AUTOSAR入门-汽车电子构架演进(四) 未来已来

yuanyou

AUTOSAR入门-汽车电子构架演进(四) 未来已来



     之前的文章AUTOSAR入门-汽车电子构架演进（三）通向未来，已经把未来汽车软件可能用到的技术都讲到了，但是总是感觉未来虚无缥缈，不好理解。就像“小马过河”，到底前面是什么样，试试才知道。好在最近汽车行业里面的技术实现突飞猛进，很多方案已经很贴近未来了。作为补充，这里针对已经量产落地的技术，用容易理解的逻辑，分析下目前已经实现的一些方案。

1. 域控制器的融合

    首先我们回忆下AUTOSAR入门-汽车电子架构演进（一）ECU和域控制器中介绍的域控制器的分类，从上面的发展路线上可以看出来，目标是汽车上的电路板模块越来越少，进行融合就是发展进步。

1.1 分布式构架

    在分布式构架中，很多ECU各自为战，一个功能就是一个ECU，就是一块电路板，就是一个供应商提供，就像很多部落，虽然都是人类，但是完全不可控制协调。

1.2 域集中式架构

    在域集中式架构中，按功能划分，把一些ECU弄成一个电路板，这样就可以共用一些公共的服务，比如CAN通信、存储、以及各个基础服务模块，这样就可以节省硬件资源，毕竟硬件都是要花钱买的，一个域就是一块电路板，比如说有五个域，相当于五个诸侯国，作为皇帝还是挺头疼，只能去调解但是整体控制不住。这样就诞生一个思路让这五个域继续融合，目前最新落地的就是融合为三域的方案：中央控制、智能驾驶、智能座舱。下面第二章会重点进行讲解。

1.3 集中式构架

    在集中式构架中，只需要一块电路板，汽车的软件都运行在上面，除了需要进行边缘计算的硬件，这样就是一个中央集权的国家，所有的资源怎么分配，各个模块干什么活都是中央说了算，就是官员是中央任职的，中央的政策也会得到贯彻。可以达到动态的协调资源，节省资源，而且为自动驾驶提供极大的便利。就好像可以集中力量办大事，不内耗。可以对比下国内一党和国外多党的区别，这么来说中国大一统的思维还适合搞软件架构了，从一个更高的维度来分析技术，就会发现技术是人创造的，带有人自身思维的局限性，技术的很多逻辑跟人类社会组织运行的机制有异曲同工之妙，比如一个OS就像一个王朝，办事要走的流程就像计算机里面的程序和机制，看多了其实都是一回事，人就是这么思维的，然后基因又决定了人类的思维，换句话说：大自然就是这么设计的。这点看，善于搞政治的中国人，在系统思维里面还是有优势的，也就是善于做架构师。

1.4 车云计算

    集中式架构进化已经非常先进了，但是还有更牛的，那就是车云技术。就像外星人来统治地球了，外星人就是神，人类不需要操心自己干什么，每天祈祷神发神谕就可以了。看过修仙小说的都知道羽化成仙，上仙台，进入意识世界，永久长生。这里的神就是相对于汽车虚幻存在的云计算，仙台或许就是某个山洞里面的一个机房，一堆机器里面住着一个神仙，黑客帝国，有木有。

    汽车电子构架按照玄幻小说的写法，一个没有背景的小道士，干掉很多小门派（ECU），然后干掉大门派（域控制器），然后宇内称尊（中央集中式），最后打进仙路成仙（车云计算）。以人类的大脑和基因，目前也就能看到这些。。。

注意：以上介绍完发展脉络，下面就脚踏实地，说说已经落地实现的技术，也就是目前的现状。

2、一个典型的域集中式构架



    按照电子构架演化，目前到了域集中式构架，上图为一个典型的三域集中式EEA，也是目前最新量产车的构架：

2.1 中央控制域

    这个好理解，就是控制汽车上所有的设备，开车的人都熟悉。比如发动机、变速箱、灯具、雨刮、洗涤、门锁、电动窗、天窗、电动后视镜、车钥匙、刹车、车身稳定系统、电池、座椅、空调、方向盘、仪表、各种监测系统等。

软件技术分析：主要是AUTOSAR中间件对这些设备进行抽象，给控制系统提供服务。

硬件技术分析：一个典型就是ARM芯片包含A核和M核。M核就是传统的单片机运行AUTOSAR CP，A核是CPU运行AUTOSARAP。

2.2 智能驾驶域

    这个也好理解，就是摄像头、雷达探测达到不撞车，无人自动驾驶。

软件技术分析：主要就是AI算法、图像，雷达信号处理，建立模型，然后学习后做出判断，给重要控制域发信号，控制汽车做出反应。这里的软件严重依赖硬件的计算能力。

硬件技术分析：做算法运算的硬件就是显卡，指望CPU不行，最常见的就是英伟达的显卡。

2.3 智能座舱域

    这个更好理解，就是看电影，听歌那个大屏，可以有电话、上网、地图、麦克风、音箱、蓝牙，各种app应用等功能。可以理解为一个大个的手机，或者一个平板电脑。

软件技术分析：就是一个安卓手机类型的系统，本身技术很复杂，但是有手机公司很多，都是开源代码，难度不大。

硬件技术分析：这个就是手机CPU最常见的就是高通，基于ARM的，当然华为也有基于ARM CPU的芯片海思但是被卡脖子了。其他瑞芯微、全志什么的也可以用。

这三个域的技术难度：中央控制>智能驾驶>智能座舱。

2.4 国内发展现状：

    根据难度，那么我们就知道要做国产化当然是先做容易的，而且国内车厂广告宣传除了汽车的轮子座椅什么的，基本只宣传智能座舱的东西（有做手机的技术经验），来掩盖其他的不足，因为难的东西研发不出来啊。

    其次，就是智能驾驶方面，众所众知中国目前的研究生教育基本是全民AI，以期望“弯道超车”，所以算法方面中国还是很强的，只是需要强算力的硬件，也还算可以，只是投入比较大，国内智能驾驶做的好的公司也挺多，但是仅限于软件。

    最后就是这个中央控制域，基本就是AUTOSAR CP和AP的天下了，需要很高的稳定性，目前国内厂商的汽车这方面几乎全军覆没，都是用的国外的软硬件，除了一些低端车用国产的AUTOSAR和芯片，不过这也说明国内正在努力填补这个空白，好在这方面的技术难度不高，主要是时间经验积累和稳定性，这个需要周期长的，短期搞不定。

    接下来我们就死磕这个中央域控制器，其他的两个不是重点，不是核心，不要被花哨的外表欺骗，中央域控才是软件卡脖子的东西，当然三个域硬件芯片基本全卡脖子，是国内自研的重点。好在有一些中国方案已经在商业市场开始出现了，就是要“小马过河”，试试才知道自己行不行。

3.  一个典型的中央控制域方案

    中央控制域是三大域之一，是最有难度发展的软硬件，跟汽车原有功能息息相关，也是最容易被人忽略的，特别是不懂车的人，所以国内的汽车广告宣传基本避开了这一块，因为这一块软硬件基本都是用外国的。但是已有一些国产方案崭露头角，国内很多家公司在补齐这个业务。

    上图是本想找个国产厂商的图，但是画的没这个老外NXP的清晰，就贴了这个，不过构架技术都是一样的，基本都是用的开源的技术。可以看到基于ARM的CPU分为M核和A核，M核运行AUTOSAR CP，采用FreeRTOS+Vector工具链。A核运行AUTOSAR AP，采用Linux或者QNX+AP中间件，上层应用都是车厂自己开发（基于底层供应商提供的接口进行应用二次开发），就是那些界面化，按钮化、操作化的东西。下面说说国产方案可以替代的地方。

3.1 硬件芯片相关：

    首先硬件ARM是开源的，大家都会，买授权就可以。下图中可以看到多核的设计，国内厂商的比如地平线、芯驰科技等的芯片架构也都是这么个样，其他的几乎所以芯片公司都在做这个车规芯片，风口就是这么有魅力，不过在芯片制造领域还是不行，需要代工，美国随时卡脖子。国内的主要就是芯片设计，因为这个好抄啊，一改就是自己的了。

    下面还是拿NXP的图（比国内的专业、清晰）看下基本的构架，可以看到有4个A核心和3个M核，这就是目前cpu的发展方向多核。然后就是高集成，里面不仅有CPU还有外围设备芯片，比如内存、串口、网络、安全、时钟等，就是所谓的片上系统（SOC），这也是电路板发展的一个方向中央集权，CPU把主要器件干脆集成到自己里面，这样效率高，一个中央全解决，不需要跑来跑去，拉个总线什么的，慢！

NXP SOC结构如下图：



3.2 AUTOSAR CP相关：

    接着看构架图右侧CP中FreeRTOS是开源的，Vector工具链可谓对国内苦大仇深，卖给你贵，找了个国内代理，然后基本不提供服务，出问题发邮件，响应慢，基本不给解决，技术支持差。国内做AUTOSAR中间件的企业多达十几家，比较大的三家分别是东软睿驰、普华软件、经纬恒润。其余有华为、斑马智行、超星未来、映驰科技、未动科技、零念科技、上海赫千、国汽智控、成都道伟等。

    国产AUTOSAR需要与国产芯片相互支持，也要有能力应对国际形势，因此出现了AUTOSEMO。中国汽车工业协会联合车企与软件企业于2019年12月决定组建中国汽车基础软件生态委员会AUTOSEMO，China Automotive Basic SoftwareEcosystem Committee，AUTOSEMO创始会员单位汇聚国内20家整车企业和汽车软件供应商，包括：中国一汽、一汽解放、东风汽车、广汽研究院、蔚来汽车、上汽零束、小鹏汽车、吉利汽车、长城汽车、长安汽车、北汽福田、东软睿驰、苏州挚途、万向钱潮、威迈斯、经纬恒润、上海拿森、上海重塑、北京地平线、中汽创智。这个委员会下属的ASF组，致力于定一个中间件的行业标准，就是AUTOSEMO ServiceFramework，简称就是ASF。目前AUTOSEMO的工作组已经发布了《中国汽车基础软件发展白皮书2.0》。

参考：https://mp.weixin.qq.com/s/0CMxpPRyQ2wmIsZ-bgNQLw

https://mp.weixin.qq.com/s/u0__suZUeBYHOZIInnmrxw

3.3 AUTOSAR AP相关：

    看构架图的左侧，AP要求有支持POSIX接口的操作系统，常见的为Linux+实时补丁或者QNX，当然QNX是老美的不开源，收费的。QNX跟Linux不一样的是其为微内核，安全性和实时性更高，适合汽车能过安全认证，Linux就过不了安全认证。

    所以微内核是一个方向，国内提供微内核的厂家有中兴、地平线、RThread、斑马、鸿蒙、中科创达等，当然一大堆公司都在说自己有微内核，说白了，开源的微内核都一大堆，大家都相互借鉴着玩。不过这个东西的技术含量在汽车软件领域，是比较高的，当然智能驾驶算法的技术含量也非常的高。

    然后就是AUTOSAR AP，这个AUTOSAR组织发展的比较慢AP还不完善，国内等不及了，自己搞了一个AUTOSEMO，然后还有一个ASF。这部分代码是用C++写的，面向对象基于服务的构架，市场上有一堆写后端的程序员，这点也不难。重点还有个仿真验证系统，方便在开发的时候不依赖于板子，这样开发调试快，不然每次开发板要程序升级，安装jtag硬件连线板子和PC调试很慢和麻烦。验证就需要一些科学的形式化验证方法，这点不知道有国内公司在做了不。

3.4 总结

    国内的大环境，就是政策导向，国家的大政策要在新能源，智能化方面弯道超车。就像医生问病人你有病吗，病人敢说我有病，那医生一定说我有药，可以治。这也是个好现象，至少有人敢出来干，重赏之下必有勇夫。

    总之目前的情况看，软硬件干不过外国，高端车都用的外国高通、NXP、英伟达+QNX、Vector等，但是国内涌现出来100+公司几倍的数量对着干，有潜力。还是那句话，让中国看见有这个东西了，马上抄过来，那马上就可以造出来，然后改造，提升性能降低价格，也就是0-1是国外做，国内擅长做1-100的事情，这部分是工业制造，甚至是国力展示的关键。马斯克就说造火箭等用的技术不高级，但是要实现工业化，可以量产，单品成本降低，这点很难。

后记：

    本篇作为AUTOSAR入门系列的收尾，作为承上启下，后续会展开目前的一些软件技术的分析，尽量用开源代码来体现，希望大家一块来探索。

    Talk is cheap，show me the code，后续会继续更新，纯干货分析，无广告，不打赏，欢迎分享给好友！

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