A2B正在改變SOTA在汽車應(yīng)用中的游戲規(guī)則

作者：Joe Triggs,Jagannath Rotti,Karthik Radhakrishna, andDanny Ko

空中軟件 （SOTA） 正迅速成為汽車 OEM 開發(fā)和部署的重要功能。更新模塊、支持客戶和將附加功能貨幣化的能力使掌握 SOTA 成為一個有吸引力的主張。本文討論了為什么SOTA會出現(xiàn)在汽車環(huán)境中，如何部署它，以及如何2B技術(shù)可用于在音頻和信息娛樂網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)SOTA。

介紹

如果消費者要對其物品的軟件復(fù)雜性進行排名，那么排名靠前的是什么？他們的筆記本電腦？他們的智能手機？他們的游戲機？坐在車道上的車輛很可能比這些設(shè)備中的任何一個數(shù)量級高出一個數(shù)量級，這一事實可能會令人驚訝。現(xiàn)代汽車平均有多達150個電子控制單元（ECU），運行多達1億行代碼。相比之下，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機的代碼不到2500萬行，Android操作系統(tǒng)的代碼不到1500萬行，谷歌瀏覽器的代碼不到1000萬行。

汽車應(yīng)用中出現(xiàn)的大量軟件需要一種方法來管理和控制整個車輛中存在的無數(shù)軟件版本和修訂。汽車制造商（OEM）利用SOTA更新所帶來的好處包括從解決輕微的車輛問題到應(yīng)對自然災(zāi)害。特斯拉展示了 SOTA 更新最廣泛認可的應(yīng)用之一，以應(yīng)對 2017 年 9 月的颶風(fēng)艾爾瑪。隨著風(fēng)暴席卷美國佛羅里達州，特斯拉通過發(fā)布SOTA更新來響應(yīng)客戶的要求，以解鎖其車輛的額外范圍，以幫助車主試圖從即將到來的颶風(fēng)中前往安全地帶。2其他整車廠在車輛的SOTA能力方面存在差距，導(dǎo)致聲譽受損和消費者信心喪失。

隨著車輛電氣化和汽車自動駕駛等新興大趨勢進一步增加車輛中的ECU和代碼行數(shù)，確保車輛各個領(lǐng)域強大而有效的SOTA功能的重要性也在加速。

自1977年奧茲莫比爾多倫多首次使用微控制器控制火花時序以來，ECU一直是汽車領(lǐng)域的一部分。軟件更新的早期實施需要從車輛上拆下ECU進行重新編程，這可能是一個耗時且勞動密集型的過程。從發(fā)動機艙中卸下發(fā)動機管理 ECU 可能很簡單。相比之下，拆卸無線電主機可能需要對儀表板、中控臺和其他裝飾進行大量拆卸。一旦從車輛上拆下，早期的ECU需要使用復(fù)雜的工具重新編程，例如釘床編程器，這些工具昂貴，復(fù)雜，偶爾會喜怒無常。這些因素結(jié)合在一起，使得向早期ECU發(fā)布軟件更新不如簡單地用另一個模塊替換單元的吸引力。

無線軟件

SOTA 是汽車行業(yè)軟件更新開發(fā)的頂點，從早期的 ECU 到當今高度網(wǎng)絡(luò)化、靈活的汽車基礎(chǔ)設(shè)施的橋梁。在車輛中原位更新ECU的能力不僅具有吸引力，而且對于汽車原始設(shè)備制造商來說也越來越重要。我們已經(jīng)研究了OEM如何利用SOTA以響應(yīng)迅速和敏捷的方式提供潛在的救生功能。SOTA 最明顯的用例之一是允許 OEM 在需要時解決其車輛中的關(guān)鍵軟件問題。這是一項非常強大的功能，因為它可以消除與軟件相關(guān)的車輛召回的需要，從而改善消費者的擁有體驗并降低OEM的召回成本。以受控方式應(yīng)用軟件更新的能力，無需車輛前往經(jīng)銷商處，為 OEM 提供了巨大的價值。

SOTA有可能簡化車輛生命周期的許多其他元素，而不僅僅是簡化軟件召回管理。SOTA可以在生產(chǎn)過程中使用，以確保車輛固件在汽車完成并發(fā)送運輸之前是正確的。由于車輛的運輸時間在幾天（例如，OEM國內(nèi)市場）到幾周（例如，國外市場）之間變化，因此在車輛到達目的地市場時需要軟件更新的可能性很大。在交付前檢查 （PDI）、收貨港或供應(yīng)經(jīng)銷商處有效更新車輛 ECU 的能力可確保車輛完全按預(yù)期到達新車主手中。這對于處于生命周期早期的模型尤其有價值，這些模型可能正在頻繁進行軟件更新。

隨著OEM尋求為消費者創(chuàng)造臨時或永久解鎖其車輛附加功能的能力，SOTA可能存在更多機會。以信息娛樂系統(tǒng)為例;未來，OEM可以為客戶提供根據(jù)客戶需求升級車輛中運行的軟件的能力。對于日常駕駛，標準音頻配置可能足以在通勤期間收聽收音機或撥打免提電話。對于長途旅行或度假，OEM可以提供升級到高清音頻或音頻處理算法的選項，以優(yōu)化車內(nèi)的聲音分布。SOTA可用于在交易發(fā)生后的幾分鐘內(nèi)促進此類升級，從而為OEM提供有利可圖的額外收入來源。

SOTA 注意事項

在OEM考慮在車輛中實施SOTA之前，必須檢查幾個系統(tǒng)特性，例如需要多少帶寬，節(jié)點之間的傳輸如何協(xié)調(diào)以及是否需要安全性。

SOTA 解決方案提供的帶寬必須在典型軟件更新文件大小和可用于通過網(wǎng)絡(luò)傳輸軟件更新的時間的上下文中考慮。盡管許多軟件下載以增量格式提供，其中僅包含需要更改的軟件組件，但文件大小仍然可以在數(shù)十兆字節(jié)的范圍內(nèi)。如果可用帶寬在千字節(jié)范圍內(nèi)，則下載軟件更新可能需要數(shù)十分鐘，而不是在服務(wù)設(shè)置中可能更實用的分鐘或秒。

傳輸協(xié)調(diào)注意事項包括確保在網(wǎng)絡(luò)上可靠傳輸信息所必需的協(xié)議方面：握手、錯誤檢測和糾錯。握手是 SOTA 節(jié)點協(xié)商并確認通過鏈路傳輸數(shù)據(jù)的過程，例如，確保在傳輸下一個塊之前成功完成傳輸?shù)拿總€塊。錯誤檢測是SOTA節(jié)點監(jiān)控通過鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以識別傳輸中何時發(fā)生錯誤的過程。例如，在源節(jié)點和目標節(jié)點中計算的循環(huán)冗余校驗 （CRC） 值通常用于此類要求。糾錯是 SOTA 節(jié)點響應(yīng)錯誤條件并從錯誤條件（如果可能）中恢復(fù)的過程。有幾種技術(shù)可以實現(xiàn)糾錯 - 從重新請求源節(jié)點到重新傳輸錯誤接收的數(shù)據(jù)塊，再到使用前向糾錯 （FEC） 等方案修復(fù)損壞的數(shù)據(jù)。

根據(jù)SOTA解決方案提供的帶寬和傳輸協(xié)調(diào)要求，可能需要在不同的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和傳輸協(xié)調(diào)。汽車ECU通常具有多個通信接口（A2B， CAN， LIN， CXPI， 以太網(wǎng)， FlexRay， 等等）對于不同的負載，這通常不是問題。但是，如果可能的話，顯然最好在同一鏈路上同時容納數(shù)據(jù)傳輸和傳輸協(xié)調(diào)。

汽車網(wǎng)絡(luò)中安全漏洞的后果在很多場合都得到了強調(diào)，在這些場合中，道德黑客已經(jīng)控制了車輛網(wǎng)絡(luò)，并展示了行使雨刮器、立體聲甚至制動等功能所涉及的風(fēng)險。這些弱點可能對車輛乘員和其他道路使用者的安全造成災(zāi)難性影響。原始設(shè)備制造商必須采取措施，確保在所有車載網(wǎng)絡(luò)上進行適當?shù)纳矸蒡炞C，以防止未經(jīng)授權(quán)的節(jié)點或用戶獲得訪問。

已經(jīng)提到的許多已建立的汽車網(wǎng)絡(luò)適用于SOTA架構(gòu)，例如CAN或以太網(wǎng)。近年來，A2ADI公司的B已成為滿足日益復(fù)雜的音頻要求的實際選擇。與其他連接解決方案相比，擁有顯著的音頻帶寬優(yōu)勢，A2B 還提供了傳輸數(shù)據(jù)的能力，使 OEM 有機會將 SOTA 功能整合到其音頻網(wǎng)絡(luò)中，而無需額外的硬件要求。

A2B 概述

A2B 是一種高帶寬、雙向數(shù)字總線，最初旨在解決汽車應(yīng)用中出現(xiàn)的音頻分配挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的汽車音頻架構(gòu)通常涉及音響主機、放大器、揚聲器和麥克風(fēng)之間的多個點對點模擬連接。一個2B解決了點對點模擬連接的許多挑戰(zhàn)：電纜重量、電纜成本、布線困難以及多個連接的可靠性問題。A2B 有助于傳輸完全同步的音頻數(shù)據(jù)（I2S/TDM/PDM） 和控制數(shù)據(jù) （I2C/SPI）使用非屏蔽雙絞線 （UTP） 電纜和連接器基礎(chǔ)設(shè)施的分布式多節(jié)點音頻系統(tǒng)。

A 上最多支持 32 個音頻通道2上行和下行方向的 B 總線，總帶寬為 50 Mbps。一個2B 的確定性延遲小于 50 μs，使其成為對延遲敏感的應(yīng)用極具吸引力的解決方案，例如主動降噪 （ANC）、道路噪聲消除 （RNC）、回聲消除和降噪 （AEC-NR） 以及波束成形 （BF）。

A2B 支持多種不同的拓撲結(jié)構(gòu)，如點對點、菊花鏈和分支，使其適用于各種汽車應(yīng)用，從具有主機和麥克風(fēng)模塊的入門級信息娛樂系統(tǒng)到更復(fù)雜的音頻系統(tǒng)，例如具有多個麥克風(fēng)、揚聲器和加速度計的 ECU 的 RNC。

A2B 網(wǎng)絡(luò)由一個主節(jié)點和最多16個子節(jié)點組成，節(jié)點之間的最大電纜長度為15 m，主節(jié)點和最終子節(jié)點之間的最大電纜長度為80 m（包括分支）。主節(jié)點包含一個2連接到主機處理器的 B 收發(fā)器，可以發(fā)送音頻、控制數(shù)據(jù)和 I2C/SPI 數(shù)據(jù)到 A 上2B 音頻總線。子節(jié)點（從具有大量處理的復(fù)雜功率放大器到簡單的麥克風(fēng)節(jié)點）的復(fù)雜程度各不相同，包含2B 類收發(fā)器，可連接到各種外圍設(shè)備，如麥克風(fēng)、數(shù)字信號處理器 （DSP）、揚聲器、傳感器（例如加速度計）或 D 類放大器。

主節(jié)點和子節(jié)點收發(fā)器器件支持各種增值功能，如時分復(fù)用 （TDM） 和脈沖密度調(diào)制 （PDM） 麥克風(fēng)輸入。A的成本降低衍生物2B 收發(fā)器具有優(yōu)化的功能集，例如端點子節(jié)點收發(fā)器（不支持 TDM）和優(yōu)化的主節(jié)點收發(fā)器（減少電纜長度，減少子節(jié)點）。

除了支持 A2B 節(jié)點，本地供電，A2B 提供總線電源，以促進具有挑戰(zhàn)性的音頻系統(tǒng)架構(gòu)，如有源遠程調(diào)諧器和創(chuàng)新音頻功能，如支持 D 類的頭枕揚聲器。最新一代的 A2B收發(fā)器（AD243x）能夠支持標準總線功率模式（高達2.7 W）或高功率模式（高達50 W）。

從一開始就設(shè)計為汽車鏈節(jié)，A2B 具有一流的 EMI/EMC 性能，收發(fā)器中集成了幾個特定的設(shè)計考慮因素（例如，可配置的輸出功率水平），以緩解汽車一級供應(yīng)商和 OEM 通常遇到的 EMC 挑戰(zhàn)。一個2B 針對全套汽車 EMC 測試進行了全面測試，例如 CISPR 25 5 類（輻射）、ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9、ISO 7637-3（抗擾度）和 ISO 10605（ESD）。

通過 A 傳輸數(shù)據(jù)2B

除了支持音頻傳輸之外，A2B還有助于通過總線傳輸其他形式的數(shù)據(jù)的幾種機制。A 的基本結(jié)構(gòu)之一2支持通過總線傳輸音頻和數(shù)據(jù)的 B 是超幀，該結(jié)構(gòu)由多個下行和上行同步數(shù)據(jù)槽、同步控制和同步響應(yīng)幀組成。同步數(shù)據(jù)槽承載I2S和TDM數(shù)據(jù)在音頻應(yīng)用中，也可用于承載其他類型的數(shù)據(jù)，以滿足SOTA應(yīng)用的要求。

主節(jié)點啟動超幀的傳輸，添加同步（音頻）和異步（I2C/SPI）數(shù)據(jù)在同步控制幀之后。每個子節(jié)點可以使用或使用一些下游數(shù)據(jù)，并為其他下游節(jié)點添加數(shù)據(jù)?？偩€上的最后一個子節(jié)點構(gòu)建超幀的上游部分，每個節(jié)點在同步響應(yīng)幀之后添加任何其他同步數(shù)據(jù)。每個節(jié)點都可以使用或使用上游數(shù)據(jù)。

圖2.超框架結(jié)構(gòu)。

由幾代 A 支持的另一種數(shù)據(jù)傳輸機制2B 收發(fā)器是郵箱。主節(jié)點和子節(jié)點可以使用郵箱發(fā)送 I2網(wǎng)絡(luò)中的 C 消息 — 從主節(jié)點到子節(jié)點或從子節(jié)點到主節(jié)點。郵箱通常用于在主節(jié)點（例如，主機）中的主機和子節(jié)點（例如，放大器）中的處理器之間建立握手。

主機處理器可以通過加載所需的數(shù)據(jù)來啟動與子節(jié)點中的處理器的通信，跨2B總線，進入子節(jié)點A的郵箱寄存器2B 收發(fā)器。該 A2子節(jié)點中的 B 收發(fā)器提醒子節(jié)點中的處理器存在 I2通過中斷引腳的 C 消息。子節(jié)點中的處理器可以直接通過 I 讀取消息2C 從 A2B 收發(fā)器。子節(jié)點中的處理器可以通過將要傳輸?shù)乃钄?shù)據(jù)加載到郵箱 I 中來啟動與主節(jié)點中的主機的通信2C 寄存器中的子節(jié)點收發(fā)器。該 A2主節(jié)點中的 B 收發(fā)器提醒主機存在 I2C消息通過中斷引腳在子節(jié)點收發(fā)器中。主機然后可以選擇讀取子節(jié)點收發(fā)器郵箱寄存器中跨 A 的數(shù)據(jù)2B巴士。

第三種運輸機構(gòu)，在最新一代 A 中引入2B收發(fā)器系列（AD243x）是在A的同步插槽內(nèi)遠距離傳輸SPI數(shù)據(jù)2B 超幀。該 A2B 收發(fā)器 SPI 接口可用于多種不同的應(yīng)用，以配置2SPI時鐘速率高達10 MHz的B收發(fā)器，可實現(xiàn)對子節(jié)點收發(fā)器中的寄存器和狀態(tài)信息的直接訪問，與子節(jié)點中支持SPI的外圍設(shè)備通信，甚至促進子節(jié)點之間的SPI到SPI通信，而無需主節(jié)點的參與。前幾代 A2B收發(fā)器沒有SPI接口，能夠透明地將具有SPI數(shù)據(jù)的超幀上游和下游傳遞到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點。

A2B 參考軟件

A2B 在整個網(wǎng)絡(luò)中具有最低的處理要求，主控制器可以遠程執(zhí)行整個網(wǎng)絡(luò)的完整初始化。為了支持網(wǎng)絡(luò)配置和配置后與網(wǎng)絡(luò)的交互（例如，事件/中斷驅(qū)動、寄存器輪詢），ADI提供了全面的ISO/IEC 15504（汽車SPICE）認證軟件包。該軟件有多種變體，包括與嵌入式 C、Linux、Android 和 QNX 兼容的變體，以幫助縮短客戶的上市時間，并確保與最佳實踐收發(fā)器配置保持一致。

除了提供用于支持A基本操作的軟件外2B、可選配軟件包，協(xié)助客戶演練跨A數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?B. 軟件包可用于利用2B 功能已經(jīng)討論過，如圖 3 所示。該 A2B 通信通道軟件附加組件利用 A2B 郵箱在網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點之間傳輸信息。該 A2B 數(shù)據(jù)管道軟件附加組件利用 A2B 同步插槽，用于在網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點之間傳輸信息。該 A2B 數(shù)據(jù)隧道軟件附加組件利用 A2B SPI數(shù)據(jù)遠距離傳輸網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點之間的信息。

圖3.A 的相關(guān)性2B 用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布蛙浖δ堋?/p>

A的組合2帶有通信通道軟件附加組件的 B 郵箱功能以高達 15 kbps 的速率提供數(shù)據(jù)吞吐量。雖然郵箱功能對診斷等應(yīng)用程序很有用，但對于帶寬密集型應(yīng)用程序（如 SOTA）來說，吞吐量不足。

A的組合2帶有數(shù)據(jù)管道軟件附加組件的 B 同步插槽能夠以超過 1 Mbps 的速率提供數(shù)據(jù)吞吐量。這為 SOTA 應(yīng)用提供了更具吸引力的通信速度，例如，在 20 秒內(nèi)傳輸 20 Mb 文件。遠距離 SPI 數(shù)據(jù)與 A 的組合2B 數(shù)據(jù)隧道軟件附加組件能夠以超過 16 Mbps 的速率提供數(shù)據(jù)吞吐量。這在 A 上產(chǎn)生了最快的數(shù)據(jù)通信速度2B 總線 — 例如，在 7 秒內(nèi)傳輸 100 Mb 文件。

A2B 工具

A2B 還通過ADI公司業(yè)界認可的算法和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計工具SigmaStudio提供支持。SigmaStudio支持A的各個方面?2B 設(shè)計導(dǎo)入流程 — 通過拖放 A 進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計2B節(jié)點及輔助設(shè)備、節(jié)點配置、誤碼率分析、帶寬計算、功耗計算。SigmaStudio組合提供的數(shù)據(jù)并生成.c和.h文件，以集成到客戶應(yīng)用軟件中。

測試設(shè)備是任何汽車技術(shù)的重要生態(tài)系統(tǒng)元素，并且2B也不例外。ADI公司將加入其他值得信賴的測試設(shè)備供應(yīng)商的行列，這些測試設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)提供2具有全功能 A 的 B 分析儀和監(jiān)測儀2B總線分析儀專為支持新型AD243x產(chǎn)品系列的所有特性而開發(fā)。

A2B 分析器可以模擬 A 中的主節(jié)點或子節(jié)點2B 網(wǎng)絡(luò)。這在設(shè)計和原型化 A 時有所幫助2B 網(wǎng)絡(luò)。A2B 監(jiān)視器用作 A 上的被動監(jiān)視節(jié)點2B 網(wǎng)絡(luò)，觀察 A2B音頻和數(shù)據(jù)通過節(jié)點，同時支持音頻的輸入和輸出。這些工具有助于縮短上市時間并為客戶降低設(shè)計復(fù)雜性。它們還加速了在 A 的所有階段中觀察到的任何問題的調(diào)試和調(diào)查2B 設(shè)計導(dǎo)入。

A2B 擁有多個第三方設(shè)計服務(wù)合作伙伴，在引入 A 方面有著良好的記錄2B設(shè)計推向市場。這些合作伙伴提供一系列服務(wù)，從現(xiàn)成的硬件模塊到定制的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計支持。

AD243x系列的四種通用器件推薦用于汽車應(yīng)用，概述見表1。

該 A2通過ADI公司的一系列產(chǎn)品評估板支持B音頻總線，這些產(chǎn)品評估板涵蓋A的各種通用器件2B 收發(fā)器。這些板由其他幾個 A 補充2由一系列第三方設(shè)計服務(wù)提供的 B 板。

總結(jié)

A2B 被廣泛認為是汽車市場中音頻網(wǎng)絡(luò)的實際選擇。無論系統(tǒng)涉及音頻分配還是聲學(xué)功能（例如道路降噪或降噪），A 提供的眾多優(yōu)勢2B，如低延遲和出色的EMC性能，是眾所周知和理解的。該 A2B產(chǎn)品組合還具有在同一網(wǎng)絡(luò)上傳輸非音頻數(shù)據(jù)的能力，為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了幾個新選擇，包括能夠輕松有效地支持音頻網(wǎng)絡(luò)上的SOTA。

審核編輯：郭婷