以太网、PCIe和ASA如何在未来的软件定义车辆中结合

下一代软件定义汽车中的硬件

随着当今汽车采用更高水平的自动化（见图 1），它们集成了越来越复杂的电子组件组合：中央处理器 （CPU）、电子控制单元 （ECU）、图形处理单元 （GPU）、新声学尺寸 （NAD）、片上系统 （SoC）、传感器、加速器和存储设备。电子元件之间的架构和通信必须经过精心设计，以满足严格的安全性、可靠性、性能、成本和延迟要求。

图1

在车辆内，有许多ECU基于通用功能跨不同区域组合。这些区域ECU使用以太网与高性能计算平台通信。在计算平台中，需要高带宽处理，以确保实时决策安全进行。汽车设计人员正在以与数据中心设计方式非常相似的方式使用外围组件互连快速（PCIe®）技术。将具有高速串行输出的传感器连接到处理单元最好使用称为汽车SerDes联盟（ASA）的开放标准来解决。

高级驾驶辅助系统 （ADAS） 的异构架构

下图显示了一个体系结构图，显示了三种类型的连接数据流如何在高性能计算平台中协同工作。

图2

在图表顶部，摄像机使用 ASA Motion Link SerDes（紫色）连接到多个计算 SoC，用于高速串行数据，从 2 Gbps 扩展到 16 Gbps。流量数据连接的宽度表示其相对带宽。此 ASA 运动链路标准也可用于连接与以太网流量分开的显示器。随着寻求更高级别的自主性和更多的传感器，可以添加更多的计算SoC。

在蓝色图的底部是两个以太网桥，连接到车辆内的区域ECU;基于 IP 的对称点对点连接带宽可扩展到 10 Gbps。这些以太网网桥中的每一个都承载着来自不同区域的其他传感器通信量。可以为新区域添加额外的以太网到 PCIe 网桥，以支持扩展以实现更高级别的自治。

本地存储显示为使用 NVMe™ 技术的橙色框。多个计算源（如 SoC 和安全微控制器 （MCU））需要高速访问此存储，因此互连通过 PCIe 交换机（深蓝色）处理。使用 PCIe Gen4，对称的点对点连接范围为每个端口 16 到 64 Gbps（4 通道）。

安全 MCU 具有低带宽控制信号，由 PCIe 交换机内的黄色箭头显示。出于工程调试目的，左侧显示了一个连接到 PCIe 交换机的绿色调试端口。

结合 PCIe、以太网和 ASA 的优势

尽管这三种通信技术在不同的时间发展以支持不同的需求，但异构架构利用了每种技术的优势和权衡，而 PCIe 将其全部整合在一起。

PCIe标准由英特尔，戴尔，惠普和IBM于2003年创建，针对台式机和笔记本电脑设备，将显卡连接到CPU和主内存。多年来，它已经发展到包括多达 16 条车道的交通，并且有六速版本，因此它的用途现已扩展到数据中心和汽车系统。数据包在 PCIe 中使用，以及多层的错误检查：事务、数据链路和物理。PCIe 硬件保证无差错交易，是一种可靠的运输机制，非常适合关键任务车辆的使用。甚至 PCIe 的延迟也比以太网短，使其成为 ADAS 使用的进程间通信的绝佳选择。

我们提供一系列可用于车辆 ADAS 应用的 PCIe 开关。SwitchTec PFX 扇出 PCIe 交换机系列是世界上第一个符合汽车标准的 PCIe® 交换机系列，提供 28、36 和 52 通道版本，具有行业领先的功能、灵活性和性能。

以太网最初开发于 1970 年代，是全球所有计算机网络使用的既定标准，因此它是汽车车载网络使用、满足网络安全和网络需求的明智选择。以太网的速度也远高于以前的标准，如CAN，CAN FD，FlexRay和MOST®技术。适用于 2.5 Gbps、5 Gbps 和 10 Gbps 的多千兆汽车以太网标准由 IEEE® 802.3ch 工作组定义。以太网采用单根双绞线 （UTP） 布线，重量轻且成本低，是汽车应用的理想选择。我们为汽车用途提供全系列的以太网交换机和 PHY。

我们现在已经进入了软件定义汽车的时代，很高兴看到全球供应商在竞争激烈的竞争中增加了所有新的ADAS功能，以实现5级自动驾驶的目标。PCIe、以太网和ASA相辅相成，这种网络标准的组合旨在满足汽车设计人员现在和未来的需求。

审核编辑：郭婷