恩智浦刘鹏：车载以太网时代的车辆网络架构和解决方案

　　6月29日—30日，由盖世汽车主办的“2021中国汽车半导体产业大会” 隆重召开。本次会议主要围绕中国车企缺芯现状、供应链国产化安全建设、车载芯片平台的搭建设计、自动驾驶、智能座舱领域的芯片需求和应用案例、功率半导体在三电中的应用以及芯片测试和功能安全等话题展开讨论，共谋产业未来发展之路。下面是恩智浦高级业务拓展经理刘鹏在本次大会上的发言。

　　我是恩智浦刘鹏，负责车身网络业务拓展，过去几年我的大部分时间都花在以太网领域。再往前，如主持人所言，我做过拓展国内车企新网络。今天我简单讲解下车载以太网时代的车辆网络架构和解决方案。

　　我们过去一两年跟国内车企做过很多交流，发现未来两三年国内车企整车架构会产生巨大变化。今天抛砖引玉，针对国内车企和国外车企架构在网络架构上会有怎样的创新，我将作简单介绍。

　　过去几年车企有一个巨大的架构变化，这个图简单介绍了架构变化的历史和未来的趋势。去年开始，国内大部分车企中高端车型都在往这个方向走，就是域控制器架构。这个架构会有一个中央网关，可能还会有1-2个域控，比如座舱有域控，ADAS有域控。国外可能会把TBOX和V2X放在一起，这也算一个域控。另一方面，有些车企已经在往下面走了，就是所谓的Partial Zone，如果自动驾驶越来越普及，ECU越来越多，线束越来越多，那怎么省成本？第一个省线束。第二个是不是可以把ECU数目减少？

　　基于这个目的，大家做了第一个尝试。既然很难改变供应链，那么能不能在车身上有一些想法？比如，把车身模块集成度提高，做了所谓BDU或者XCU的东西，这样整车可以节省十几个ECU。另一方面有更多的车企，主要是国外豪华品牌，他们说有没有其他的办法继续走，也就是Full Zone结构。这个架构没有中央网关，它就是Zone网关。通过高速以太网把Zone网关联在一起，做汽车底层架构高速网络，然后中间有几个大的计算单元。中间可以理解成是车用电脑，旁边是座舱和ADAS，会有两个独立的带控制单元。

　　为什么会这样？最开始有车企想能不能通过某种方式，把所有的ECU都连在主干网上？后来发现不可能，目前汽车以太网已经有的G数是1G，但是ADAS或者座舱有高素摄像头，在未来可能像素越来越高，比如说800万象素。这个时候，如果你把相对原始数据往回传1G带宽是不够的，所以现在摄像头通过LVDS直接进入相关的ADAS或者中央电脑或者座舱域，这样解决实时要求性高的命令的控制。如果是超大数据量的视频信号可以通过LVDS。目前来看，听说的消息是右上角那个车企是凤毛麟角，而绝大部分车企是左下和右下方向发展。这张图讲架构，如果从传统的架构往域控或者往Full Zone走的话会产生一些问题。如果走域控，你在纸面上画一个系统框图，逻辑上非常清楚，但是你生产车的时候会面临一个问题，车可不会按你图上去走，可能传感器位置不一样，即使在一个逻辑域。这个时候，你会发现线束排布会像左下图，里面线束会乱，也会特别长，这就是为什么豪华车往Full Zone走。因为我把传感器就近连接到旁边的网关上，这样线束比较简单，然后传到主干网之后整个网络就干净了。如果往这个方向走，其实难度也很大，如果是相对便宜的车走这种架构整个系统成本下来是不是可行？不一定，而且软件成本可能比较高。

　　如果整车未来往预控或者Zone走的话，车用网络里面会有一系列的问题，尤其往Full Zone走。你会涉及不同的报文的混网。传统以太网是平行的，但是一到环形网络之后，它会通过终端网关汇聚，因为实时性要求是不一样的。那有没有好的方法把这些报文在实时性角度下做合理处理？这是挺难讲的。目前以太网已经有些技术，比如说QBV可以帮助你解决所谓的数据流量的工程问题。像沃尔沃和其他车企，他们在Full Zone架构下做了一定的分析，他们结论是通过合理处理架构的结构，合理处理报文量的时候，TSN或者类TSN是可以解决实时性问题的。

　　为什么Full Zone会做成环型或者类环型的结构呢？比如外圈某一个节点断了，所有的节点其实还是连在一起的，它是有第二条路径，可能会跳一下，只是复杂一点点。所以这种结构好处是，如果面向未来更高等级的自动驾驶，对冗余和功能性安全更高的时候，这种结构比域控制器点对点连接好一些。

　　以太网还有另外一种叫CB，比如说左边有激光雷达，它把信息传到假设ADAS信息端，我可以同时发两份。如果因为某些原因断了，我还可以通过另外一条路径走，目前来看以太网具备了可以解决未来架构的技术。目前国内也有一些车企，他们基于恩智浦或者友商在做下一代TSN。

　　AVB和TSN是差不多，TSN和AVB最基本功能是精准时间同步。如果车内有几个雷达信号或者视频信号的时候，其可以用这个时间同步，这样环境感知结果会更准确。精准时间同步只是同步的信息。未来会有一个新标准叫做AS2020，这个基础时钟可以进行双备份，如果其中一个时钟出现问题，系统还可以快速备份。还有线路，在传输时钟信号的时候，我有双链路备份，有问题的时候还有备份链路，这也就提高了时钟传递的功能安全。最后一点是CB，这个应用在自动驾驶领域，国内有几个车企在看这个，但会不会量产现在还不确定，有的研究还是蛮久了。

　　以太网或者车联网技术一直往前演进，这里列举了一些车用未来时间表。比如说，2015年开始量产宝马X5参数图片）用了百兆以太网做环视，2020年有千兆量产，未来可能还有更多G。因为车用以太网技术要求会比较高，所以这方面会发展比较慢。

　　在这里简单介绍一下公司产品，我们马上会量产新一代以太网Switch。这个产品支持SOB，集成了6+1百兆。这种产品它的应用领域主要是两个，第一个应用是车用网关，当然这个产品做国内未来超大网关，口数还不太够，但是国内绝大部分网关是可以的。因为这个系统已经做进去国内大概五六个车企，今年年底到明年上半年会有2-3车企量产这个产品。第二个，这个产品还可以做类似于ADAS模块。我们现在看到有些车企会把ADAS和类似网关功能，集成部分网关功能的模块做到一起。比如说深圳的一家本土企业，新一代ADAS+网关就选了其中一颗高温版的。

　　这一页是非常特殊的讲解，这是针对欧洲最大的车企，他们提出特殊的要求。传统以太网在上电之后，不对它进行特别配置使用，它就可以工作。但是这时候在车里面可能会有一点点风险。现在有些车企讲，我不想冒风险、不想有非安全状态，那我就让启动时间慢下来，至少延迟100毫秒，120毫秒之后再进行启动。恩智浦的产品有点不一样，我们的产品启动速度非常快，不存在不安全状态。

　　恩智浦是业界唯一一家在汽车里面可以提供接近于整套方案的企业，比如我们做了S32G-VPN-RDB2，这个板子上面除了接口和存储器件不是我们的，其他器件基本都是我们的。它的好处是可以快速帮助客户解决前期性能评估问题。

　　另一方面，恩智浦在整车里面还可以提供很多方案。比如说，在未来架构里面我们可以提供主处理器，下一代还做一种很特殊的以太网Switch，CAN FD。明年这个时间，我们会有样片，它会把CAN FD和以太网做一个Switch里面。另外在中央计算单元和其他模块，恩智浦也有很多产品。

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