1.1.3 域控制器发展
汽车电子电气架构正从分布式→域集中式→中央计算式逐渐进化,当前正处于分布式向域集中式过渡的阶段。域控制器(Domain Control Unit,DCU)是汽车每一个功能域的核心,它主要由域主控处理器、操作系统和应用软件及算法这三部分组成。平台化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心设计思想。依托高性能的域主控处理器、丰富的硬件接口资源以及强大的软件功能特性,域控制器能将原本很多颗ECU实现的核心功能集成起来,极大地提高系统功能集成度,再加上数据交互的标准化接口,因此能极大降低这部分的开发和制造成本。
对于功能域的具体划分,各汽车主机厂(Original Equipment Manufacturer,OEM)会根据自身的设计理念差异而划分成几个不同的域。比如博世划分为5个域:自动驾驶域、底盘域、动力域、座舱域、车身域。这也是最经典的五域集中式电子电气架构,如图1-17所示。
图1-17 博世域集中式电子电气架构
也有的厂家则在五域集中式架构基础上进一步融合,把原本的动力域、底盘域和车身域融合为整车控制域,从而形成了三域集中式电子电气架构,即:车控域控制器(Vehicle Domain Controller,VDA)、智能驾驶域控制器(ADAS/AD Domain Controller,ADC)、智能座舱域控制器(Cockpit Domain Controller,CDC)。理想汽车推出的理想L9,就是采用了基于NXPS32G的车控域控制器、基于两颗英伟达Orin X(可提供508 TOPS算力)的智能驾驶域控制器和基于两个高通骁龙8155的智能座舱域控制器的三域集中式电子电器架构。
高性能的处理器需要高性能的操作系统和软件平台,软件开发在域控制器中的规模越来越大,也越来越重要。随着软件重要性的增加,软件开发的规模不断扩大以满足新的需求。但是,开发者的数量很难增加,即使能够增加,沟通成本也会随着软件的复杂程度呈指数型上升,人海战术也难以应对。同时随着软件的多核异构的电子电气架构的普及,各家供应商都有自己的硬件驱动设备,设备的兼容性也需要大量的人力去进行适配。开发工作量和开发时长也极大增加,给汽车软件的开发带来了极大的挑战。
随着软件复杂度的增加,汽车代码量呈指数型增长。沃尔沃汽车软件质量专家Vard Antinyan撰写了大量有关汽车软件及系统复杂性的文章,文章中透露,截至2020年,沃尔沃拥有大约120种ECU,每一辆沃尔沃汽车的系统架构都由这些ECU组成,而这些ECU总共包含了1亿行源代码。未来,自动驾驶汽车的软件代码量可能将达到3亿~5亿行。汽车功能日益丰富的背后是愈发复杂的电控系统、车身系统、娱乐系统和电子电气架构,这就导致车载软件的故障率越来越高。根据国家市场监督总局缺陷产品管理中心发布的汽车召回公告统计结果显示,2022年1月1日——6月30日,国内汽车市场共发起59批次召回通告,涉及32个品牌,共计254.6万辆缺陷汽车被召回。在召回中,系统程序和软件设计相关缺陷车辆多达123.7万辆,涉及特斯拉、丰田、梅赛德斯-奔驰等品牌。
汽车制造商不仅必须要确保软件能保障行驶安全,还要提供信息安全。2015年,安全研究人员远程控制了2014年生产的Jeep Cherokee,为行业敲响了警钟。如今,每个供应商和原始设备制造商都意识到网络安全乏力的威胁。在过去的十年中,车辆内外的通信呈爆炸式增长。据估计,2008年,豪华汽车的ECU之间数据信号交换只有2500个。沃尔沃的Antinyan表示,如今沃尔沃汽车中的120个ECU连接了7000多个外部信号,而汽车内部交换的信号数量要高出两个数量级。咨询公司麦肯锡估计,这些信息每小时的数据量可轻松超过25GB。随着过去十年间移动应用和基于云的服务爆炸式增长,车辆本身内置的电子设备越来越复杂,“潜在的攻击面几乎每天都在增加。”各国政府也注意到了这一点,并推出了多项汽车制造商需要贯彻的网络安全义务。其中包括拥有经过认证的网络安全管理系统(Cyber Security Management System,CSMS),该系统要求每个制造商“展示基于风险的管理框架,用于发现、分析和防范相关威胁、漏洞以及网络攻击。”
针对上述三个方面的问题,单个整车厂或者供应商的单打独斗已经不足以应对这些挑战,急需整合整个汽车产业链上下游的智慧,制定一套统一的复用性强、符合功能安全和信息安全的汽车软件开发规范。
AUTOSAR,全称Automotive Open System Architecture,即汽车开放系统架构,便应运而生。它是由全球各家汽车制造商、零部件供应商以及各种研究、服务机构共同参与的一种汽车电子系统的合作开发框架,并建立了一个开放的ECU标准软件架构。
然而结合多核处理器,对于那些对运行时间没有很高要求的功能函数来说,动态驱动系统就拥有许多的优点。例如,它更适合应用于以面向服务的功能函数,可以方便地进行软件升级,为在线优化函数运行顺序提供可能。针对这一需求,AUTOSAR联盟提出了面向服务的架构(Service-Oriented-Architecture,SOA)——Adaptive AUTOSAR的解决方案。它既可以囊括动态驱动系统的优点,也为传统的AUTOSAR提供了接口。