電子產(chǎn)品正在征服我們的生活——我們的家庭、辦公室和汽車越來(lái)越依賴電子元件來(lái)提供我們所期待的服務(wù)和體驗(yàn)。自 1947 年推出半導(dǎo)體以來(lái)，采用速度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，我們真正生活在一個(gè)計(jì)算機(jī)化的世界中。

電子革命在汽車行業(yè)尤為引人注目。1930 年代，汽車中的第一個(gè)電子元件與無(wú)線電系統(tǒng)有關(guān)，最終結(jié)合了更多元素來(lái)優(yōu)化汽車，例如交流發(fā)電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理等。

2018 年，車輛現(xiàn)在是名副其實(shí)的帶輪數(shù)據(jù)中心。為了應(yīng)對(duì)當(dāng)今汽車中越來(lái)越多的設(shè)備、功能和服務(wù)，最先進(jìn)的車型通常配備 100 多個(gè)電子控制單元 （ECU）。這個(gè)數(shù)字將繼續(xù)增長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)完全連接的自動(dòng)駕駛汽車。

這些 ECU 連接許多攝像頭、傳感器、雷達(dá)、激光雷達(dá)和顯示器，以滿足汽車的信息娛樂(lè)和 ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）需求。隨著我們向全自動(dòng)駕駛汽車邁進(jìn)，車載電子和連接基礎(chǔ)設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)變得極其復(fù)雜和昂貴。

車載連接的挑戰(zhàn)

今天的聯(lián)網(wǎng)汽車需要的不僅僅是高容量的 ECU。他們需要固態(tài)驅(qū)動(dòng)器 （SSD）、微控制器 （MCU） 以及連接眾多設(shè)備和相關(guān)處理單元所需的線束。最終的問(wèn)題是如何提供所有預(yù)期的功能，同時(shí)最大限度地利用各種處理器，同時(shí)減少電纜的體積和重量。

答案在于不同組件之間要使用的傳輸協(xié)議。盡管“聯(lián)網(wǎng)汽車”是一個(gè)相對(duì)較新的概念，但我們車內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)卻不是。事實(shí)上，幾十年來(lái)，我們的汽車已經(jīng)配備了能夠在車內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的連接技術(shù)。但是，其中大多數(shù)都集中在需要低帶寬的應(yīng)用程序上。MOST 和 CAN 總線等技術(shù)仍然在當(dāng)今的汽車中發(fā)揮作用，因?yàn)椴⒎敲總€(gè)系統(tǒng)都需要高速連接。

隨著車輛信息娛樂(lè)系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，并且隨著我們?cè)絹?lái)越接近自動(dòng)駕駛汽車，我們?cè)絹?lái)越依賴 ADAS，這些技術(shù)無(wú)法提供這些更新、更先進(jìn)的應(yīng)用程序所需的高帶寬和可靠性。引入了其他技術(shù)，例如 SerDes（串行器-解串器）和汽車以太網(wǎng)，以滿足高帶寬傳輸?shù)奶囟ㄐ枨蟆?/p>

汽車以太網(wǎng)大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，近期有望達(dá)到 1 Gbit/s。SerDes 可以提供更高的帶寬，但依賴于更昂貴和笨重的電纜，并且其數(shù)據(jù)傳輸高度不對(duì)稱。但即使是這些更高的速率也不足以解決連接完全連接和自動(dòng)駕駛汽車中的許多攝像頭、傳感器和顯示器所需的帶寬。

HDBaseT Automotive 是一種技術(shù)，可通過(guò)一根非屏蔽雙絞線 （UTP） 電纜實(shí)現(xiàn)不同本地接口的雙向多千兆傳輸和融合，從而減少電纜的體積和重量。即使在嘈雜的汽車環(huán)境中，HDBaseT Automotive 也能以接近零的延遲和 EMC 穩(wěn)健性傳輸時(shí)間敏感數(shù)據(jù)，例如音頻和超過(guò) 15 m。

PCIe 的區(qū)別

HDBaseT Automotive 帶來(lái)了另一個(gè)主要區(qū)別：在同一鏈路上擴(kuò)展 PCIe 接口。PCIe 或 Peripheral Component Interconnect Express 是一種計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡標(biāo)準(zhǔn)，用于在主板級(jí)別連接不同設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)交換。盡管今天在汽車中使用，但 PCIe 受到技術(shù)限制，它支持的最大距離僅為幾厘米。

這意味著設(shè)備和不同的 ECU 必須在物理上彼此相鄰放置，從而在已經(jīng)負(fù)擔(dān)過(guò)重的環(huán)境中限制了架構(gòu)的靈活性。它還導(dǎo)致 ECU 和 SSD 的激增，以克服傳輸信息娛樂(lè)和 ADAS 數(shù)據(jù)時(shí)的距離限制。

HDBaseT Automotive 解決了這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)將原生 PCIe 接口擴(kuò)展到電路板邊界之外的 15m，HDBaseT 為汽車制造商在 ECU 的放置位置、如何將 CPU 連接到 CPU 以及提供冗余方面提供了更大的靈活性。它還可以高效地將電信單元 （TCU） 連接到主機(jī)和網(wǎng)關(guān)，并且無(wú)需額外的存儲(chǔ)設(shè)備。例如，通過(guò)擴(kuò)展 PCIe，一個(gè)中央 SSD 可以連接到分布在車輛周圍的多個(gè) ECU。

Valens 的 HDBaseT 汽車 PCIe 橋允許 ECU 之間的快速通信，節(jié)省電力和空間，具有增強(qiáng)的穩(wěn)健性、冗余和安全性。PCIe 還支持新架構(gòu)，例如環(huán)形拓?fù)洌哂杏糜?ECU 到 ECU 連接的內(nèi)置冗余，或用于資源優(yōu)化的傳感器集群。

PCIe 只是另一種可以通過(guò) HDBaseT 鏈路進(jìn)行隧道傳輸?shù)脑涌凇DBaseT 還支持視頻（DSI、DP/eDP、oLDI、CSI2）、音頻（I 2 S、TDM）、數(shù)據(jù)（以太網(wǎng)、PCIe、USB）、控制（I 2 C、I3C、UART）的不同接口的傳輸， 和電源 （PoDL） 通過(guò)同一根電纜。通過(guò)在同一鏈路上匯聚多個(gè)接口，HDBaseT Automotive 可以消除額外的電纜并優(yōu)化車載連接基礎(chǔ)設(shè)施。歸根結(jié)底，HDBaseT 是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，旨在支持聯(lián)網(wǎng)汽車的高速骨干網(wǎng)。

通過(guò)擴(kuò)展 PCIe，HDBaseT Automotive 能夠：

分布式計(jì)算能力，在 ECU 布局上具有更大的靈活性

節(jié)省設(shè)備。一個(gè)中央 SSD 可以連接到車內(nèi)分布的所有 ECU，一個(gè)調(diào)制解調(diào)器可以代替一個(gè) TCU，因?yàn)樗梢赃B接到一個(gè)集中的高計(jì)算平臺(tái) （HCP） 以進(jìn)行資源優(yōu)化

ECU之間的快速通信，節(jié)省電力和空間

增強(qiáng)的穩(wěn)健性、冗余和安全性

汽車用例

擴(kuò)展 PCIe 信號(hào)的能力可用于車輛中的不同場(chǎng)景。例如：

共享存儲(chǔ)。無(wú)需在每個(gè) HCP 旁邊放置 SSD，因?yàn)橹醒?SSD 可以提供所有汽車計(jì)算需求所需的所有內(nèi)容。

遠(yuǎn)程 TCU 連接。智能天線必須連接到 TCU，以處理從云端接收的數(shù)據(jù)。如今，TCU 必須放置在智能天線附近或旁邊。通過(guò) PCIe 擴(kuò)展，TCU 的放置位置更加靈活。

分布式架構(gòu)的連接性。隨著汽車變得越來(lái)越復(fù)雜，連接不同 ECU 的能力帶來(lái)了一些優(yōu)勢(shì)，包括冗余和可靠性。

ADAS 傳感器集群環(huán)。聯(lián)網(wǎng)汽車中所需的傳感器數(shù)量不斷增加，可以連接到中央 ECU，從而減少不必要的設(shè)備，并優(yōu)化汽車的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

帶有 PCIe 開(kāi)關(guān)的傳感器/數(shù)據(jù)環(huán)。HDBaseT Automotive 連接不同的 ECU 和傳感器集線器，通過(guò)環(huán)形拓?fù)鋷?lái)固有的冗余和負(fù)載平衡。

PCIe 虛擬化

PCIe 虛擬化支持在多個(gè)設(shè)備之間共享資源，優(yōu)化汽車的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并支持其他用例。通過(guò)擴(kuò)展 PCIe，HDBaseT Automotive 支持多個(gè)虛擬機(jī)和物理機(jī)之間的設(shè)備共享，同時(shí)提供故障轉(zhuǎn)移機(jī)制以提高可靠性。此外，在具有不同主機(jī)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜汽車生態(tài)系統(tǒng)中，PCIe 允許端到端虛擬化。

虛擬化是在現(xiàn)有平臺(tái)上持續(xù)部署服務(wù)的關(guān)鍵。需要以更高的頻率更新軟件以啟用最新的應(yīng)用程序。在汽車發(fā)貨之前開(kāi)發(fā)所有軟件已不再可行，因此要求汽車中的電子設(shè)備具有面向未來(lái)的能力，以支持即將推出的軟件系統(tǒng)，從應(yīng)用程序到操作系統(tǒng)。使用 PCIe 虛擬化，該過(guò)程更簡(jiǎn)單、更直接。

審核編輯：郭婷