1. 什么是域控制器
過去十多年的汽車智能化和信息化發(fā)展產(chǎn)生了一個顯著結(jié)果就是ECU芯片使用量越來越多。從傳統(tǒng)的引擎控制系統(tǒng)、安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)；再到智能儀表、娛樂影音系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)；還有電動汽車上的電驅(qū)控制、電池管理系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)，以及蓬勃發(fā)展的車載網(wǎng)關(guān)、T-BOX和自動駕駛系統(tǒng)等等。
傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)都是分布式的（如下圖2-1），汽車?yán)锏母鱾€ECU都是通過CAN和LIN總線連接在一起，現(xiàn)代汽車?yán)锏腅CU總數(shù)已經(jīng)迅速增加到了幾十個甚至上百個之多，整個系統(tǒng)復(fù)雜度越來越大，幾近上限。在今天軟件定義汽車和汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢下，這種基于ECU的分布式EEA也日益暴露諸多問題和挑戰(zhàn)。
圖2-1 汽車分布式EEA
為了解決分布式EEA的這些問題，人們開始逐漸把很多功能相似、分離的ECU功能集成整合到一個比ECU性能更強(qiáng)的處理器硬件平臺上，這就是汽車“域控制器（Domain Control Unit，DCU）”。域控制器的出現(xiàn)是汽車EE架構(gòu)從ECU分布式EE架構(gòu)演進(jìn)到域集中式EE架構(gòu)（如圖2-2所示）的一個重要標(biāo)志。
域控制器是汽車每一個功能域的核心，它主要由域主控處理器、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件及算法等三部分組成。平臺化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心設(shè)計(jì)思想。依托高性能的域主控處理器、豐富的硬件接口資源以及強(qiáng)大的軟件功能特性，域控制器能將原本需要很多顆ECU實(shí)現(xiàn)的核心功能集成到進(jìn)來，極大提高系統(tǒng)功能集成度，再加上數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)化接口，因此能極大降低這部分的開發(fā)和制造成本。
對于功能域的具體劃分，各汽車主機(jī)廠家會根據(jù)自身的設(shè)計(jì)理念差異而劃分成幾個不同的域。比如BOSCH劃分為5個域：動力域（Power Train）、底盤域（Chassis）、車身域（Body/Comfort）、座艙域（Cockpit/Infotainment）、自動駕駛域（ADAS）。這也就是最經(jīng)典的五域集中式EEA，如下圖2-2所示。也有的廠家則在五域集中式架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步融合，把原本的動力域、底盤域和車身域融合為整車控制域，從而形成了三域集中式EEA，也即：車控域控制器（VDC，Vehicle Domain Controller）、智能駕駛域控制器（ADC，ADAS\AD Domain Controller）、智能座艙域控制器（CDC，Cockpit Domain Controller）。大眾的MEB平臺以及華為的CC架構(gòu)都屬于這種三域集中式EEA。
圖2-2 域集中式EE架構(gòu)
2. 域控制器市場概述
2018年，基于德爾福提供的域控制器技術(shù)，奧地利TTTech公司開發(fā)的zFAS控制器率先應(yīng)用在奧迪A8當(dāng)中。偉世通公司則推出了SmartCore域控制器，集成信息娛樂、儀表板、信息顯示、HUD、ADAS等功能。這些產(chǎn)品開創(chuàng)了商用功能域控制器產(chǎn)品之先河，全球各大Tier 1供應(yīng)商紛紛跟進(jìn)，整個域控制器市場逐漸發(fā)展起來。
在國內(nèi)市場，華為、德賽西威、航盛電子、東軟等企業(yè)也推出了DCU解決方案，并得到了國內(nèi)車企的采用。比如，2020年小鵬汽車推出的智能轎跑P7就采用了德賽西威基于英偉達(dá)Xavier打造的自動駕駛域控制器產(chǎn)品——IPU03。
當(dāng)前，整個業(yè)界對DCU市場都有非常樂觀的預(yù)期。據(jù)佐思產(chǎn)研的預(yù)測，2025年全球汽車DCU（座艙+自動駕駛）出貨量將超過1400萬套，2019-2025期間年平均增長高達(dá)50.7%。
圖2-3 全球域控制器市場預(yù)測
整個汽車行業(yè)普遍認(rèn)為，域控制器是汽車電子行業(yè)未來競爭門檻最高的部分，因此利潤也最高，芯片廠商和核心算法供應(yīng)商將會受益。
(一) 域控制器市場快速增長背后的驅(qū)動因素
更多更好的ADAS功能和智能座艙與信息娛樂功能一直是推動域控制器市場快速增長的主要因素，這些新功能能明顯提高整車的科技感和用戶體驗(yàn)，因此也是主機(jī)廠開發(fā)新車型時(shí)的投入重點(diǎn)。L1到L2+級別之間的ADAS應(yīng)用是這幾年發(fā)展非常快，很多功能都正在快速普及，比如：停車輔助、車道偏離預(yù)警、自適應(yīng)巡航、碰撞避免、盲點(diǎn)偵測、駕駛員疲勞探測等。
域控制器需要一顆性能更強(qiáng)、集成度越高的主控處理器來作為其大腦，更多原本通過分離ECU實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在可以放到域主控處理器上來實(shí)現(xiàn)，也因此就能更加節(jié)省功能域里所需的ECU用量和其它硬件資源。更高的集成度可以更主機(jī)廠供應(yīng)鏈管理實(shí)現(xiàn)ADAS域控和相關(guān)零部件平臺化和標(biāo)準(zhǔn)化的要求。
(二) 對域控制器供應(yīng)鏈的影響
汽車E/E架構(gòu)的演進(jìn)和發(fā)展，也深刻影響了主機(jī)廠和汽車電子供應(yīng)商的供應(yīng)關(guān)系。主機(jī)廠的核心競爭力從以前的機(jī)械制造為主，全面轉(zhuǎn)向軟件和算法為重點(diǎn)。預(yù)計(jì)未來整車廠與Tier 1供應(yīng)商之間將可能有兩種合作模式：
- 其一，Tier 1負(fù)責(zé)域控制器硬件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，以及中間層Middleware軟件部分。整車廠負(fù)責(zé)自動駕駛軟件部分。Tier 1的優(yōu)勢在于以合理的成本將產(chǎn)品生產(chǎn)出來并且加速產(chǎn)品落地，因此整車廠和Tier 1進(jìn)行合作生產(chǎn)方式是必然，前者負(fù)責(zé)自動駕駛軟件部分，后者負(fù)責(zé)硬件生產(chǎn)、中間層以及芯片方案整合。這種模式下，在項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)，整車廠又可能跨過Tier 1直接與芯片廠商確定方案的芯片選型。
- 其二，Tier 1自己與芯片商合作，做方案整合后研發(fā)中央域控制器并向整車廠銷售，例如大陸ADCU、采埃孚ProAI、麥格納MAX4等。
2.1 智能座艙域控制器
座艙智能化的實(shí)質(zhì)是基于汽車駕駛艙中的人機(jī)交互場景，將駕駛信息與娛樂信息兩個模塊進(jìn)行集成，為用戶提供高效的、直觀的、充滿未來科技感的駕駛體驗(yàn)。智能座艙的設(shè)計(jì)訴求主要是用于提升用戶的駕乘體驗(yàn)，同時(shí)還要保證用戶駕乘的安全性和舒適性，最終實(shí)現(xiàn)汽車作為人們工作和家庭場景以外的第三生活空間這一終極目標(biāo)。
智能座艙域包括HUD、儀表盤（Cockpit）和車載娛樂信息系統(tǒng)（In-Vehicle Infotainment，簡稱IVI）三個最主要的組成部分。
HUD是非常實(shí)用的功能，將ADAS和部分導(dǎo)航功能投射到擋風(fēng)玻璃上，諸如ACC、行人識別、LDW、路線提示、路口轉(zhuǎn)彎提示、變道提示、剩余電量、可行駛里程等。HUD將很快會演變?yōu)锳R HUD，在L3和L4時(shí)代成為標(biāo)配。
進(jìn)入L3時(shí)代，駕駛員狀態(tài)監(jiān)測（Driver Status Monitor，DMS）將成為必備的功能，包括：面部識別、眼球追蹤、眨眼次數(shù)跟蹤等將引入機(jī)器視覺和深度學(xué)習(xí)算法。而L4時(shí)代則必備V2X（Vehicle to everything）。
另外，多模態(tài)交互技術(shù)的蓬勃發(fā)展將會極大改變用戶與汽車的交互模式。基于語音識別功能的語音交互技術(shù)越來越普及，常用于跟IVI系統(tǒng)的交互操作。進(jìn)一步還能通過語音來對駕駛員進(jìn)行情緒狀態(tài)分析。當(dāng)DMS系統(tǒng)檢測到駕駛員昏昏欲睡時(shí)，系統(tǒng)可以通過播放音樂或者釋放香味來喚醒駕駛員；基于多場景下的汽車座艙多模態(tài)交互技術(shù)未來一定會重新定義人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展。
所有這些智能座艙新技術(shù)的發(fā)展，都將推動對座艙域計(jì)算資源需求的暴增。
智能座艙域控制器領(lǐng)域，全球Tier 1廠商主要包括：博世、大陸汽車、哈曼、偉世通和Aptiv（安波福）等。中國本土企業(yè)主要有德賽西威、航盛和東軟睿馳等。
| 廠商 | 芯片平臺 | 座艙域控制器名稱 | 操作系統(tǒng)/Hypervisor | 客戶 |
| 偉世通 | 高通 | SmartCore | Android，Linux | 吉利汽車、戴姆勒奔馳、東風(fēng)、廣汽 |
| 大陸 | 高通/瑞薩 | 集成式車身電子平臺IIP | QNX/PikeOS |
|
| 博世 | 高通 | AI Car Computer | AGL | 通用 |
| Aptiv | 英特爾 | ICC | Linux/ARCN | 長城、奧迪、沃爾沃 |
| 德賽西威 |
高通820A
TI Jacinto6
|
智能座艙域控制器 |
|
理想汽車 |
| 東軟睿馳 | 英特爾 | C4-A1fus | Linux/ARCN |
|
表2-1 全球主要座艙域控制器廠商信息
2.2 ADAS域控制器
ADAS域控制器通常需要連接多個攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器設(shè)備，要具備多傳感器融合、定位、路徑規(guī)劃、決策控制、無線通訊、高速通訊的能力，要完成包含圖像識別、傳感器數(shù)據(jù)處理等諸多功能，因此要完成大量運(yùn)算，域控制器一般都要匹配一個核心運(yùn)算力強(qiáng)的處理器，能夠提供自動駕駛不同級別算力的支持，目前業(yè)內(nèi)有NVIDIA、華為、瑞薩、NXP、TI、Mobileye、賽靈思、地平線等多個方案。
自動駕駛技術(shù)目前是全球科技行業(yè)最前沿的方向。L1到L2+級別的輔助駕駛技術(shù)和功能已經(jīng)日趨成熟，搭載ADAS功能和應(yīng)用的很多車型開始進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)。可以遇見L1/L2級別ADAS功能的市場滲透率將快速提升，而L3/L4級別自動駕駛系統(tǒng)仍處于小規(guī)模原型測試階段。
當(dāng)今的自動駕駛行業(yè)，中國市場絕對是主力。今年中國L2的搭載量預(yù)計(jì)突破80萬，中國品牌占據(jù)絕大部分份額。未來中國市場ADAS功能的滲透率還將持續(xù)快速提高，中低端汽車所配置的ADAS功能將逐步增多。根據(jù)艾瑞咨詢研究報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2025年ADAS功能在乘用車市場可以達(dá)到65%左右的滲透率。L3級別的高速自動領(lǐng)航HWP功能和L4級別的AVP自動泊車功能，目前車型滲透率較低，未來提升空間較大。
圖2-4 中國ADAS功能市場滲透率預(yù)測
ADAS域控制器正在從過去的分布式系統(tǒng)架構(gòu)演變到域集中式架構(gòu)。過去一套ADAS系統(tǒng)，要有好幾個獨(dú)立的ECU才能實(shí)現(xiàn)，比如車道偏移和交通識別ECU、前向碰撞預(yù)警ECU、泊車輔助ECU等。現(xiàn)在有了功能強(qiáng)大的集中式ADAS域控制器后，一個域控制器就實(shí)現(xiàn)了所有功能。系統(tǒng)的軟硬件復(fù)雜度大大降低，可靠性也得到了提高。
目前業(yè)內(nèi)提供ADAS域控芯片平臺的有NVIDIA、華為、瑞薩、NXP、TI、Mobileye，以及國內(nèi)本土的地平線和黑芝麻等多個方案。下表2-2總結(jié)了全球主要ADAS域控制器廠商及其客戶和伙伴信息。
|
廠商 |
ADAS域 控制器名稱 |
計(jì)算芯片平臺 | 自動駕駛等級 | 功能安全 | 操作系統(tǒng) | 客戶和量產(chǎn)、SOP計(jì)劃 |
| 偉世通 | DriveCore | 支持NVIDIA、高通和NXP的處理器架構(gòu) | L2-L4 | ASIL-D | AutoSAR CP，Auto AP，Linux等 | 廣汽，以及歐洲2家主機(jī)廠，計(jì)劃2022年SOP |
| 大陸 | ADCU |
NVIDIA DRIVE Xavier |
L3/L4 | ASIL-D | AutoSAR Adaptive平臺 | 與NVIDIA合作的L3級別自動駕駛域控制器平臺 |
|
車載服務(wù)器 （ICAS1） |
NVIDIA | L2 | ASIL-C/D | 大眾MEB平臺ID.3系列電動汽車 |
|
|
| 博世 | DASy 1.0 | NVIDIA | L2/L2+ | ASIL-C/D | AutoSAR CP，AutoSAR AP | 已于2019年SOP，支持HWP/TJA等L2+級別的功能 |
| DASy 2.0 | NVIDIA DRIVE Xavier | L3/L4 | ASIL-D | AutoSAR AP，Linux | 2022年SOP |
|
| TTTech | zFAS/iECU | NVIDIA TX2/Xavier | / | / | / | 奧迪、上汽 |
| Aptiv | 中央傳感定位和規(guī)劃（CSLP）平臺 | Intel Mobileye | / | / | / | / |
| Veoneer |
宙斯Zeus Super Computer |
NVIDIA Xavier |
|
/ | / | / |
| 采埃孚 | 中央控制器ProAI | NVIDIA Xavier | / | / | / | 跟百度Apollo合作，客戶是奇瑞 |
| 麥格納 | MAX4 | / | / | / | / | 寶馬 |
| 環(huán)宇智行 | TITAN | NVIDIA Xavier | / | / | / | / |
| 布谷鳥 | Auto Wheel | NXP | / | / | / | 合作伙伴包括NXP、Renesas、Sony等 |
| 知行科技 | iMo DCU中央控制器 | TI Jacinto/NXP | / | / | / | 眾泰 |
| 經(jīng)緯恒潤 | ADAS Domain Controller | NXP | / | / | / | / |
| 東軟睿馳 | ADAS DCU | Xilinx | / | / | / | 乘用車和商用車主機(jī)廠 |
| 德賽西威 | 自動駕駛平臺 | NVIDIA Xavier | / | / | / | 小鵬汽車 |
表2-2 全球主要ADAS域控制器廠商信息
域控制器的興起對傳統(tǒng)的汽車MCU廠商造成了極大的挑戰(zhàn)，“因?yàn)镸CU使用量將大大減少，傳統(tǒng)的MCU產(chǎn)品其演進(jìn)路線將不復(fù)存在”。
在分布式ECU時(shí)代，計(jì)算和控制的核心是MCU芯片，傳輸?shù)幕A(chǔ)核心是基于傳統(tǒng)的CAN、LIN和FlexRay等低速總線。但在域控制器時(shí)代，高性能、高集成度的異構(gòu)SoC芯片作為域的主控處理器，將成為域控制器的計(jì)算與控制的核心芯片。而汽車TSN（Time-Sensitive Network）以太網(wǎng)因?yàn)榫哂懈邘挕?shí)時(shí)和可靠的數(shù)據(jù)通信能力等特點(diǎn)，必將成為整車通信的核心基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是域主控處理器之間的通信主干網(wǎng)。
下面我們來簡單分析一下域控制器以及核心的主控處理器的一些關(guān)鍵技術(shù)和趨勢。
3.1 高性能
總的來說，對算力的需求提升一直是域控制器核心芯片發(fā)展的主要推動力。一方面原本由多個ECU完成的功能，現(xiàn)在需要依靠單一的域主控處理器來完成，并且還需要管理和控制所連接的各種傳感器與執(zhí)行器等。比如：底盤、動力傳動系統(tǒng)和車身舒適電子系統(tǒng)的域主控處理器，其算力需求大約在10000DMIPS-15000DMIPS左右。
圖2-5 汽車域控制器對CPU DMIPS算力的需求預(yù)測
新的智能汽車，除了要更多的與人交互外，更需要大量的對環(huán)境進(jìn)行感知，這就需要計(jì)算和處理海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，因此座艙域和自動駕駛域都要求高性能的CPU，比如就座艙儀表的CPU算力而言，它其實(shí)跟一部高端智能手機(jī)的CPU算力差不多，約為50000DMIPS左右。此外，為了支持L2輔助駕駛功能或者更高級別的自動駕駛功能，需要運(yùn)行很多視覺DNN模型算法，這就又額外需要上百TOPS的AI算力。
所以，各芯片廠商總是會盡量使用更先進(jìn)的制程工藝、更先進(jìn)的CPU核于與NPU核來盡量提高域主控芯片的CPU核心性能與NPU性能。
3.2 高異構(gòu)性
伴隨著AI技術(shù)在視覺領(lǐng)域的應(yīng)用，基于視覺的自動駕駛方案逐漸興起，這就需要在CPU的基礎(chǔ)上加裝擅長視覺算法的GPU芯片，從而形成“CPU+GPU”的解決方案。不過，“CPU+GPU”組合也并非最優(yōu)解決方案，因?yàn)?GPU 雖然具備較強(qiáng)的計(jì)算能力，但成本高、功耗大，由此又逐步引入了FPGA和 ASIC 芯片。
總體來看，單一類型的微處理器，無論是 CPU、GPU、FPGA還是ASIC，都無法滿足更高階的自動駕駛需求，域控制器中的主控芯片會走向集成“CPU+xPU”的異構(gòu)式 SoC（xPU 包括 GPU/FPGA/ASIC等），從而能較好的支撐各種場景的硬件加速需求。
3.3 高集成度
從功能層面上，域控制器會整合集成越來越多的功能。比如動力系統(tǒng)域可能把發(fā)動機(jī)的控制、電機(jī)控制、BMS、車載充電機(jī)的控制組合在一起。有些主機(jī)廠甚至直接一步到位，將底盤、動力傳動以及車身三大功能域直接整合成一個“整車控制域（Vehicle Domain Controller，VDC）”。
要支持這些功能的整合，作為域控制器的大腦，域主控處理器SoC就需要集成盡可能多的接口類型，比如：USB、Ethernet、I2C、SPI、CAN、LIN以及FlexRay等等，從而能連接和管理各種各樣的ECU、傳感器和執(zhí)行器。
3.4 硬件虛擬化
對硬件虛擬化技術(shù)的需要主要來自兩方面：（1）硬件資源的分區(qū)與隔離；（2）支持混合安全等級。
原本需要多個ECU實(shí)現(xiàn)的多個功能都整合到域控制器上后，勢必會導(dǎo)致域控制器的軟件更為復(fù)雜，這勢必會導(dǎo)致整個軟件系統(tǒng)的出錯概率增加、可靠性下降。而且多個應(yīng)用混合運(yùn)行在同一個操作系統(tǒng)上，經(jīng)常會出現(xiàn)故障傳播（Failure Propagation），也就是一個應(yīng)用出現(xiàn)問題后，會使得整個系統(tǒng)底層軟件和硬件都處于紊亂狀態(tài)，從而導(dǎo)致其它原本正常的應(yīng)用也會開始出現(xiàn)故障。因此通過硬件虛擬化技術(shù)對硬件資源進(jìn)行分區(qū)（Partition），使得各個功能對應(yīng)的軟硬件之間互相隔離（Isolation），以此保證整個系統(tǒng)的可靠性。
另一方面，在汽車電子系統(tǒng)中，通常不同的應(yīng)用其對實(shí)時(shí)性要求和功能安全等級要求都不同。例如，根據(jù)ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)，汽車儀表系統(tǒng)與娛樂信息系統(tǒng)屬于不同的安全等級，具有不同的處理優(yōu)先級。汽車儀表系統(tǒng)與動力系統(tǒng)密切相關(guān)，要求具有高實(shí)時(shí)性、高可靠性和強(qiáng)安全性，要求運(yùn)行在底層實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上（比如QNX）。而信息娛樂系統(tǒng)主要為車內(nèi)人機(jī)交互提供控制平臺，追求多樣化的應(yīng)用與服務(wù)，以Linux和Android為主。為了實(shí)現(xiàn)混合安全等級的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)不同的操作系統(tǒng)運(yùn)行在同一個系統(tǒng)上，這就需要虛擬化技術(shù)的支持。
車載硬件虛擬化技術(shù)的核心是Hypervisor，它是一種運(yùn)行在物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的中間層軟件，可以允許多個不同虛機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用共享一套基礎(chǔ)物理硬件。當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，首先運(yùn)行Hypervisor，由它來負(fù)責(zé)給每一臺虛擬機(jī)分配適量的內(nèi)存、CPU、網(wǎng)絡(luò)、存儲以及其它硬件資源等等（也就是對硬件資源進(jìn)行分區(qū)），最后加載并啟動所有虛擬機(jī)的客戶操作系統(tǒng)。
一句話總結(jié)一下基于Hypervisor的優(yōu)點(diǎn)：它提供了在同一硬件平臺上承載異構(gòu)操作系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了良好的高可靠性和故障控制機(jī)制, 以保證關(guān)鍵任務(wù)、硬實(shí)時(shí)應(yīng)用程序和一般用途、不受信任的應(yīng)用程序之間的安全隔離，實(shí)現(xiàn)了車載計(jì)算單元整合與算力共享。
3.5 ISO 26262功能安全
功能安全是汽車研發(fā)流程中非常關(guān)鍵的要素之一。隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，來自系統(tǒng)失效和隨機(jī)硬件失效的風(fēng)險(xiǎn)日益增加。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)制定的目的就是更好的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化汽車全生命周期中的功能安全管理和要求，包括：概念階段、系統(tǒng)研發(fā)、硬件研發(fā)、軟件研發(fā)、生產(chǎn)和操作過程、售后等環(huán)節(jié)，尤其重點(diǎn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段如何定義和實(shí)現(xiàn)功能安全的目標(biāo)。
載汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262-5 2018 “產(chǎn)品開發(fā)：硬件層面附錄D”中對處理器單元的診斷覆蓋率推薦的安全技術(shù)措施中，雙核鎖步(dual-core lockstep)、非對稱冗余和編碼計(jì)算是三種典型的硬件冗余技術(shù)措施。除此之外，硬件BIST、軟硬件Self-Test技術(shù)、ECC等也是常見的提高處理器安全特性的設(shè)計(jì)措施。
圖2-6 ISO26262標(biāo)準(zhǔn)中的功能安全芯片設(shè)計(jì)技術(shù)
雙核鎖步CPU是一種CPU冗余技術(shù)，在一個芯片中包含兩個相同的處理器，一個作為master core，一個作為slave core，它們執(zhí)行相同的代碼并嚴(yán)格同步，master可以訪問系統(tǒng)內(nèi)存并輸出指令，而slave不斷執(zhí)行在總線上的指令（即由主處理器獲取的指令）。slave產(chǎn)生的輸出，包括地址位和數(shù)據(jù)位，發(fā)送到比較邏輯模塊，由master和slave總線接口的比較器電路組成，檢查它們之間的數(shù)據(jù)、地址和控制線的一致性。檢測到任何總線的值不一致時(shí)，就會發(fā)現(xiàn)其中一個CPU 上存在故障，但不會確定是哪個CPU故障。
這種CPU架構(gòu)使得CPU自檢獨(dú)立于應(yīng)用軟件，不需要執(zhí)行專門的指令集自檢，實(shí)際運(yùn)行的軟件指令在每個時(shí)鐘都進(jìn)行比較，只需要測試軟件用到的CPU資源，但這種架構(gòu)不會對內(nèi)存和總線進(jìn)行檢測，需要增加單獨(dú)的檢測方法以避免兩個CPU的共模故障。
3.6 網(wǎng)絡(luò)卸載引擎
汽車網(wǎng)絡(luò)會存在多種通信總線。骨干網(wǎng)未來勢必會基于TSN以太網(wǎng)來構(gòu)建，但是從域主控處理器到ECU或者傳感器之間的通信則仍然是基于傳統(tǒng)的車載低速總線，比如：CAN、FlexRay等。域主控處理器作為域控制器的核心，是所有ECU和傳感器通信的匯聚中心。因此如果要依靠CPU的算力來完成不同總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，以及跨域通信的網(wǎng)絡(luò)包處理的話，勢必會占用寶貴的CPU算力資源。
因此基于硬件來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換處理的網(wǎng)絡(luò)卸載引擎，對于各個域（包括中央網(wǎng)關(guān)）的域主控處理器是非常重要的技術(shù)。
3.7 Security引擎
連接性（Connectivity）是汽車智能化發(fā)展的一個很重要的趨勢，未來的汽車一定會像今天的手機(jī)一樣隨時(shí)保持連接到互聯(lián)網(wǎng)中。因此如何阻止未經(jīng)授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)訪問，以保護(hù)汽車免于受到黑客的攻擊，對未來的智能汽車而言就會變得極為重要。下一代硬件安全模塊（Hardware Security Module，HSM）正在成為下一代車載網(wǎng)絡(luò)通信的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。
HSM對于完全的安全車載通信（Secure Onboard Communication，SecOC）是必不可少的。HSM能確保所接收到的數(shù)據(jù)的真實(shí)性，防止攻擊者繞過相關(guān)的安全接口，入侵車載網(wǎng)絡(luò)。
基于硬件的安全模塊主要解決兩個問題：
-
密鑰泄漏問題：如果密鑰存儲在應(yīng)用程序的代碼或數(shù)據(jù)中，很容易被泄漏。所以有必要增加一個硬件模塊，專門存儲密鑰。
-
Crypto算法加速：通過內(nèi)核來直接進(jìn)行加密或解密運(yùn)算會占用大量CPU算力資源。因此，有必要通過硬件模塊來進(jìn)行加密解密算法的加速。
SHE（Secure Hardware Extension）標(biāo)準(zhǔn)是由奧迪和寶馬公司合作制定的、針對硬件安全模塊HSM的規(guī)范，它主要包括密碼模塊的硬件、硬件軟件接口。這個規(guī)范已被廣泛接受，很多針對汽車行業(yè)的微處理器都支持這個規(guī)范。
轉(zhuǎn)自汽車ECU開發(fā)
