新E/E架构的评估系统VC3

正如化石燃料推动了工业革命一样，数据为信息经济和许多现代技术创新提供了燃料。数据无处不在，但就像石油一样，在将其从源头转移到处理之前，它几乎没有用处。没有合适的管道和分销网络，资源的真正价值就无法释放。虽然管道可能经常被忽视或低估，但它是更大系统的重要组成部分。在汽车电子设备中，管道的作用是由强大、可靠的数据网络发挥作用。

自从将网络引入汽车系统以来，通过这些网络传输的数据量猛增。驾驶员辅助系统带来更高水平的舒适性和安全性。车载娱乐开始与影院体验相媲美。这些以及许多其他本地和远程功能和服务将大量数据带入我们以前称为汽车的计算机中。

为了应对这种流量，需要合适的基础设施。传统上，车辆拥有几种不同类型的网络，其中一些网络不容易更换。出于商业和技术原因，一些遗留系统将在很长一段时间内保留在新车设计中。然而，甚至在几十年前，人们强烈推动用一个单一的新协议：CAN 来取代现有的专有和基于标准的协议。从那时起，CAN 在汽车系统中变得无处不在，但又出现了一批新的其他协议来满足特定需求，而当今车辆中的现实又是网络协议的混合，从 LIN、CAN 和 CAN FD 到 FlexRay ，大多数，等等。

车内同质网络基础设施的梦想并不新鲜，但最近将以太网引入车辆已经重新唤醒了对单总线系统的希望，这一次仅使用 IP 通信。凭借其广泛的数据速率（从今天的 10Mbps 到 10Gbps）和新制定的时间敏感网络 （TSN） 标准以提高服务质量 （QoS） 配置的灵活性，汽车以太网可能让我们更接近梦想协议整合。

将系统更改和升级到以太网存在商业障碍。对于传统汽车公司而言，只要在技术上不需要修改现有电子设备来添加或更改功能，旧的电子控制单元 （ECU） 设计就会从一代车辆延续到下一代。多个总线系统的混合甚至出现在“白板”架构中，无需考虑遗留系统，例如来自特斯拉等公司的系统。在这两种情况下，网络网关都需要在不同的总线技术之间进行桥接，并将数据从一种协议转换为另一种协议。即使不同网络类型的多样性开始减少，这种桥接概念仍将继续存在。

未来，这些网关ECU将面临新的挑战。过去的网关桥接 CAN 和 CAN FD、LIN 和 FlexRay 之间的通信。这些协议的数据速率范围从 20kbps 到 10Mbps，事件频率和数据吞吐量可以由当前的实时处理器处理，例如瑞萨电子的 RH850/F1Kx 系列微控制器 （MCU）。然而，对于以太网，数据吞吐量的爆炸式增长以数量级衡量，比特率攀升至 10Gbps，帧长度从仅 10 字节扩展到 1000 字节。同时，连接低速遗留协议的需求不仅需要进行协议转换，甚至需要在后台进行数据转换。瑞萨电子正在通过新的处理器设备概念和集成硬件加速来应对这些挑战。

为创建和评估先进的车辆网关系统，瑞萨电子开发了一款名为 Vehicle Computer 的多协议网关评估套件，该套件已进入第三代。

第一个版本是与我们的合作伙伴 CETITEC GmbH 共同开发的，旨在推广由 R-Car H3 片上系统 （SoC） 和RH850/F1KH-D8 MCU组成的网关解决方案。包括专有以太网交换机在内的最新一代产品是由瑞萨单独开发的。此版本称为车载计算机 3 或 VC3，由相同的 R-Car H3、瑞萨电子开发的 R-Switch2 以太网交换机和 RH850/U2A MCU 组成。该芯片组由瑞萨电子最近收购的公司组合中的数字和模拟半导体组合而成。

上面的发展路线图说明了目前汽车网络技术的快速发展。第一版车载计算机仅配备 8 个 CAN FD 通道，支持 100Mbps 以太网，支持 IEEE 的音频视频桥接 （AVB） 标准。新一代 CAN FD 通道数增加到 16 个，3 个 1000BASE-T1 千兆以太网接口连接到支持较新 TSN 标准的以太网交换机。此外，另一个千兆以太网接口支持 AVB，以太网调试接口简化了调试和软件开发。

VC3 支持所有通用汽车接口，从 LIN 到高速专用接口，如 FlexRay 和 MOST。其他支持的接口（包括音频、视频 （HDMI）、USB 甚至 Wi-Fi）扩展了作为原型平台的潜在用途范围。虽然这提供了很大的灵活性并提高了可用性，但主要目标用例是评估未来车辆世代的新电气/电子 （E/E） 架构的网络策略。借助 R-Car 系列的强大 SoC，结合最先进的实时 RH850/U2A MCU，以及 16MB 的闪存，有足够的处理能力来支持许多通信通道。

表 1：车载计算机多协议网关的主要特性

从以太网的角度来看，系统的核心是 R-Switch2，这是瑞萨电子开发的以太网交换机和路由引擎。它提供了一个具有 QoS 增强功能的非阻塞存储/转发架构，所有这些都符合 IEEE 的最新 TSN 标准。集成转发引擎包括 VLAN 支持以及高达 L2-L4 路由的转发和过滤功能。这允许将交换机配置为完全自主的 IPv4/IPv6 路由器。

VC3 架构由 R-Car H3 SoC、RH850/U2A MCU 和 R-Switch2 这 3 个主要成分组成，代表了一个高端车辆网关平台。SoC 涵盖性能要求高的应用服务，而 MCU 处理实时域应用和安全相关流量。除了支持车辆架构评估和一般概念验证开发外，VC3 还为早期客户提供了评估网关系统性能的机会，并在芯片上市之前为支持该特定用途的下一代瑞萨 R-Car 设备开发系统软件-案子。

审核编辑：郭婷