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汽车网关和TCU的架构正在迅速变化 能够高效地处理和移动大量数据

2020-01-07 15:02 次阅读

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) 更新,以增强连接性和车载通信。这些高级功能生成的数据量不断增加,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远程信息处理控制单元系统的架构。

汽车网关和TCU的架构正在迅速变化 能够高效地处理和移动大量数据

汽车网关

汽车网关是一种系统,其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)、动力传动系统、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 之间路由数据。

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。下图说明了如何在车辆中实现这两种类型的网关。

汽车网关和TCU的架构正在迅速变化 能够高效地处理和移动大量数据

示例 SoC 架构,具有一个集中式网关和两个域网关。

TCU

TCU 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。

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,这些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。下图对远程信息处理进行了说明。

汽车网关和TCU的架构正在迅速变化 能够高效地处理和移动大量数据

远程信息处理示例。

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,车辆必须以非常低的延迟在各个域之间对越来越多的数据进行安全可靠的处理和通信。

由于 CAN 灵活数据速率和 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。

连接是实现 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的基于以太网的网络迁移,该应用处理器具有 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主性的提高,安全与防护在汽车网关和 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被用于网络攻击。安全功能通常在经安全认证的分立 MCU 中实现。但是集成了应用处理器和安全 MCU 的片上系统 (SoC) 为汽车 OEM 提供了更低的物料清单 (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,汽车所有层级/型号的供应商均可避免此项成本。

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。

DRA829V 是 DRA8X 系列中最新的汽车处理器。DRA829V 器件是一款增强型 SoC,它集成了多个计算和处理元件,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。由于此器件配备了用于实时处理的 Arm® Cortex ® -A72 MPU 集群和 Arm Cortex-R5F 内核集群以及高速外设(如 USB-3、集成 PCIe 交换机和千兆以太网交换机)等特性,因此无需外部组件即可实现更高的带宽数据传输。DRA829V 处理器的另一个关键特性是其集成的功能安全 MCU 子系统,该系统支持片上 ASIL-B 至 ASIL-D 功能安全操作。DRA829V 处理器还包括一套传统的汽车外设,例如 CAN-FD、LIN 和 MOST。对于安全关键型应用,DRA829 器件通过集成的高安全性模块 (HSM) 支持安全引导和运行时环境。此外,DRA829V 处理器还提供了各种计算能力和外设组合,可为多种汽车网关提供成本优化的器件。

Jacinto DRA8x 处理器系列包含对 Processor SDK 中多个高级实时操作系统的支持,同时它还具有完全兼容且可扩展的软件开发套件 (SDK),从而使得 OEM 可以在其产品系列中利用和重用设计成果,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。TI 的可扩展硬件和软件兼容 DRA8x SOC 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 成本和汽车网关的开发成本。

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CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU 模块

使用业界首款可编程FCC,IC,CE和Wi-Fi认证无线微控制器(MCU)模块,内置Wi-Fi,开始您的设计连接。 SimpleLink CC3200MOD专为物联网(IoT)而创建,是一个集成了ARM Cortex-M4 MCU的无线MCU模块,允许客户使用单个设备开发整个应用程序。凭借片上Wi-Fi,互联网和强大的安全协议,无需先前的Wi-Fi体验即可加快开发速度。 CC3200MOD将所有必需的系统级硬件组件(包括时钟,SPI闪存,RF开关和无源元件)集成到LGA封装中,以便于组装和低成本PCB设计。 CC3200MOD作为完整的平台解决方案提供,包括软件,样本应用,工具,用户和编程指南,参考设计以及TI E2E支持社区。 应用MCU子系统包含行业标准的ARM Cortex- M4内核以80 MHz运行。 该器件包括各种外设,包括快速并行相机接口,I2S,SD /MMC,UART,SPI,I2C和四通道ADC。 CC3200系列包括用于代码和数据的灵活嵌入式RAM;带外部串行闪存引导程序和外设驱动程序的ROM;用于Wi-Fi网络处理器服务包,Wi-Fi证书和凭证的SPI闪存。 Wi-Fi网络处理器子系统具有Wi-Fi片上网络,并包含一个附加功能专用的ARM...
发表于 08-20 17:53 266次 阅读
CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU 模块