实时的网络通信，还能兼顾功能安全和信息安全。

据余军苗介绍，S32G2可以作为服务型网关，可以部署各种新服务和OTA升级。当下，汽车内部的整车电子架构都在演进，从原先的扁平式架构逐渐演进到基于域控制器的架构和基于区域的架构，区域架构也称之为中央计算单元架构。S32G能非常好地满足该架构里中央网关或者中央计算单元内中央ECU芯片特性的功能。它的特点是借助具有硬件加速功能的多核架构，降低软件开发的复杂性。

S32G的特点

作为一种新型汽车网络处理器，S32G有一个突出特点，就是具有锁步MCU，即实时任务控制单元，还有锁步MPU，即高性能计算单元。

这里介绍一下锁步MPU和锁步MCU概念，它们与功能安全的保障相关。对于汽车这样一个跟人的生命息息相关的设备，功能安全是非常重要的，怎么强调都不为过。所以汽车里有一种ASIL标定的方法，叫做ASIL D或ASIL B，字母越大功能安全越高。直观的理解是，如果部件出了问题，有没有可能去解决它，以防产生危害。例如，某一部分电路突然失效了，其它电路有没有保护的措施使它正常或者是降级工作。车内信息娱乐系统屏幕的功能安全可能相对低一点，因为如果突然黑屏，车仍然可以行驶，但如果刹车、底盘动力出了问题，就会产生非常严重的后果。

据余军苗介绍，有了锁步MCU和锁步MPU，在ASIL D安全等级，在外围电路里做了一些冗余设计，比如在采样的时候用两个不同的模块采两次来比较结果，这样的采样结果才是可靠的，如果采一次可能会出现错误，但你却不知道。

对于锁步MCU而言，MCU的两个核执行同一份代码，执行以后会冗余校验，比较结果，这样就能避免一些偶发性错误的产生。MCU的锁步设计是汽车电子领域常见的技术。至于锁步MPU，车载SoC里面应用MPU的情况在前几年还不多见，比如在座舱、ADAS里面会有，由于恩智浦很早开始就做中央网关或者中央计算单元，所以把MPU也做了一个锁步，也是考虑了高功能安全的要求，该公司在行业里率先推出了MPU锁步技术。

除了锁步处理器，S32G还配备了两个网络通信加速器，一个是传统汽车网络加速器，另一个是新型以太网数据包加速器，可以处理千兆以太网。

总之，S32G具备传统功能安全和信息安全特性，它支持ASIL D等级，有先进的硬件安全引擎HSE模块，支持信息安全的处理。另外，S32G配备网络服务的通信接口，有20个CAN/CAN FD接口，也有LIN和FLexRay接口，同时还有4个千兆以太网接口以及高速的PCI Express 3.0接口，非常适合高速连接。S32G2还有一个信息安全加速器模块，即硬件加解密逻辑单元，可以为汽车的信息安全做加解密或认证任务处理。

S32G2的应用不仅是汽车，因为它的通信能力、高算力以及功能安全可以满足更多的应用场景，如通信、工业以及交通，包括数据记录器、安全网络处理器、机器人，机械控制等。

基于域和区域的架构前景广阔

在车联网内，基于域控制器的车辆架构中有一个服务型网关，周边有五大域，包括连接域、信息娱乐与车内体验、ADAS与高度自动驾驶、车身与舒适系统和动力传动和车辆动力系统。余军苗表示，在域架构中，S32G可以用做自动驾驶的域控制器。近几年，新兴的基于区域或者基于中央计算的车联网架构正在受到越来越多的关注，S32G2也可以在此架构内应用，比如在中央计算的应用或者在区域网关周边节点的应用。

目前，基于区域的架构是很多车厂非常关心的，从2020年初开始，国内很多车厂都成立了软件中心，他们要做的事情就是能够有一个更加先进的架构去实现未来汽车的一些功能。此外，从去年开始，汽车行业一直在谈论关于SOA（Service Oriented Architecture）的话题，即服务型架构，其实这不是一个新的话题，在通信领域，如云端的服务器部署等，SOA已经是成熟的技术，而在汽车领域还属于新技术。

在谈到基于域架构和基于中央计算架构（区域架构）两者的优缺点时，余军苗表示，在汽车领域，先有扁平式架构，这是传统汽车架构，即很多不同的电子电气单元都挂在CAN或LIN总线上，在逐步演进的过程中会形成基于域的架构，因为很多部件、模块都集成在一起，融合成一个域控制器。这是前几年已经存在的事情，且已有这样的车上市。

目前，一些车厂已经开始基于下一代的中央计算的雏形设计车联网架构了，更多的车厂会把中央计算的区域架构放在几年之后去实行，目前在做过渡方案。

余军苗认为，域架构和区域架构的差别表现在以下几个方面：

对未来新应用部署的便捷性考量，域架构有多个主控单元，域控制器也是一个网关，加上中间服务型网关（计算单元），它们是在多个汽车单元上去实现和部署各种服务型应用和软件。而针对区域架构而言，它是计算集中的中央算力单元，类似于云端服务器，可以非常高的算力去叠加虚拟化技术，在虚拟化之上创建不同的用户单元即操作系统，里面有一些用户的应用程序。因此，未来基于这种区域或者中央计算单元的架构会更加有利于软件的部署，或者高带宽的通信，从算力、应用软件的发展趋势上看都有更高的优势，它利用了高算力、高带宽、虚拟化的技术，与域控制器架构相比，更具先进性。

从成本上考量，基于域控制器的架构，算力在向集中化演进，但线束可能比传统的扁平化架构更长，因为域上可能会有节点分布在车里不同的位置，如自动驾驶域和传感器分布在不同的位置，或者是底盘动力、信息娱乐需要有很长的线束。但是在中央计算架构里面，它完全是按照区域网关来部署的算力，在区域网关实现一些小的算力，或者做网关通信的功能，而更多的是放在以高带宽的以太网为骨干网的中央计算单元里，所以它的线束会大大节省，从成本来讲也是一个优势。

生态系统建设

除了芯片，恩智浦也提供基础软件，除了提供加速器的标准固件之外，也提供在MCU核和在MPU层面的基础软件，如用于MPU A53的Linux软件包BSP。MCU方面，提供AUTOSAR的实时驱动，功能安全库，即安全软件框架（SAF）。

对于用户而言，要在开发软件和技术软件搭建起来之后搭建各种软件模块，特别是一些中间件的软件和应用层软件，恩智浦的这类合作伙伴有Greenhill, QNX等。操作系统方面，恩智浦有自适应AUTOSAR和经典AUTOSAR合作伙伴。该公司也有一些应用层伙伴，在互联车辆、数据压缩、OTA服务、入侵检测、汽车网络、车辆健康管理方面，都有相应的第三方APP或是应用层产品，方便客户快速搭建最终的车辆服务型网关。在云端，恩智浦和AWS配合，S32G直接跟云端的一些服务器做通信。

参考方案方面，据余军苗介绍，除了官方开发板，恩智浦还会提供第三方核心板，方便客户直接做功能拓展。在开发阶段，该公司有编译器工具，方便客户快速开发。

责任编辑：sophie

NXP