未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車將成為世界上最復(fù)雜的“移動(dòng)”設(shè)備之一。它的復(fù)雜性源于每天需要自主操作處理數(shù) TB 的數(shù)據(jù)——部分來(lái)自車輛內(nèi)部、外部和周圍的大量傳感器和設(shè)備以及云——在運(yùn)行一億行軟件代碼的同時(shí)消耗 teraflops （TFLOP） 的計(jì)算能力。這正在改變工程師對(duì)車輛的看法，尤其是車輛系統(tǒng)如何相互通信。

自動(dòng)駕駛汽車——一種新的設(shè)計(jì)范式

多年來(lái)，汽車自動(dòng)化的趨勢(shì)導(dǎo)致了用于車輛子系統(tǒng)的一系列復(fù)雜的獨(dú)立計(jì)算機(jī)。這些系統(tǒng)需要多個(gè)專用電子控制單元 （ECU）、不同類型的總線和協(xié)議以及網(wǎng)關(guān)，以便在總線之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和信號(hào)，以便系統(tǒng)可以相互通信。這種異構(gòu)方法成本高昂，難以抵御網(wǎng)絡(luò)威脅，坦率地說(shuō)，這種方法很沉重。布線是汽車物料清單中第三昂貴的部分，也是其制造中第三重的組件，在某些汽車中達(dá)到高達(dá)110磅的銅。

全自動(dòng)駕駛汽車是一個(gè)更復(fù)雜的系統(tǒng)，需要大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、云連接以及快速、安全和可靠的決策。與今天的汽車相比，在汽車周圍移動(dòng)的數(shù)據(jù)量將大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并且需要巨大的帶寬。自動(dòng)駕駛將需要更多的視頻、雷達(dá)和LiDAR數(shù)據(jù)處理，而這些功能將需要數(shù)千兆位的物理網(wǎng)絡(luò)吞吐量來(lái)支持實(shí)時(shí)決策。數(shù)據(jù)記錄、安全交易和與云的通信將增加I/O需求。

提供計(jì)算能力和管理復(fù)雜性需要重新思考汽車。車輛周圍的幾個(gè)分布式區(qū)域ECU將運(yùn)行數(shù)百萬(wàn)行代碼來(lái)處理來(lái)自本地端點(diǎn)和云的數(shù)據(jù)，并與一個(gè)或多個(gè)主ECU互連，而不是專用的ECU。帶寬、復(fù)雜性和成本是嘗試使用當(dāng)今許多現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和電纜連接所有這些設(shè)備時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。

軟件定義汽車

汽車正在發(fā)展成為一個(gè)運(yùn)行在分布式計(jì)算上的軟件定義功能系統(tǒng)——軟件定義汽車（SDV）。值得信賴的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是在以太網(wǎng)上構(gòu)建的基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)提供用于通信的單一總線，并消除了車輛網(wǎng)關(guān)和電纜的復(fù)雜性，已被證明可以支持面向軟件的架構(gòu)（包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)和虛擬化）的靈活性和性能。

SDV 帶來(lái)了許多好處。與面向硬件的系統(tǒng)相比，軟件更新、更改和改進(jìn)更容易、更快捷。使用虛擬化，SDV 成為一個(gè)更加動(dòng)態(tài)的計(jì)算環(huán)境。例如，當(dāng)ECU開(kāi)始發(fā)生故障時(shí)，軟件定義的功能可以快速轉(zhuǎn)移到車輛中的其他ECU，從而保持所需的功能安全水平和關(guān)鍵操作。

SDV 為制造商創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)，使其產(chǎn)品與眾不同，提高了安全性，并改善了產(chǎn)品、服務(wù)和整體制造效率。SDV 要求制造商成為軟件巨頭。制造商已經(jīng)在“重新裝備”他們的研發(fā)專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，以包括以前從未存在的軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。

SDV 中的安全性

數(shù)字安全對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車至關(guān)重要，這是一個(gè)從制造商到車主的連續(xù)統(tǒng)一體。船上的許多設(shè)備以及與乘客和云的連接極大地?cái)U(kuò)大了不良行為者的攻擊面。SDV 中采用的常見(jiàn)安全功能將基于支持安全啟動(dòng)、身份驗(yàn)證、加密（如果需要）、密鑰和密鑰管理以及安全飛地的開(kāi)源解決方案。此外，特定于網(wǎng)絡(luò)的安全服務(wù)可能包括以下功能：

虛擬 LAN，用于將區(qū)域 ECU 與物理網(wǎng)絡(luò)隔離

訪問(wèn)控制，僅允許區(qū)域網(wǎng)絡(luò)上的授權(quán)事務(wù)

深度數(shù)據(jù)包檢測(cè)，用于監(jiān)控事務(wù)并檢測(cè)和阻止不需要的數(shù)據(jù)

入侵檢測(cè)和預(yù)防，以阻止不良行為者獲得訪問(wèn)權(quán)限

在現(xiàn)場(chǎng)，需要保護(hù)更新免受黑客攻擊，最有可能通過(guò)在生產(chǎn)車間建立的安全信任鏈，并以車主結(jié)束。

有助于確保功能安全的工具

為了實(shí)現(xiàn) SDV 中的通信，市場(chǎng)需要用于以太網(wǎng)和其他協(xié)議的汽車專用物理設(shè)備 （PHY）。這些器件需要提供所需的帶寬和成本，并滿足行業(yè)內(nèi)建立并由監(jiān)管機(jī)構(gòu)設(shè)定的功能安全要求。Microchip是汽車解決方案的主要貢獻(xiàn)者。該公司的目錄為汽車提供了許多“功能安全就緒”設(shè)備，包括符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備。

這些器件經(jīng)過(guò)精心挑選，可幫助制造商獲得ISO 26262認(rèn)證，并提供許多工具，包括故障模式影響和診斷分析（FMEDA）報(bào)告，功能安全手冊(cè)，診斷軟件和開(kāi)發(fā)工具。

面向自動(dòng)駕駛的全以太網(wǎng)愿景

汽車行業(yè)的愿景正在向全以太網(wǎng) SDV 發(fā)展，互聯(lián)區(qū)域 ECU、傳感器和設(shè)備由中央 ECU 控制。對(duì)于綠地制造商來(lái)說(shuō)，這種遷移比老牌公司更容易。綠地環(huán)境可以立即全面采用，以便輕松采用全以太網(wǎng)方法。對(duì)于其他汽車制造商來(lái)說(shuō)，遷移到全以太網(wǎng)車輛可能需要一些時(shí)間，要求 SDV 包括 CAN、LIN 和其他總線的混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以便通過(guò)主以太網(wǎng)主干網(wǎng)本地連接到某些組件。

以太網(wǎng)可靠、久經(jīng)考驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)、從 Mbps 到 Gbps 的高帶寬以及簡(jiǎn)單性支持 SDV 所需的必要性能、安全服務(wù)和輕松連接。以太網(wǎng)的串行布線選項(xiàng)降低了多個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜性、布線和重量。減輕重量可以提高燃油效率——無(wú)論是電動(dòng)還是汽油/柴油。而且，雖然以太網(wǎng)是一種成熟的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，但它仍在不斷發(fā)展，以支持汽車等市場(chǎng)，其特定需求包括確定性和高帶寬——自動(dòng)駕駛汽車的必需品。

審核編輯：郭婷