未來的自動(dòng)駕駛汽車將成為世界上有史以來最復(fù)雜的“移動(dòng)”設(shè)備之一。它的復(fù)雜性源于每天需要自主操作來處理 TB 級(jí)的數(shù)據(jù)——部分來自車輛內(nèi)部、外部和周圍的大量傳感器和設(shè)備以及云——在運(yùn)行一個(gè)億行軟件代碼。這正在改變工程師對(duì)車輛的看法，尤其是車輛系統(tǒng)如何相互交流。

自動(dòng)駕駛汽車——一種新的設(shè)計(jì)范式

多年來汽車自動(dòng)化的趨勢(shì)導(dǎo)致了用于車輛子系統(tǒng)的復(fù)雜的獨(dú)立計(jì)算機(jī)陣列。這些系統(tǒng)需要多個(gè)專用電子控制單元 (ECU)、不同類型的總線和協(xié)議，以及在總線之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和信號(hào)的網(wǎng)關(guān)，以便系統(tǒng)可以相互通信。這種異構(gòu)方法成本高昂，難以抵御網(wǎng)絡(luò)威脅，而且坦率地說，很重。電纜是汽車材料清單中成本第三高的部分，也是其構(gòu)造中第三重的部件，在某些汽車中達(dá)到高達(dá) 110 磅的銅。

全自動(dòng)駕駛汽車是一個(gè)更復(fù)雜的系統(tǒng)，需要大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、云連接以及快速、安全和可靠的決策。與今天的汽車相比，在汽車周圍移動(dòng)的數(shù)據(jù)量將大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并且需要巨大的帶寬。自動(dòng)駕駛將需要更多的視頻、雷達(dá)和 LiDAR 數(shù)據(jù)處理能力——而這些能力將需要數(shù)千兆比特的物理網(wǎng)絡(luò)吞吐量來支持實(shí)時(shí)決策。數(shù)據(jù)記錄、安全事務(wù)和與云的通信將增加 I/O 需求。

提供計(jì)算能力和管理復(fù)雜性需要重新思考汽車。車輛周圍的多個(gè)分布式區(qū)域 ECU 將運(yùn)行數(shù)百萬行代碼來處理來自本地端點(diǎn)和云端的數(shù)據(jù)，并與一個(gè)或多個(gè)主 ECU 互連，而不是專用 ECU。當(dāng)嘗試使用當(dāng)今許多現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和電纜連接所有這些設(shè)備時(shí)，會(huì)出現(xiàn)帶寬、復(fù)雜性和成本等問題。

軟件定義車輛

汽車正在演變?yōu)樵诜植际接?jì)算上運(yùn)行的軟件定義功能系統(tǒng)——軟件定義車輛 (SDV)。計(jì)算中值得信賴的標(biāo)準(zhǔn)是建立在以太網(wǎng)上的基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)提供單一的通信總線并消除了車輛網(wǎng)關(guān)和電纜的復(fù)雜性，已被證明支持面向軟件的架構(gòu)的靈活性和性能，包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)和虛擬化。

SDV 帶來了許多好處。與面向硬件的系統(tǒng)相比，軟件的更新、更改和改進(jìn)更容易、更快。使用虛擬化，SDV 成為一個(gè)更加動(dòng)態(tài)的計(jì)算環(huán)境。例如，當(dāng)一個(gè) ECU 開始出現(xiàn)故障時(shí)，軟件定義的功能可以快速轉(zhuǎn)移到整個(gè)車輛的其他 ECU，從而保持所需的功能安全級(jí)別和關(guān)鍵操作。

SDV 為制造商創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)，使他們的產(chǎn)品與眾不同，增強(qiáng)安全性并改進(jìn)他們的產(chǎn)品、服務(wù)和整體制造效率。SDV 要求制造商成為軟件強(qiáng)國(guó)。制造商已經(jīng)在“重新設(shè)計(jì)”他們的研發(fā)專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，以包括以前從未存在的軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)。

SDV 中的安全性

數(shù)字安全對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車來說至關(guān)重要，這是一個(gè)從制造商延伸到車主的連續(xù)體。機(jī)上的許多設(shè)備以及與乘客和云的連接極大地?cái)U(kuò)大了不良行為者的攻擊面。SDV 中采用的通用安全功能將基于支持安全啟動(dòng)、身份驗(yàn)證、加密（在需要時(shí)）、密鑰和密鑰管理以及安全飛地的開源解決方案。此外，特定于網(wǎng)絡(luò)的安全服務(wù)可能包括以下功能：

• 虛擬 LAN 將區(qū)域 ECU 與物理網(wǎng)絡(luò)隔離
  
• 訪問控制以僅允許區(qū)域網(wǎng)絡(luò)上的授權(quán)交易
  
• 深度數(shù)據(jù)包檢查以監(jiān)控交易并檢測(cè)和阻止不需要的數(shù)據(jù)
  
• 入侵檢測(cè)和預(yù)防，以阻止不良行為者獲得訪問權(quán)限
  

在現(xiàn)場(chǎng)，更新將需要防止黑客入侵，最有可能通過在生產(chǎn)車間建立并以車輛??所有者結(jié)束的安全信任鏈。

幫助確保功能安全的工具

為了在 SDV 中實(shí)現(xiàn)通信，市場(chǎng)需要用于以太網(wǎng)和其他協(xié)議的汽車專用物理設(shè)備 (PHY)。這些設(shè)備需要提供所需的帶寬和成本，并滿足行業(yè)制定和監(jiān)管機(jī)構(gòu)設(shè)定的功能安全要求。Microchip 是汽車解決方案的主要貢獻(xiàn)者。該公司的目錄提供了許多用于汽車的“功能安全就緒”設(shè)備，包括符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備。

這些設(shè)備經(jīng)過精心挑選，可幫助制造商獲得 ISO 26262 認(rèn)證，其中包含許多工具，包括故障模式影響和診斷分析 (FMEDA) 報(bào)告、功能安全手冊(cè)、診斷軟件和開發(fā)工具。

自動(dòng)駕駛的全以太網(wǎng)視覺

汽車行業(yè)的愿景是向全以太網(wǎng) SDV 邁進(jìn)，具有聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域 ECU、傳感器和由中央 ECU 控制的設(shè)備。與成熟的公司相比，這種遷移對(duì)于新制造商來說更容易。新建環(huán)境可以立即全部投入使用，以便輕松采用全以太網(wǎng)方法。對(duì)于其他汽車制造商而言，遷移到全以太網(wǎng)車輛可能需要時(shí)間，這需要 SDV 包括 CAN、LIN 和其他總線的混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以便通過主要以太網(wǎng)骨干網(wǎng)與某些組件進(jìn)行本地連接。

以太網(wǎng)值得信賴、經(jīng)過驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)、從 Mbps 到 Gbps 的高帶寬和簡(jiǎn)單性支持 SDV 所需的必要性能、安全服務(wù)和輕松連接。以太網(wǎng)的串行布線選項(xiàng)降低了多個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)、布線和重量的成本和復(fù)雜性。減輕重量可以提高燃油效率——電動(dòng)和汽油/柴油。而且，雖然以太網(wǎng)是一種成熟的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，但它會(huì)繼續(xù)發(fā)展以支持汽車等具有特定需求的市場(chǎng)，包括確定性和高帶寬——自動(dòng)駕駛汽車的必需品。