新E/E架構(gòu)的評估系統(tǒng)VC3

正如化石燃料推動了工業(yè)革命一樣，數(shù)據(jù)為信息經(jīng)濟和許多現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新提供了燃料。數(shù)據(jù)無處不在，但就像石油一樣，在將其從源頭轉(zhuǎn)移到處理之前，它幾乎沒有用處。沒有合適的管道和分銷網(wǎng)絡(luò)，資源的真正價值就無法釋放。雖然管道可能經(jīng)常被忽視或低估，但它是更大系統(tǒng)的重要組成部分。在汽車電子設(shè)備中，管道的作用是由強大、可靠的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用。

自從將網(wǎng)絡(luò)引入汽車系統(tǒng)以來，通過這些網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量猛增。駕駛員輔助系統(tǒng)帶來更高水平的舒適性和安全性。車載娛樂開始與影院體驗相媲美。這些以及許多其他本地和遠(yuǎn)程功能和服務(wù)將大量數(shù)據(jù)帶入我們以前稱為汽車的計算機中。

為了應(yīng)對這種流量，需要合適的基礎(chǔ)設(shè)施。傳統(tǒng)上，車輛擁有幾種不同類型的網(wǎng)絡(luò)，其中一些網(wǎng)絡(luò)不容易更換。出于商業(yè)和技術(shù)原因，一些遺留系統(tǒng)將在很長一段時間內(nèi)保留在新車設(shè)計中。然而，甚至在幾十年前，人們強烈推動用一個單一的新協(xié)議：CAN 來取代現(xiàn)有的專有和基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議。從那時起，CAN 在汽車系統(tǒng)中變得無處不在，但又出現(xiàn)了一批新的其他協(xié)議來滿足特定需求，而當(dāng)今車輛中的現(xiàn)實又是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的混合，從 LIN、CAN 和 CAN FD 到 FlexRay ，大多數(shù)，等等。

車內(nèi)同質(zhì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的夢想并不新鮮，但最近將以太網(wǎng)引入車輛已經(jīng)重新喚醒了對單總線系統(tǒng)的希望，這一次僅使用 IP 通信。憑借其廣泛的數(shù)據(jù)速率（從今天的 10Mbps 到 10Gbps）和新制定的時間敏感網(wǎng)絡(luò) （TSN） 標(biāo)準(zhǔn)以提高服務(wù)質(zhì)量 （QoS） 配置的靈活性，汽車以太網(wǎng)可能讓我們更接近夢想?yún)f(xié)議整合。

將系統(tǒng)更改和升級到以太網(wǎng)存在商業(yè)障礙。對于傳統(tǒng)汽車公司而言，只要在技術(shù)上不需要修改現(xiàn)有電子設(shè)備來添加或更改功能，舊的電子控制單元 （ECU） 設(shè)計就會從一代車輛延續(xù)到下一代。多個總線系統(tǒng)的混合甚至出現(xiàn)在“白板”架構(gòu)中，無需考慮遺留系統(tǒng)，例如來自特斯拉等公司的系統(tǒng)。在這兩種情況下，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)都需要在不同的總線技術(shù)之間進行橋接，并將數(shù)據(jù)從一種協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一種協(xié)議。即使不同網(wǎng)絡(luò)類型的多樣性開始減少，這種橋接概念仍將繼續(xù)存在。

未來，這些網(wǎng)關(guān)ECU將面臨新的挑戰(zhàn)。過去的網(wǎng)關(guān)橋接 CAN 和 CAN FD、LIN 和 FlexRay 之間的通信。這些協(xié)議的數(shù)據(jù)速率范圍從 20kbps 到 10Mbps，事件頻率和數(shù)據(jù)吞吐量可以由當(dāng)前的實時處理器處理，例如瑞薩電子的 RH850/F1Kx 系列微控制器 （MCU）。然而，對于以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)吞吐量的爆炸式增長以數(shù)量級衡量，比特率攀升至 10Gbps，幀長度從僅 10 字節(jié)擴展到 1000 字節(jié)。同時，連接低速遺留協(xié)議的需求不僅需要進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，甚至需要在后臺進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。瑞薩電子正在通過新的處理器設(shè)備概念和集成硬件加速來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

為創(chuàng)建和評估先進的車輛網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，瑞薩電子開發(fā)了一款名為 Vehicle Computer 的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)評估套件，該套件已進入第三代。

第一個版本是與我們的合作伙伴 CETITEC GmbH 共同開發(fā)的，旨在推廣由 R-Car H3 片上系統(tǒng) （SoC） 和RH850/F1KH-D8 MCU組成的網(wǎng)關(guān)解決方案。包括專有以太網(wǎng)交換機在內(nèi)的最新一代產(chǎn)品是由瑞薩單獨開發(fā)的。此版本稱為車載計算機 3 或 VC3，由相同的 R-Car H3、瑞薩電子開發(fā)的 R-Switch2 以太網(wǎng)交換機和 RH850/U2A MCU 組成。該芯片組由瑞薩電子最近收購的公司組合中的數(shù)字和模擬半導(dǎo)體組合而成。

上面的發(fā)展路線圖說明了目前汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展。第一版車載計算機僅配備 8 個 CAN FD 通道，支持 100Mbps 以太網(wǎng)，支持 IEEE 的音頻視頻橋接 （AVB） 標(biāo)準(zhǔn)。新一代 CAN FD 通道數(shù)增加到 16 個，3 個 1000BASE-T1 千兆以太網(wǎng)接口連接到支持較新 TSN 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)交換機。此外，另一個千兆以太網(wǎng)接口支持 AVB，以太網(wǎng)調(diào)試接口簡化了調(diào)試和軟件開發(fā)。

VC3 支持所有通用汽車接口，從 LIN 到高速專用接口，如 FlexRay 和 MOST。其他支持的接口（包括音頻、視頻 （HDMI）、USB 甚至 Wi-Fi）擴展了作為原型平臺的潛在用途范圍。雖然這提供了很大的靈活性并提高了可用性，但主要目標(biāo)用例是評估未來車輛世代的新電氣/電子 （E/E） 架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)策略。借助 R-Car 系列的強大 SoC，結(jié)合最先進的實時 RH850/U2A MCU，以及 16MB 的閃存，有足夠的處理能力來支持許多通信通道。

表 1：車載計算機多協(xié)議網(wǎng)關(guān)的主要特性

從以太網(wǎng)的角度來看，系統(tǒng)的核心是 R-Switch2，這是瑞薩電子開發(fā)的以太網(wǎng)交換機和路由引擎。它提供了一個具有 QoS 增強功能的非阻塞存儲/轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)，所有這些都符合 IEEE 的最新 TSN 標(biāo)準(zhǔn)。集成轉(zhuǎn)發(fā)引擎包括 VLAN 支持以及高達 L2-L4 路由的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾功能。這允許將交換機配置為完全自主的 IPv4/IPv6 路由器。

VC3 架構(gòu)由 R-Car H3 SoC、RH850/U2A MCU 和 R-Switch2 這 3 個主要成分組成，代表了一個高端車輛網(wǎng)關(guān)平臺。SoC 涵蓋性能要求高的應(yīng)用服務(wù)，而 MCU 處理實時域應(yīng)用和安全相關(guān)流量。除了支持車輛架構(gòu)評估和一般概念驗證開發(fā)外，VC3 還為早期客戶提供了評估網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)性能的機會，并在芯片上市之前為支持該特定用途的下一代瑞薩 R-Car 設(shè)備開發(fā)系統(tǒng)軟件-案子。

審核編輯：郭婷