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軟件定義汽車離不開未來的中央計算架構(gòu)，二者是相輔相成的。
上圖是德州儀器構(gòu)思的中央計算架構(gòu)，筆者設(shè)計了一個車輛中央計算架構(gòu)，對于車輛計算中心選擇兩片英偉達(dá)的Orin，一片側(cè)重于ADAS，命名為Orin A，一片側(cè)重于座艙，命名為Orin B。
上圖是瑞薩的中央計算架構(gòu)，因?yàn)槿鹚_沒有最擅長的MCU，所以只畫出了MCU和中央計算中心（服務(wù)器）也就是包含了AD/FAS智能駕駛服務(wù)器和IVI座艙服務(wù)器。對于Zonal模塊，就是傳感器、致動器加網(wǎng)關(guān)，交換機(jī)加MCU實(shí)際就是網(wǎng)關(guān)。對于那些主要是CAN網(wǎng)絡(luò)的部分，交換機(jī)就不需要了，CAN網(wǎng)絡(luò)沒那么復(fù)雜，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的部分則需要以太網(wǎng)交換機(jī)。
以太網(wǎng)交換機(jī)選擇Marvell最新的第三代符合功能安全的汽車以太網(wǎng)交換機(jī)88Q5112，這是一個9口以太網(wǎng)交換機(jī)。內(nèi)部集成了6個物理層，包括3個100/10BASE-T1(S)，兩個1000/100BASE-T1，一個100BASE-T1/TX。可以對應(yīng)5個Zonal ECU外加一個診斷OBD。診斷OBD用1000Base-T1。目前除了智能駕駛和座艙，都用不到100Mbps的帶寬，Zonal主要還是車身和舒適性網(wǎng)絡(luò)。底盤和動力傳遞用CAN、CAN-FD或Flexray足夠了。
上圖是88Q5112內(nèi)部框架圖，對TSN支持比較豐富，包括802.1AS-2020，802.1Qat / Qav / Qbu / Qbv / Qci / Qcr，還有確保安全性的802.1CB。
上圖為兩顆Orin的攝像頭輸入圖，Orin最多輸入16lane MIPI CSI-2，此外還有C-PHY和D-PHY做虛擬通道，800萬像素需要占用4lane，低于200萬像素1lane即可，超過200萬就需要2lane，保險起見，200萬像素用2lane，所有傳感器型號僅供參考。智能駕駛部分，前主攝像頭可以用三顆250萬像素攝像頭對應(yīng)短中遠(yuǎn)三個距離，或者用一顆800萬像素，或者用兩顆250萬像素做立體雙目。其余4-6顆都用250萬像素或200萬像素攝像頭，目前對應(yīng)200萬像素以上的解串行芯片只有ADI的MAX9296，加串行是MAX9295，完全壟斷市場。MAX9296有1.5G、3G、6G三檔可調(diào)，最高可對應(yīng)1600萬像素輸入。
電子倒車鏡又叫Camera Monitor System或E-mirror，就是用屏幕代替倒車鏡，也需要兩路視頻輸入，由于顯示屏小，100萬像素分辨率就已足夠了，這個顯示屏可以添加ADAS功能，因此歸到ADAS系統(tǒng)里。
座艙領(lǐng)域視頻輸入主要有360環(huán)視、AR導(dǎo)航和駕駛員監(jiān)測DMS。360環(huán)視采用比較先進(jìn)的200萬像素攝像頭，4合一輸出到MAX9286。AR導(dǎo)航也不需要太高分辨率，130萬像素就足夠。DMS目前有朝高分辨率方向發(fā)展，還有導(dǎo)入ToF攝像頭的趨勢，這里暫定200萬像素。
攝像頭數(shù)據(jù)也可以用以太網(wǎng)傳輸，RAW10格式30fps下的200萬像素攝像頭碼率大約是0.6Gbps，如果是RGB888格式，碼率大約1.44Gbps，800萬像素碼率大約5.7Gbps，目前最高有對應(yīng)10Gbps的以太網(wǎng)物理層芯片，傳輸800萬像素完全不成問題。高分辨率攝像頭一般都是RAW8或RAW10格式輸出，低分辨率一般是YUV422格式輸出。以太網(wǎng)傳輸?shù)暮锰幨强梢杂脝螌Ψ瞧帘坞p絞線即可，MIPI CSI-2是需要同軸電纜傳輸。以太網(wǎng)連接器的成本也要明顯低于MIPI CSI-2的連接器。以太網(wǎng)也方便用TSN做數(shù)據(jù)整形、流量控制等動作，連接以太網(wǎng)交換機(jī)路由的方式交換通信也比MIPI CSI-2更加靈活。以太網(wǎng)物理層芯片的成本也低于解串行芯片的成本，但高于加串行芯片的成本。以太網(wǎng)的缺點(diǎn)是調(diào)試異常復(fù)雜，調(diào)試設(shè)備價格非常昂貴，大多數(shù)工程師都不熟悉以太網(wǎng)的調(diào)試。
以太網(wǎng)也可以橋接攝像頭，如Marvell的88QB5224。
如果SoC的MIPI CSI-2接口用完了，但仍然必須接入攝像頭，這時就可以考慮以太網(wǎng)橋接，如上圖。88QB5224支持IEEE802.3ch標(biāo)準(zhǔn)，最高支持10G，接入4個200萬或250萬像素攝像頭是沒有問題的。
上圖是激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)傳感器輸入簇。
激光雷達(dá)可能需要1-3個，1個主激光雷達(dá)，考慮到激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)步，因此預(yù)留了足夠的帶寬余地，最高支持10Gbps，也就是相當(dāng)于1200萬像素攝像頭的分辨率，當(dāng)然激光雷達(dá)是3D的。目前任何類型的激光雷達(dá)1Gbps的帶寬就足夠。輔助激光雷達(dá)通常是補(bǔ)盲，分辨率很低，100Mbps的帶寬就足夠，角雷達(dá)一般是毫米波雷達(dá)，目前多用CAN-FD輸出，不過Orin要支持CAN-FD會比較麻煩，所以就也用以太網(wǎng)，角雷達(dá)一般也支持以太網(wǎng)輸出，通常帶寬10Mbps就足夠。4D毫米波雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)量大，用100Mbps帶寬也足夠。最后的控制底盤的MCU選擇英飛凌最新的TCC4XX系列，帶寬1Gbps足夠。
Marvell的88Q4364，它和博通的BCM8989X是目前唯二支持10G 車載以太網(wǎng)的物理層芯片。
88Q6113是Marvell最新的第三代11口以太網(wǎng)交換機(jī)。
上圖是88Q6113內(nèi)部框架圖，TSN方面支持802.1Qav/Qbv、802.1Qat、802.1AS。
上圖為Orin B的視頻輸出簇，Orin的顯示輸出只有一個就是DisplayPort(DP) 1.4a，也可以配置成HDMI輸出或eDP輸出，不過Orin有多達(dá)7個USB輸出，包括3個USB3.2和4個USB2.0，USB和DisplayPort是可以輕松轉(zhuǎn)換的，再將DisplayPort轉(zhuǎn)換為其他格式，目前高分辨率顯示屏基本都采用DP或eDP輸入，不過車載領(lǐng)域主要還是LVDS，發(fā)展方向是eDP輸入，如目前的2K或4K車載OLED屏就是如此。這就省了不少格式轉(zhuǎn)換，DP也可以轉(zhuǎn)換為LVDS，如譜瑞的PS8625，最高帶寬2.7Gbps，最高分辨率1920*1200，順便說一下這就是特斯拉用的芯片。USB2.0的帶寬比較低，只能做后排的小屏，分辨率大概1280*720的水平，做AR-HUD也是足夠的。USB3.2是足以支持2K分辨率的。以O(shè)rin強(qiáng)大的GPU能力，輸出5個2K屏顯示應(yīng)該還是比較輕松的。Orin A也需要3路視頻輸出，一路傳輸?shù)街醒腼@示屏CID，可以手動切換信號源，用Orin A的DP輸出，另外兩路就是電子倒車鏡，用Orin的USB3.2輸出，轉(zhuǎn)換為LVDS即可。
座艙的音頻部分可以參考ADI的設(shè)計，這是頂級座艙音頻，還包含了主動車內(nèi)降噪和路面降噪，音質(zhì)要好的一個重要前提就是車內(nèi)噪音要低。HeadUnit就是Orin B，老舊的MOST總線需要使用光纖，非常麻煩，已經(jīng)被時代遺棄了。圖上還少了一個到T-Box做E-Call的分支。
上圖是座艙部分的外設(shè)，一般來說SoC的PCIe端口接藍(lán)牙與WiFi無線模塊的PCIe，不過兩個Orin會占用最高等級的PCIe，此外板對板有時候也用PCIe連接，因此多設(shè)計一個PCIe轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的MICROCHIP的LAN7431，以太網(wǎng)交換機(jī)選7口的88EA6321，Orin的USB接口被占用不少，因此需要添加一個USB HUB，選MICROCHIP的USB4914，座艙的MCU還是選擇瑞薩的S4或傳統(tǒng)的RH850。USS是超聲波傳感器，超聲波傳感器一般使用DSI3總線連接，1主11從。超聲波傳感器系統(tǒng)與Orin連接可以用UART+SPI，這是比較麻煩的。
NVIDIA DRIVE 6.0的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銼afety模式
最后放上英偉達(dá)最新自動駕駛系統(tǒng)DRIVE 6.0的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D以供參考。DRIVE 6.0的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆袃煞N，一種是BASE，另一種是Safety，上圖就是Safety模式。Safety模式下以太網(wǎng)交換機(jī)的CPU被繞開，所以不支持OTA。同時最大MTU尺寸從16k減少到1500byte。這里的Tegra就是Orin，Aurix是英飛凌TC397T。這里的以太網(wǎng)交換機(jī)1是Marvell的88Q5072，以太網(wǎng)交換機(jī)2是88Q6113。LAN7431是Mircochip的PCIe轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的芯片。Safety模式為了安全，犧牲了一些交換機(jī)性能，因此多加了一個高等級以太網(wǎng)交換機(jī)88Q6113，實(shí)際一個88Q5072就足夠。
NVIDIA DRIVE 6.0的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銪ase模式
這是DRIVE 6.0的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銪ase模式，以太網(wǎng)交換機(jī)是88Q5072。Orin有兩條10Gbps線路，一條連接以太網(wǎng)交換機(jī)，另一條就是連接到中央網(wǎng)關(guān)，也就是車內(nèi)骨干以太網(wǎng)的線路。
英偉達(dá)還特別提到車載以太網(wǎng)TSN標(biāo)準(zhǔn)的API，包括了時間同步的802.1AS(gPTP)，序列與流量整形有802.1Qav, 802.1Qbv, 802.1Qbu/802.3br, 802.1CB 和802.1Qci，失效容忍的802.1Qat和802.1Qcc。
未來的中央計算架構(gòu)也有點(diǎn)像PC機(jī)，所有的數(shù)據(jù)處理都靠一顆CPU，基礎(chǔ)中間件AUTOSAR和在此之上的Linux、QNX、Android等操作系統(tǒng)構(gòu)成了類似Windows的系統(tǒng)，對絕大多數(shù)的程序員來說，它基本是透明的，程序員只是設(shè)計應(yīng)用軟件。這才是真正的軟件定義汽車。
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