网关新天域互联

SubbuVenkat德州仪器(TI)Jacinto处理器业务发展经理研发适用于下一代汽车的汽车网关研发适用于下一代汽车的汽车网关22020年11月在半自动化的趋势下,汽车架构正在快速演进,车辆的完全自动驾驶最终会得以实现.
汽车制造商还引入了多种功能,例如智能访问、车辆共享、预测性维护、车辆跟踪、车队管理和无线(OTA)升级,以增强连接性和车载通信.
这些高级功能生成的数据量持续增长,需要通过高性能处理器进行处理,并在CAN、LIN和高速网络(如以太网)等接口之间安全可靠地进行通信.
因此,汽车制造商正在重新评估汽车网关和TCU(telematicscontrolunit,远程信息处理控制单元)系统的架构.
汽车网关汽车网关的核心功能是在车辆内安全可靠地传输数据.
可在车辆中部署多种网关:集中式网关和多个域网关.
汽车中的集中式网关可以在远程信息处理控制单元(TCU)、动力总成、车身、信息娱乐系统、数字驾驶舱和ADAS应用等多个域之间安全可靠地传输数据.
域网关(或域控制器)具有类似的功能,只不过它仅在其相应域内的ECU之间传输数据.
与域网关相比,集中式网关通常需要更强的处理性能、更多的接口和更高的带宽网络协议.
图1说明了如何在车辆中实现这两种类型的网关.
TCUTCU是车辆中用于连接互联网和云的ECU.
随着汽车制造商为车辆配备Wi-Fi、Bluetooth和蜂窝数据选项,连接到互联网和云的汽车变得越来越普遍.
此连接技术使得紧急呼叫(eCall)成为可能,方便乘客在行驶中在线访问娱乐和其他内容,同时还可为车辆中的数字内容提供OTA软件更新.
像车辆共享、用手机访问取代遥控钥匙、车队管理和跟踪、保险提供商远程监控驾驶习惯以及汽车经销商远程监控车辆状况以安排预防性维护(如更换机油)等新兴趋势,都需要车辆连接到互联网和云才能实现.
另一个新兴趋势是车辆能够与车辆、基础设施(如交通信号灯)甚至人类等实体进行通信,这一趋势也有助于实现车辆的完全自动驾驶.
人们形象地称之为车对车(V2V)和车对基础设施(V2I)以及车对行人(V2P).
专用短程通信(DSRC)或c-V2X连接通常有助于实现此类通信.
简而言之,远程信息处理技术可将汽车与外界联系起来.
图2通过图示对远程信息处理进行了说明.
CentralizedGatewayADASPowertrainInfotainmentBodyElectronicsChassis&SafetyDomainController/GatewayECUECUECUECUECUECUECUECUECUECUECUECUDomainController/Gateway图1.
示例SoC架构,具有一个集中式网关和两个域网关.
研发适用于下一代汽车的汽车网关32020年11月不断发展演进的网关和TCU需要应用处理器汽车网关处理器通常是32位微控制器(MCU),具有嵌入式闪存和受支持的网关接口,如控制器局域网(CAN)、本地互联网络(LIN)和FlexRay等低速接口.
然而,随着汽车的ADAS和连接功能不断增加,车辆必须以超低延迟在各个域之间安全可靠地处理越来越多的数据和进行通信.
由于CAN-FD和LIN之类的接口无法以较低的延迟来处理大量数据,因此汽车制造商正在迁移到基于以太网TCP/IP的协议,以应对更高带宽的数据移动.
由于TCP/IP是消费者领域中公认的通信协议,它对人们很有吸引力.
因此,与未经证实的协议相比,其风险更低.
MCU本身可能满足不了未来网关的处理要求,因此性能更高的应用处理器正在取代或填补某些MCU功能,以处理和路由未来网关的数据.
此外,随着车载网络向基于以太网网络的迁移,由应用处理器支持的汽车网关可以帮助快速高效地处理和路由各个域之间的数据.
互联能力是实现OTA更新以刷新娱乐内容和其他服务(如车辆共享/拼车应用和远程车辆访问)所必需的条件.
TCU具有一个用于提供连接的蜂窝或Wi-Fi调制解调器和一个用于处理从调制解调器所接收数据的应用处理器.
处理包括解密数据、验证数据并将其路由到网关或其他域ECU.
在当前的架构中,调制解调器和处理器集成在单个半导体器件中.
但是,由于调制解调器标准在不断发展,因此汽车制造商正在改为使用将调制解调器与处理器分离的架构.
此外,汽车网关和TCU都在向由应用处理器支持、基于以太网的网络迁移.
这种应用处理器具有PCIe等高速连接外设支持,并具有强大的计算能力来处理和路由各个域之间的数据.
将处理器与调制解调器相分离的优点在于,仅更换调制解调器(无需改变处理器及在其上面运行的所有相关软件),即可将ECU快速迁移到新的调制解调器标准.
随着汽车互联性和自动化程度的提高,功能安全和信息安全在汽车网关和TCU中也变得越来越重要.
专用的嵌入式安全处理器或子系统可以帮助保护对车辆安全密钥的访问,增强通信通道的安全性,并确保可信软件更新不会让网络攻击有可趁之机.
功能安全通常在经安全认证的分立MCU中实现.
集成了应用处理器和安全MCU的SoC可为汽车OEM降低物料清单(BOM)成本.
开发成本如前面段落所述,网关和TCU系统在功能方面正变得越来越复杂.
这给汽车制造商带来了高昂的开发成本.
理想情况下,各级/型号的汽车均可避免此项成本.
OEM和一级供应商可以借助JacintoDRAx处理器系列中的任意一款器件来节约开发成本.
该系列处理器可提供可扩展且软件兼容的平台,有助于满足下一代网关和TCU系统的需求.
JacintoDRA8x处理器通过支持各种高速I/O(如PCIe、USB3.
x、千兆以太网以及CAN-FD和LIN等传统汽车外设),帮助增强整个车辆的连接性.
这些处理器还经过专门设计,可用于汽车网关,同时包含片上MCU子系统,以帮助满足TCU、应用处理器和汽车网关所需的实时处理需求和性能.
ExternalWirelessServicesTelematicsAppsProcessorInternalAutomotiveNetworksTCU4G/5GModemGPSCANEthernetLINBLEWiFiV2X图2.
远程信息处理示例.
JacintoDRA82x片上系统(SoC)系列经过优化,可以满足汽车网关、TCU和车辆计算系统的需求.
此器件系列目前包括DRA829V和DRA821SoC,集成了多个计算处理元件,使得汽车网关可以更轻松高效地管理和支持更高的实时数据吞吐量.
由于此系列器件具有ArmCortex-A72内核集群和多个符合ASIL-D标准的ArmCortex-R5F内核集群(可用于实时处理并实现安全关键型应用)、USB-3、集成PCIe开关(在DRA821V中为PCIe控制器)和千兆以太网交换机等高速外设,因此无需外部元件即可实现更高带宽的数据传输.
DRA82x器件系列的另一个关键特性是其集成了功能安全MCU子系统,可使片上操作符合功能安全ASIL-B至ASIL-D标准.
DRA82x器件还包括一套传统的汽车外设,例如CAN-FD和LIN.
对于安全关键型应用,DRA82xSoC通过集成的高安全性模块(HSM)支持安全引导和一个运行时环境.
此外,DRA82x处理器还提供了各种计算能力和外设组合,可为多种汽车网关和车辆计算系统提供成本优化型器件.
JacintoDRA82x处理器支持ProcessorSDK中的多个高级实时操作系统,同时还具有完全兼容且可扩展的软件开发套件(SDK).
借助上述软件支持,OEM可以在其产品系列中利用和重复使用软件设计成果,最终降低开发成本.
有了统一的软件,汽车制造商便能够扩大成本高昂的软件研发投资规模,并通过其整个集中式网关平台为从入门级到高端级在内的各类车辆部署软件.
创新下一代网关系统汽车网关和TCU的架构正在迅速变化,以在汽车的各个域之间高效地处理和移动大量数据.
配备集成MCU子系统、应用处理器和高速I/O功能的可扩展SoC将有助于以更少的系统BOM满足这种新架构的需求.
除网关外,TI的可扩展硬件和软件兼容DRA8xSOC系列有助于满足新网关和TCU架构的需求,从而帮助降低系统BOM成本,以及汽车网关和车辆计算系统的开发成本.
其他资源详细了解适用于汽车网关应用的JacintoDRA8x处理器.
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