2022 年及以后的汽车电子和电力架构

作者 Rick Wang | 2022 年 1 月 24 日 | 全部, 汽车

在这篇文章中，我们将揭开特斯拉的秘密。好吧，其实不是。但上面的表情包最近确实在社交媒体上引起了人们的关注，并引发了人们对现代汽车内部是什么样子的好奇心。

除了过去20年没有发生根本性变化的机械部件外，还有汽车电子。当今的高端汽车配备了一百多个电子控制单元 (ECU)。 ECU 是负责车辆的一个或多个系统或子系统的嵌入式系统。 ECU有多种类型，包括发动机控制模块、动力总成控制模块、变速箱控制模块、制动控制模块等。

电子系统比过去的机械系统提供了更多的可操作性、效率和性能，因此每辆车的 ECU 数量猛增。这一百多个 ECU 通过复杂的车内网络连接在一起。在高档车辆中，这种电子和电力架构（E/E 架构）的重量可能超过 100 公斤，超过 200 磅（图 2）。

随着电子系统的增加，我们在维修店的账单也随之增加。但汽车制造商面临的问题也随之增加：重量增加、空间限制、互操作性、复杂的供应链管理和成本。

ECU整合

汽车行业已经开始接受 ECU 整合，其中 E/E 架构正在转变为集中式、统一的系统。汽车上用于各种任务的各种小型 ECU 被整合到一个域控制器中，将多种相关功能集成到一个硬件平台中。域控制器可以在一个（高端）处理器上运行多个任务，而不是使用多个小型处理器，并且消除了大量冗余组件，例如布线和单独的电源。

每辆车可以包含多个域控制器，负责不同的应用程序组。当前的一个例子是大众 ID 系列中使用的车载应用服务器 (ICAS)。高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 需要在眨眼间捕获、处理和分析数据。 ADAS 域控制器运行所有 ADAS 功能，例如接收来自车辆周围传感器的输入、传感器融合处理、做出决策和生成指令。无论如何，紧密集成对于 ADAS 至关重要，因此将所有这些应用程序部署在一个域控制器上是明智的。信息娱乐系统功能越来越多地整合到域控制器中。在现代车辆中，远程信息处理和连接也可以由域控制器管理。

这种域集中式架构显着减少了ECU的数量，并解决了上面提到的一些问题。这种整合趋势预计将持续到 2030 年的下一个十年（图 3）。

域控制器需要高密度存储

在这种更大整合的过程中，现代车辆架构消耗了更多的计算、内存和存储资源。 ICAS 以及任何类似服务器的域控制器都需要更多存储空间来存储任务和应用程序。与此同时，更多的功能正在推出，更高质量的功能——导航、多媒体、语音和手势识别、生物识别、后座娱乐、平视显示器、仪表盘、无线连接等等。

这种变化在信息娱乐系统的演变和设计中很明显。在传统的信息娱乐系统中，仪表组和音响主机都有自己的微控制器单元和存储。然而，自从新政出现以来，这种情况发生了变化驾驶舱域控制器，于 2018 年针对较新的域集中架构引入。从那时起，现代车辆已经并将继续拥有更加先进的域控制器（图 4）。

驾驶舱域控制器硬件旨在为驾驶员提供跨越多种不同应用的无缝且身临其境的用户体验，例如音乐、状态显示、导航、语音命令、电话以及信息娱乐领域中的所有其他人机界面。所有这些系统背后都运行着强大的 SoC 和高密度存储。

新架构、新存储标准

随着对计算能力的要求飙升，一些智能手机市场SoC供应商也加入了汽车阵营。这很有意义：高端电话的性能和处理能力与域控制器的需求非常相似。

但让我们稍微颠倒一下。在移动计算领域，SoC 和存储之间的接口正在从 eMMC 发展为功能更强大的 UFS，UFS 于 2013 年首次推向市场高通和东芝。 UFS 提供的性能是 eMMC 的三倍，因此数据传输、多任务处理和加载应用程序变得轻而易举，并很快成为新标准。

与此同时，SoC 制造商正在基于他们已经用于移动设备的平台开发汽车解决方案。这些 SoC 厂商增加了市场份额，尤其是在车载信息娱乐系统方面，并帮助促进了 UFS 在汽车行业的增长和采用。更高性能的接口需要与高密度存储配合，才能最好地支持各种应用和功能。如今，汽车电子已经实际需要UFS，因此高质量的 NAND闪存控制器和存储解决方案.