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电子电气架构 --- 从供应链部署角度看区域式EEA将如何演变并实现?

2025/6/18 12:54:11 来源:https://blog.csdn.net/Soly_kun/article/details/148725045  浏览:    关键词:电子电气架构 --- 从供应链部署角度看区域式EEA将如何演变并实现?

我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。

老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:

做到欲望极简,了解自己的真实欲望,不受外在潮流的影响,不盲从,不跟风。把自己的精力全部用在自己。一是去掉多余,凡事找规律,基础是诚信;二是系统思考、大胆设计、小心求证;三是“一张纸制度”,也就是无论多么复杂的工作内容,要在一张纸上描述清楚;四是要坚决反对虎头蛇尾,反对繁文缛节,反对老好人主义。

不觉间来到夏初六月,横坐在电脑前,敲击点文字,对自己也算一个时间的记忆,多年后再次点击,也期待那时会像触发记忆的闸口,让现在的这点岁月传递至那时那刻。

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从发展趋势来看,汽车电子电气架构(EEA)最终将演变为集中式计算架构,功能逻辑集中在一个中央控制器中。原始设备制造商(OEM)在EEA规划方面变得愈发激进。对于OEM而言,2023年将是下一代“准集中计算+区域”架构量产的关键时间节点。

“准集中计算+区域”架构可进一步细分为多种类型:

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-> 车身区域架构:车身区域控制器通过高速以太网骨干网络与中央计算单元相连,中央计算单元集成了车辆控制、车身控制和网关等功能,简化了网络拓扑结构、线束布局和重量;

-> X域区域架构:功能区域与车身区域相结合,X域采用更强大的处理器单元,可独立调用区域内的传感器并处理数据;

-> 软件定义汽车(SDV)优化架构:采用集中式和服务导向的计算方式,车辆中央计算机具备强大的处理能力,负责所有决策,而区域控制器负责供电并执行中央控制单元发出的指令。

在区域式架构下,微控制器(MCU)倾向于具备高性能和多核特性。

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在未来的中央集成式E/E架构中,中央处理器通过以太网与区域控制器通信,而区域控制器则通过CAN/LIN总线与子ECU、传感器和执行器通信。

从物理层面来看,区域控制器在逻辑上集中了多个ECU,这对区域控制器中MCU的计算能力提出了更高要求。在传统功能简单的ECU中,单核低性能MCU即可胜任,而区域控制器通常需要多核MCU。在多核MCU中,每个核可以运行单一功能,而多核则可实现多种功能,从而实现多个ECU功能的集成。

广汽埃安GA3.0的X-Soul架构

新推出的Hyper GT是全球首款采用NXP S32G3作为中央计算单元处理器的车型。由大陆集团开发的“中央计算单元”采用了最新的“NXP S32G399高性能网关计算芯片”。前后区域控制器的软件架构基础中间层采用原子服务封装和标准化接口,中间层使用增强复合服务且可独立实现。

小鹏汽车的X-EEA3.0:

X-EEA3.0首次在中国实现了以千兆以太网为骨干的通信架构,并支持多种通信协议,使车辆数据传输更快。X-EEA3.0的中央计算单元和区域控制器采用了基于第三代RXv3 CPU核心的瑞萨旗舰MCU。在X-EEA3.0的基础上,小鹏G6进一步量产并部署了新的福耀X-EEA3.5。

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英飞凌第三代AURIX™ TC4xx微控制器(MCU):

高性能的AURIX™ TC4xx系列主要满足中央计算和区域控制的新需求。它配备了多达六个TriCore™ 1.8嵌入式内核,每个内核的时钟频率高达500MHz;并集成了PPU协处理器,能够实现快速向量运算、基础神经网络算法以及其他复杂的数学算法。在未来的区域控制器中,PPU可用于一些信息安全算法的建模、模型预测控制以及防入侵检测。

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在区域式架构下,对车载以太网物理层(PHY)和交换芯片的需求激增,导致价格大幅波动。

车载以太网的接口电路主要由媒体访问控制(MAC)控制器和PHY芯片组成。在集成方式上,嵌入式芯片供应商通常将MAC集成在微控制器(MCU)/中央处理器(CPU)内部。例如,英飞凌的AURIX将MAC集成到主MCU中,同时还集成了通信路由引擎(CRE)/数据路由引擎(DRE)等专用硬件通信路由模块;而PHY芯片则由原始设备制造商(OEM)或控制器供应商作为独立芯片提供。

2023年,全球以太网交换机/PHY芯片市场规模约为8亿美元,预计到2028年将达到25亿美元。据估计,到2028年,每辆汽车平均将使用2-4个以太网交换机芯片和2-4个PHY芯片。

自2023年以来,博通BCM89系列的部分以太网PHY和交换机芯片的短期价格飙升数倍,单颗芯片价值达到30-40美元。BCM8955X系列是博通的第三代车载以太网交换机解决方案,主要用于高级驾驶辅助系统(ADAS)、信息娱乐系统和网关。目前,博通主要推广BCM8957X系列,这是全球唯一支持802.3ch标准的车载以太网交换机。

在典型的集中计算+区域式架构中,每个区域网关都包含一个以太网交换机,每辆汽车至少需要6-7个以太网交换机芯片。目前,马维尔(Marvell)、博通、恩智浦(NXP)等汽车网络通信芯片供应商已提出下一代网络架构。

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原始设备制造商(OEM)预测,凭借10G带宽,集中计算+区域式架构将在2025年得以实现。2023年6月,马维尔(Marvell)宣布推出Brightlane Q622x系列中央车载以太网交换机,以支持下一代车辆的区域网络架构。中央车载以太网交换机是高性能、高带宽的设备,经过优化可协调区域交换机之间的数据流量,这些区域交换机汇聚了来自车辆物理区域内各种设备(如处理器、传感器、执行器、存储系统等)的流量。

在区域式架构中,中央计算机的片上高速通信需要使用PCIe交换机。

在ChatGPT的推动下,对人工智能(AI)服务器的需求急剧上升,以博通SS26为代表的PCIe交换机芯片供不应求,价格飙升。在下一代电子电气(E/E)架构中,多片系统级芯片(SoC)级联之间的连接、基于PCIe的固态硬盘(SSD)存储与中央SoC之间的连接,都需要使用价格昂贵的PCIe交换机。

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汽车的跨域通信将基于PCIe(高速串行计算机扩展总线标准),与之前的以太网相比,其通信效率可提升至数十吉字节,而PCIe交换机则实现了片上通信。以太网交换机安装在中央计算单元中的不同系统级芯片(SoC)上。外部传感器通过区域电子控制单元(ECU)的以太网交换机串联连接。

高通的第一代自动驾驶系统Ride3.0首次在汽车行业采用了PCIe交换机,即微芯科技(Microchip)的PM43028B1-F3EI,价格约为100美元,高于SA8155P芯片,且几乎是以太网交换机价格的4-5倍。

伟世通(Visteon)的双高通8155座舱域控制器通过PCIe总线进行内部连接。两个8155 SoC通过PCIe总线相连,传输速率达16Gbps,能够高效传输高级驾驶辅助系统(ADAS)的实时视频输入。

芯擎科技为亿咖通科技定制了高速互连总线SE-LINK,以实现两颗“龍鷹一号”芯片的同时运行。两颗Antora 1000平台通过连接得到Antora 1000 Pro,它在保持传输速度的同时可提供双倍算力,其中PCIe 3.0通道的传输速率达到7.28 GT/s。

电子电气(E/E)架构的演变推动了车辆底层操作系统的变革。

自适应AUTOSAR引入了面向服务的架构(SOA)和对POSIX系统的支持,适用于高算力SoC。基于服务的中间件平台也被称为汽车操作系统。

广汽的X-Soul架构的SOA通过分层解耦的基础软件架构平台,实现了标准化的分层接口、软件模块化、功能原子化、远程功能配置等。广汽的X-Soul架构是中国首款基于ASF(AUTOSEMO服务框架)技术规范开发的产品。在SOA的基础上,广汽魔方场景共创平台已随广汽埃安Hyper GT量产。

2023年4月,华为发布了iDVP智能数字底座,这是一种允许区域接入和集中计算的SOA。iDVP包括硬件平台和软件平台。硬件平台指的是计算和通信架构的基础硬件平台,软件平台包括操作系统、基础管理框架和SOA软件框架。为了方便用户在iDVP上进行软件开发,华为开发了一套配套工具链。

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