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國(guó)內(nèi)某大廠雙Orin打造智駕、座艙、泊車三合一域控制器拓樸分析

01/28 10:55
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用雙Orin打造智駕、座艙、泊車三合一域控制器,硬件上難度不大,難度都在軟件上。今天我們就來(lái)看看國(guó)內(nèi)某大廠的智駕、座艙、泊車三合一域控制器。

那么將智駕、座艙、泊車三合一,能不能算中央計(jì)算Zonal的E/E架構(gòu)或者說(shuō)軟件定義汽車

也不能算,中央計(jì)算Zonal的E/E架構(gòu)不僅是要把智駕、座艙、泊車三合一,還要把動(dòng)力底盤、車身、座椅等等所有需要一定規(guī)模計(jì)算資源的系統(tǒng)都集中在一個(gè)計(jì)算單元內(nèi),這個(gè)計(jì)算單元不一定是單芯片,可以是兩個(gè)芯片或四個(gè)芯片,芯片間至少需要超過(guò)100GB/s的PCIe交換機(jī)連接。而中央計(jì)算單元與各Zonal區(qū)域的連接是至少10Gb/s的骨干車載以太網(wǎng)。各Zonal需要能運(yùn)行小型虛擬機(jī)的MCU,也可以在邊緣部署10Base-T1S車載以太網(wǎng),或許可以省掉一些昂貴的MCU。

圖片來(lái)源:ADI

Zonal架構(gòu)差不多就是全以太網(wǎng)架構(gòu),當(dāng)然,攝像頭和顯示面板恐怕還是需要MIPI CSI或DP的SerDes。以目前車廠的迭代速度,要想進(jìn)行到軟件定義汽車或者說(shuō)Zonal E/E時(shí)代恐怕需要十年以后。目前,交叉域控制器都已經(jīng)是先進(jìn)的E/E架構(gòu)了,以太網(wǎng)在E/E架構(gòu)里只是點(diǎn)綴,CAN還是絕對(duì)主流,要想用以太網(wǎng)取代CAN,還需要至少五年的時(shí)間。CAN與以太混合網(wǎng)絡(luò),CAN是典型的信號(hào)導(dǎo)向,以太網(wǎng)是服務(wù)導(dǎo)向,混合網(wǎng)絡(luò)需要多個(gè)網(wǎng)關(guān),軟件工作也很麻煩,最完美的E/E架構(gòu)應(yīng)該是全以太網(wǎng),有少量SerDes。

讓我們回到現(xiàn)實(shí),看看這個(gè)智駕、座艙、泊車三合一架構(gòu),上圖是核心板部分,兩顆Orin的外圍包括DRAM、UFS、eMMC、串行Nor Flash和安全控制Nor Flash,因?yàn)楣δ芏?,外圍元件要盡量強(qiáng)大,DRAM選擇三星的LPDDR5X,即K3KL3L30QM,速率為7500Mbps,容量為8GB,最近8533Mbps的LPDDR5X也已經(jīng)量產(chǎn),可以升級(jí)為K3KL3L30CM-BGCU,最高8533Mbps,或者把容量加大到12GB,即K3KL4L40DM-BGCU,速率也是8533Mbps,Orin支持LPDDR5X,高通的SA8255/SA8295最高只支持LPDDR4X。目前量產(chǎn)的車載SoC只有英偉達(dá)的Orin和安霸的CV3支持LPDDR5X,蔚來(lái)的神璣也支持。目前三星的LPDDR5X溫度范圍都是-40℃-+85℃,美光的是-40℃到+95℃,略高10度,美光的型號(hào)為MT62F1G64D4EK,也能到8533Mbps。

UFS選3.1,目前主流的是UFS2.1,車規(guī)版UFS3.1在2023年初剛量產(chǎn),UFS2.1最大讀出速度為850MB/s,UFS3.1是1700MB/s,UFS2.1最大連續(xù)寫入是260MB/s,UFS3.1是1400MB/s。UFS選擇的是三星的KLUEG8UHYB-B0EQ051,支持AEC-Q100 Grade 2,最高連續(xù)讀出速度是2000MB/s,連續(xù)寫入是700MB/s,對(duì)車機(jī)來(lái)說(shuō)讀出比寫入重要,這是為車機(jī)優(yōu)化的UFS芯片。eMMC選擇的是美光的MTFC32GAZAQHD-AAT,容量32GB。Nor Flash選擇臺(tái)灣省旺宏的MX25U51279GXDR00,是2023年6月的新產(chǎn)品,采用多I/O設(shè)計(jì),最高速率在400Mbps以上。

添加一個(gè)電源排序系統(tǒng),即MPQ79700FS,這是一款MPS的 12 通道功能安全電源定序器,專為汽車高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 和自動(dòng)駕駛平臺(tái)而設(shè)計(jì),可為整個(gè)平臺(tái)提供必要的控制和電源排序。MPQ79700FS 包含一個(gè)晶體驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)帶報(bào)警功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)和一個(gè)可通過(guò) I2C 接口訪問的可配置監(jiān)控器(watchdog),同時(shí)提供低電平有效系統(tǒng)復(fù)位和中斷輸出。MPQ79700FS集成內(nèi)置自檢 (BIST) 等安全機(jī)制,以實(shí)現(xiàn)高診斷覆蓋率,使系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo) ASIL 等級(jí)。它基于 MPS 先進(jìn)的 MPSafe? 功能安全產(chǎn)品開發(fā)流程而開發(fā)。該流程已通過(guò)獨(dú)立認(rèn)證,符合 ISO26262標(biāo)準(zhǔn)。

雙Orin自然使用雙安全MCU,一般都選擇英飛凌的TC397。座艙系統(tǒng)需要大量TypeC接口,特別是新型座艙,需要考慮玩AR/VR游戲,玩外接游戲盒子,還有后排甚至三排都需要TypeC接口充電,以及各種筆記本電腦平板電腦充電。

只能用Orin的DP口和CSI口做轉(zhuǎn)換。

有三個(gè)激光雷達(dá)接口,且都是千兆級(jí),目前99%都是百兆級(jí)的,激光雷達(dá)是有冗余接口,4D毫米波雷達(dá)接口4個(gè),百兆級(jí)足夠,TCAM即Telematics and Connectivity Antenna Module,也就是T-BOX,考慮到V2X,需要最高的2500兆級(jí)別,總共3個(gè)T-BOX,其中一個(gè)用于OTA升級(jí),只需要千兆即可。DTOF是直接TOF攝像頭,也可以是Flash激光雷達(dá),推測(cè)是Flash角激光雷達(dá)的可能性更高,考慮到技術(shù)變換很快,預(yù)留了足夠多的接口。DSSAD即 Data Storage System for Automated Driving。翻譯過(guò)來(lái)就是自動(dòng)駕駛車輛的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。EDR側(cè)重于發(fā)生事故(主要是車輛速度劇烈變化引起EDR裝置啟動(dòng)記錄),DSSAD則是分清責(zé)任是自動(dòng)駕駛系統(tǒng),還是駕駛員本人。ADPU即自動(dòng)駕駛導(dǎo)航單元,ZC/R是右側(cè)Zonal控制,不過(guò)我很懷疑車側(cè)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)大部分是CAN,最高不過(guò)CAN-FD,99.9%的情況下速率都不超過(guò)5Mb/s,用千兆以太網(wǎng)嚴(yán)重浪費(fèi),從下面的MCU接口看,應(yīng)該只是預(yù)留,沒有使用。

選用目前最先進(jìn)最強(qiáng)大的以太網(wǎng)交換機(jī),Marvell的88Q5192,這是Marvell第三代安全汽車以太網(wǎng)交換機(jī)。88Q5192是一款16端口以太網(wǎng)交換機(jī),是目前端口數(shù)量最多的以太網(wǎng)交換機(jī),且集成了1000BASE-T1、100BASE-T1和10BASE-T1S PHY,完全符合適用的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)。這款16端口以太網(wǎng)交換機(jī)提供12個(gè)集成PHY,4個(gè)支持雙速1000/100BASE-T1,6個(gè)支持雙速100/10BASE-T1(S),2個(gè)支持100BASE-T1/TX。支持的其他接口包括2個(gè)多速10Gb SerDes(10G/5G/2.5G/1Gbps),2個(gè)多速2.5Gb SerDes(2.5G/1Gbps),2個(gè)RGMII/MII/RMII,和2個(gè)PCIe Gen3 x1接口。端口接口選項(xiàng)為連接外部設(shè)備提供了靈活的配置,如2.5/5/10GBASE-T1 PHY,或上行鏈路到主機(jī)SoC。這使該器件成為車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)(IVN)應(yīng)用的理想選擇,如駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、區(qū)域控制模塊和中央網(wǎng)關(guān)。這款交換機(jī)包括一個(gè)高性能的雙核ARM? R52 CPU,該CPU以鎖定方式運(yùn)行,有專用的片上存儲(chǔ)器來(lái)支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)協(xié)議,如準(zhǔn)確時(shí)間協(xié)議(PTP)和安全防火墻,以防止外部惡意攻擊。該交換機(jī)包括許多先進(jìn)的安全功能,包括802.1AE MACsec,提供鏈路安全以防止中間人攻擊,拒絕服務(wù)(DoS)引擎,用于深度數(shù)據(jù)包檢查(DPI)的TCAM,以及信任啟動(dòng)功能以確保車輛網(wǎng)絡(luò)的安全。它還包括一個(gè)嵌入式硬件安全模塊,通過(guò)支持安全和加密啟動(dòng)以及管理MACsec等安全功能來(lái)增強(qiáng)設(shè)備安全。

上圖是一個(gè)MCU的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),以太網(wǎng)物理層選用的也是目前最強(qiáng)的以太網(wǎng)物理層即Marvell的88Q4364,88Q4364設(shè)備是一個(gè)單對(duì)以太網(wǎng)物理層收發(fā)器(PHY),支持屏蔽雙絞線(STP)上的操作。收發(fā)器實(shí)現(xiàn)了IEEE 802.3ch標(biāo)準(zhǔn)定義的2.5G/5G/10GBASE-T1的以太網(wǎng)物理層部分。88Q4364集成了MACsec,可防止第2層車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全威脅。MACsec在逐跳的基礎(chǔ)上保護(hù)數(shù)據(jù)交換,并防止入侵、中間人攻擊和重放攻擊等攻擊。最高達(dá)萬(wàn)兆級(jí)別,10G/5G/2.5G USXGMII、10 Gbps XFI、5 Gbps XFI/2、2.5 Gbps 2500BASE-X或2.5 Gbps ,OCSGMII接口直接連接到汽車級(jí)圖形處理單元(GPU)、CPU、以太網(wǎng)交換機(jī)和電子控制單元(ECU),以支持車載網(wǎng)絡(luò)(IVN)所需的操作和網(wǎng)絡(luò)速率。

收音、藍(lán)牙和MCU部分,收音方面考慮到出口,DAB是少不了的,SAF360X是DAB數(shù)字收音調(diào)諧頭,車內(nèi)麥克風(fēng)眾多,三排都要有,自然離不開ADI的A2B總線收發(fā)器AD2428。GPS選擇u-blox的F9K,它可以支持 L1/L2/E5B 和 L1/L5 頻段,充分提高了靈活性、衛(wèi)星信號(hào)可用性和安全性。ZED-F9K-01A 將多頻段、多星座全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 技術(shù)與慣性導(dǎo)航高精度 RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)分米級(jí)精準(zhǔn)定位。u-blox ZED-F9K-01A 原生支持 u-blox PointPerfect GNSS 增強(qiáng)服務(wù),可以并行提供多路 GNSS 和 IMU 輸出,為各種可能的架構(gòu)提供支持,包括具有超低延遲、50 Hz慣導(dǎo)位置輸出。為高精度定位還需要D9S,這是L波段衛(wèi)星接收,D9S使用SSR SPARTN數(shù)據(jù)格式通過(guò)衛(wèi)星 L-band 頻道接收校正數(shù)據(jù)。該模塊使用加密技術(shù)安全地提供PPP-RTK GNSS 校正數(shù)據(jù),包括由u-blox PointPerfect 服務(wù)提供的數(shù)據(jù)。還有一款D9C,利用免訂閱厘米級(jí)增強(qiáng)服務(wù)(CLAS) 通播,該通播由日本QZSS(準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng))星座通過(guò)L6頻段頻道在日本本土提供服務(wù),能提供厘米級(jí)定位服務(wù),在我國(guó)廣東東部,QZSS還是可以用的,信號(hào)差點(diǎn),目前免費(fèi),將來(lái)肯定會(huì)收費(fèi)。

Flexray沒有必要,未來(lái)的潮流趨勢(shì)應(yīng)該是以太網(wǎng),F(xiàn)lexray只有奔馳、寶馬、奧迪和沃爾沃用于底盤部分,價(jià)格偏高,協(xié)議復(fù)雜。主連接器也連接了12個(gè)超聲波傳感器,通過(guò)SPI接口。TJA1042接車身控制器即ZC/R和ZC/L,還連接了ADPU、車身、和動(dòng)力域。

視頻輸出、USB和TypeC部分,可以用Orin的DP直接輸出一路,做車機(jī)與儀表雙聯(lián)屏,做4K顯示完全沒問題,再附加一路附加屏,用Orin的eDP輸出,經(jīng)過(guò)ADI的MAX96589串行器,MAX96589支持兩路MST,也就是可以輸出兩個(gè)顯示屏,一個(gè)副駕屏,再加一個(gè)中央顯示屏,或者兩個(gè)后排屏。

音頻、藍(lán)牙和WiFi,這里的音頻放大低檔了點(diǎn),可能是考慮到有外置音頻功率放大,藍(lán)牙需要兩個(gè),后排也有藍(lán)牙通話的需要。

這是攝像頭板,以800萬(wàn)像素?cái)z像頭高速無(wú)損無(wú)延時(shí)傳輸要求為例,一般為3264*2448=7990272個(gè)像素點(diǎn)。按照RGB三色24bit,攝像頭30幀計(jì)算,該攝像頭每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約為7.68Gbps帶寬。攝像頭的數(shù)據(jù)格式,通常由RAW RGB、YUV兩種。YUV常見的有三種級(jí)YUV444,YUV422和YUV420。其中,YUV444是像素X幀率X比特X3,即5.76Gbps;YUV422是像素X幀率X8比特X2,即3.84Gbps;YUV420是像素X幀率X8比特X1.5,即2.88Gbps。ADAS通常對(duì)色彩考慮不多,YUV420足夠,當(dāng)然還可以再壓縮一下,不過(guò)筆者認(rèn)為還是不壓縮的好,并且有可能將來(lái)色彩也需要考慮,因此4個(gè)800萬(wàn)像素是11.52Gbps,用MAX96712也可以,不過(guò)像AR0820這樣是830萬(wàn)像素,有點(diǎn)勉強(qiáng)了,目前最頂級(jí)的車載攝像頭圖像傳感器是索尼的IMX735,有效像素高達(dá)1742萬(wàn)像素,一個(gè)就需要6.27Gbps的帶寬,而MAX96712的總帶寬才6Gbps。再有就是考慮高速場(chǎng)景,幀率最好高一點(diǎn),40Hz或45Hz,帶寬又會(huì)增加不少,所以這里用ADI目前最頂級(jí)產(chǎn)品MAX96792,可以支持12Gbps帶寬,但MAX96792是兩攝像頭輸入的,因此需要兩個(gè)。這里的4個(gè)360環(huán)視也用了800萬(wàn)像素,完全沒必要,可以降級(jí)為400萬(wàn)像素或200萬(wàn)像素,這樣用MAX96712就輕松多了,當(dāng)然如果用800萬(wàn)像素,MAX96712也勉強(qiáng)可以。

智駕、座艙、泊車三合一,兩個(gè)Orin是有些吃力的,大部分時(shí)候恐怕是一個(gè)Orin負(fù)責(zé)座艙,一個(gè)負(fù)責(zé)智駕,雖然用了最頂級(jí)的以太網(wǎng)交換機(jī),但帶寬最高不過(guò)1.25GB/s,應(yīng)該加上一個(gè)PCIe 交換機(jī),如Microchip的PM43036B1,支持36lanes,Orin的PCIe是4代,最高是每Lane是2GB/s的帶寬,可用的Lane是16通道,最高也就是32GB/s,這個(gè)帶寬不足以讓Orin能有級(jí)聯(lián)翻倍的效果,畢竟NVLink最新的有900GB/s,但總比以太網(wǎng)要好得多。當(dāng)然這個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)是全球范圍內(nèi)最先進(jìn)的了。

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