發揮區域架構在汽車應用中的優勢

Arun T. Vemuri

請試著將客車視為電子控制單位（ECU）的集合，這些電子控制單位分散在汽車的各個角落上，並使用不同的網路相互通訊。在為車聯網（V2X）、自動駕駛和車輛電氣化增加更先進的汽車電子設備時，ECU 的數量會增加，交換的資料量也會增加。

領域架構簡介

在領域架構中，ECU 根據功能而分類為不同領域，而區域架構則是一種依照 ECU 在車輛內實際位置對其進行分類的新方法，並利用中央閘道來管理通訊。這種物理接近減少 ECU 之間的佈線，不但節省空間，還能減輕車輛重量，同時也提升處理器速度。

要瞭解領域架構，首先要瞭解 ECU 通常根據功能分類的五個領域，如表 1 所示。

表 1：ECU 通常分為五個領域

ECU 透過其自身領域內特定且相關的網路進行通訊和交換資料，同時還與領域外的 ECU 進行通訊。由於不同領域可能採用不同的網路，因此需要由閘道充當橋接器。

圖 1 說明一輛採用領域型車輛架構的汽車。在此圖中，有一個中央閘道模組連接到汽車中的不同領域。每個領域執行多項功能。領域控制器（例如動力系統的車輛控制單元））包括閘道功能。此領域閘道有助於在支援相關領域的 ECU 之間，以及在該領域與車輛其餘部分之間進行數據通訊。

領域控制器同樣整合 ECU，透過整合由多個 ECU 實現的常見功能，大幅降低系統成本。TI 的 Jacinto 7 處理器整合原始處理能力的 Arm® Cortex® A-72 核心來處理資料、整合 Arm Cortex R-5Fs 進行即時控制，同時還整合用於高速網路的 Gigabit 時效性網路（TSN））和乙太網路交換器。

圖 1：領域架構

區域架構簡介

如果把汽車比喻成房間，把 ECU 比喻成聚集在房間內、討論著不同話題的人，那麼領域架構就相當於將這些人散亂地分組，讓房內的人在各自的討論群組中互相叫囂。

圖 2 顯示區域架構中的車輛根據 ECU 在車內的位置來組織 ECU，並增加一個車輛運算模組。車輛運算模組是一部具有強大處理能力的電腦，可以執行任何功能的所有計算。此圖還描繪汽車不同區域中的區域模組和相關邊緣節點。

此種架構可以使用低頻寬網路（例如控制器區域網路（CAN）））在不同區域模組和中央閘道/運算模組之間進行通訊。不過，乙太網路等高速網路也是不錯的選擇，因為它們在汽車溫度內提供高可靠性和平穩運作。對於跨中央運算和區域模組的分散式運算，PCIe 是非常適合的網路選擇。

圖 2：區域架構中的配電模組

區域架構的配電模組優勢

工程師也會善用 ECU 重組來將配電架構最佳化，特別是重新設計智慧接線盒，將電力分配給車輛中的不同負載和 ECU。具體來說，工程師正在用半導體解決方案取代繼電器和保險絲。

在區域架構中，配電箱是分散的，以便每個區域都有自己的配電單元來為相應區域中的模組供電。圖 2 顯示區域架構中的配電概念，您可以在其中看到每個區域都整合配電功能和管理網路流量的區域模組。新的配電架構將減輕線束電纜的重量，進而提高內燃機車輛的燃油效率，提高電池電動車的行駛里程。

從領域到區域架構的過渡 - 救場的跨界架構

將整車架構從目前的領域架構過渡到新區域架構是一項艱巨的任務。不僅必須設計新的區域模組，而且大多數軟體都必須重新開發和重新設定以支援新架構。此外，更換熔化保險絲和重新設計整車線束必須經過徹底的驗證和認證。所有這些都表明車輛架構很可能將移轉至跨界架構。

圖 3 顯示跨界架構，這些架構是現有領域架構和新區域架構的結合，將保留領域和相應的邊緣節點。區域架構中的中央運算可能會細分為 ADAS、IVI 和 VCU 運算模組，領域專屬邊緣節點則直接與相應的中央運算模組通訊。跨界架構中的區域模組很可能專注於配電，而不是充當區域中所有邊緣節點的閘道。也就是說，區域模組看起來更像傳統的車身控制模組（BCM），只不過汽車中會有多個這樣的模組。

圖 3：跨界架構

結論

隨著 ECU 數量的增加，車輛架構已經演變為一種領域架構，其中 ECU 根據每個 ECU 正在執行的相關功能進行分組。然而，這已增加網路和配電的複雜性。汽車設計師現在正在設計基於區域架構的車輛，第一代車輛會是跨界架構，以最佳化資料和配電。新的區域架構最終將減輕線束電纜的重量，進而提高內燃機車輛的燃油效率，提高電池電動車的行駛里程。

如需詳細資訊，請參閱白皮書：區域架構如何為完整軟體定義車輛奠定基礎。