遠(yuǎn)超特斯拉：新一代寶馬電子架構(gòu)分析

寶馬新一代電子架構(gòu)于 2016 年初開始設(shè)計(jì)，2018 年 9 月正式量產(chǎn)，大量使用以太網(wǎng)和域控制器，設(shè)計(jì)先進(jìn)程度遠(yuǎn)超更晚設(shè)計(jì)的特斯拉 Model 3。

上圖為寶馬新一代整車電子架構(gòu)圖。KOMBI：儀表。DCS：駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。TCB：即 T-box。RAM：音頻接收系統(tǒng)。Booster：高級音響系統(tǒng)。RSE：后座娛樂系統(tǒng)。TRSVC：360 環(huán)視。KAFAS：前視三目 ADAS 系統(tǒng)。FRS：前雷達(dá)。FRSF：前長距離雷達(dá)。SAS：ADAS 域控制器。SRSNVR：前右側(cè)雷達(dá)。SRSNVL：前左側(cè)雷達(dá)。HRSNL：后左側(cè)雷達(dá)。HRSNR：后右側(cè)雷達(dá)。PMA：自動泊車系統(tǒng)。DSC/VIP：制動執(zhí)行器。WCA：無線充電。ZGM：中央網(wǎng)關(guān)。ACSM：被動安全控制器。FLEL：前左燈。FLER：前右燈。EGS：電子變速箱控制。

灰色代表以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，深紅色代表 Flexray 節(jié)點(diǎn)，橙色代表 CAN 節(jié)點(diǎn)，CAN 總線再分為本地 CAN、K-CAN 和 PT-CAN。K 是 Kommunikation 的縮寫，即德語的通訊，跟英語的 Communication 差不多。PT 是 PowerTratin 縮寫。K-CAN5 連接 FBD（遙控接收）、無線充電和 NFC。K-CAN4 連接 FZD（車頂功能中心，包括基于 TOF 相機(jī)的手勢識別系統(tǒng)）、Headunit、TCB 和 RAM。K-CAN2 主要是座椅和拖車系統(tǒng)。K-CAN6 為車燈控制。本地 CAN 主要是毫米波雷達(dá)與控制器之間連接。PT-CAN 分兩路，一路是儀表到 BDC，DME，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)到 BDC。另一路主要是變速箱和 NVE 夜視系統(tǒng)。

寶馬新一代系統(tǒng)共有 3 個(gè)域控制器，分別是：

• BDC，車身域控制器；
• Headunit 即 MGU，座艙域控制器；
• SAS（選裝設(shè)備），即 ADAS 域控制器。

每個(gè)域控制器核心是以太網(wǎng)交換器和網(wǎng)關(guān)，在 360 環(huán)視也就是 TRSVC 里，也有一個(gè)以太網(wǎng)交換器。寶馬用的以太網(wǎng)交換器由博通提供，型號可能是 BCM89501（2011 年）或 BCM89531（第二代，2015 年），特別支持 802.1AS 協(xié)議，即精準(zhǔn)時(shí)間同步協(xié)議，這也是 TSN 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分。?

反觀特斯拉用的是針對車載娛樂系統(tǒng)的 EAVB（起自 2005 年，2012 年 11 月 EAVB 取消，改為 TSN）系統(tǒng)，使用 EAVB 交換器 88E6321，沒有 802.1AS，這本是 Marvell LINK-STREET 系列中特別分出了一個(gè)針對汽車音視頻娛樂應(yīng)用的 EAVB 系列產(chǎn)品。寶馬底盤系統(tǒng)用的 Flexray 總線具備安全備份、時(shí)間觸發(fā)功能，安全性也遠(yuǎn)在特斯拉用的 CAN（無備份，事件觸發(fā)，低可靠性）總線之上。

上圖為寶馬新一代座艙電子架構(gòu)，即第五代 MGU（Media Graphics Unit）， 其 Headunit，寶馬內(nèi)部代號 HU-H3。?以歐美市場為例，早期寶馬的中控或者說 Infotainment 將導(dǎo)航與基礎(chǔ)功能分開，1、2、3、4 系列和 X1、X2、X3、X4 系列目前仍然如此，入門車型不帶導(dǎo)航。高端的 5、6、7 和 X5、X6、X7 和 8 系列是合二為一。寶馬自 2001 年導(dǎo)入操作系統(tǒng) idrive，簡稱 ID。

第五代 MGU 有了重大改變，放棄了 QNX 操作系統(tǒng)，改用寶馬再開發(fā)的 LINUX 系統(tǒng)，也就是 GENIVI+LINUX。GENIVI 是一個(gè)聯(lián)盟，致力于將 LINUX 和其他開源軟件用于汽車座艙電子中，主要 OEM 成員包括寶馬、現(xiàn)代、本田、戴姆勒、日產(chǎn)、PSA 和上汽。主要 Tier1 包括阿爾派、安波福、歌樂（佛吉亞）、電裝、現(xiàn)代摩比斯、LG 和博世。芯片廠家包括 NXP、瑞薩、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科、ADI、ARM 和 Telechips。中間件與軟件廠家包括東軟、風(fēng)河、QT、KPIT、綠山。MGU 也是寶馬首次用 LINUX 系統(tǒng)。?MGU 最早用在 2019 年的 3 系頂配上，然后是 7 系全系列、Z4、X5 和 X7 以及 8 系上。未來會全面引入。

MGU 放棄 MOST 總線，改用 OABR （OPEN Alliance BroadR-Reach）車載以太網(wǎng)，聯(lián)盟由寶馬、現(xiàn)代、NXP、飛思卡爾、HARMAN、意法半導(dǎo)體、博通在 2011 年發(fā)起成立。OPEN 是 One Pair Ethernet Network 的縮寫，OABR 已經(jīng)由 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化，并命名為 100BASE-T1。傳統(tǒng)的百兆以太網(wǎng)的名字是 100BASE-TX，二者在物理層上差別很大。?二者最顯著的區(qū)別就是，100BASE-T1 在物理連接上使用了一對雙絞線實(shí)現(xiàn)全雙工的信息傳輸，而 100BASE-TX 則使用了兩對雙絞線實(shí)現(xiàn)全雙工，一對用于收，另一對用于發(fā)。100BASE-T1 利用所謂的回音消除技術(shù)（echo cancellation）實(shí)現(xiàn)了在一對雙絞線上的全雙工通信。

回音消除技術(shù)的大概過程是這樣的，作為發(fā)送方的節(jié)點(diǎn)將自己要發(fā)送的差分電壓加載到雙絞線上，而作為接收者的節(jié)點(diǎn)則將雙絞線上的總電壓減去自己發(fā)出去的電壓，做減法得到的結(jié)果就是發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的電壓。?BroadR-Reach 是 Broadcom 公司針對自己車載以太網(wǎng)產(chǎn)品的專用商標(biāo)。因此可以認(rèn)為 100BASE-T1=OABR=BroadR-Reach。不過缺點(diǎn)是 OABR 主要支持點(diǎn)對點(diǎn)通訊，雙向 100MBits，在 OBD2 里仍然使用傳統(tǒng)以太網(wǎng)。反觀特斯拉用的是針對車載娛樂系統(tǒng)的 EAVB 系統(tǒng)，使用 EAVB 交換器 88E6321，這本是 Marvell 針對 SOHO 辦公的 LINK-STREET 系列產(chǎn)品。

上圖為整個(gè)座艙系統(tǒng)框架圖

（1 為 CentralInformation Display，CID，2 為 HU-H3，3 為用戶界面，4 為應(yīng)用軟件，5 為連接系統(tǒng)）

HU-H3 連接 4 路以太網(wǎng)，分別是儀表、RAM、BDC 和 TCB。

在 HU-H3 的側(cè)后方有一個(gè) USB 供電接口，在正后方則是主要 8 個(gè)接口，見上圖。1 為藍(lán)牙空中接口，2 為 WLAN 空中接口，3 為 USB Type-A 接口，4 為 USB Type-C 接口，5 為外接 CD 的 USB 接口，6 為 APIX 顯示接口，連接中控屏（Central Information Display，CID），7 為 CAN 連接，8 為以太網(wǎng)接口。MGU 在某些國家，如東歐或俄羅斯，采用內(nèi)置 CD 機(jī)設(shè)計(jì)（中國人早就把 CD 機(jī)淘汰了，歐洲人特別俄羅斯還是用 CD 多），但沒有導(dǎo)航功能。??? 因?yàn)槭?2016 年初開始設(shè)計(jì)，因此還是使用機(jī)械硬盤做主要存儲，硬盤容量 320GB，其中導(dǎo)航占 160GB，娛樂占 34GB，聯(lián)網(wǎng)音樂 16GB，可用空間 34GB。

上圖為寶馬第三代即 NBT 的架構(gòu)，目前德州儀器的 DRA44X 系列芯片（即 J6）已經(jīng)不公開銷售。NBT EVO 可能改用了 DRA71x 系列。圖中還少了一顆做顯卡的芯片，即英偉達(dá)的 EMP9。入門級產(chǎn)品則用 FPGA 取代德州儀器的 DRA44X。寶馬持續(xù)沿用這種架構(gòu)設(shè)計(jì)，英特爾的 ATOM E660（NBT 是使用 E660，MGU 使用一顆保密型號 J626C159，推測是英特爾 A3930，特斯拉是 A3950）主要負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。J6 負(fù)責(zé)導(dǎo)航與外設(shè)。

上圖為 RAM，1 為 CAN 連接，2 為以太網(wǎng)連接，3 為 SDRAS 空中接口連接，4 為 AM/FM 收音空中接口。?在 MGU 上，延續(xù)這種雙處理器設(shè)計(jì)，但是也有很大不同。寶馬將音頻接收和導(dǎo)航單獨(dú)放在 RAM 一個(gè)單獨(dú)的盒子里，物理上分開。HU-H3 盒子里和 NBT 幾乎沒有改動，還是英特爾的 Atom 和瑞薩的 RH850 MCU，這種設(shè)計(jì)保留了原來的設(shè)計(jì)成果，也增加了靈活性，可謂相當(dāng)先進(jìn)，就是硬件成本大幅度增加。HU-H3 里也包含 WLAN 和藍(lán)牙，采用博通的藍(lán)牙與 WLAN 二合一模塊 91UWM255。

10 為 HU-H3，6 為 RAM，8 為 Booster，3 是駕駛員側(cè)麥克風(fēng)，5 是乘客側(cè)麥克風(fēng)。

寶馬對音響系統(tǒng)尤其重視，共分三個(gè)版本，標(biāo)準(zhǔn)版（SA676）的功率是 205 瓦，包括 3 個(gè)高音，5 個(gè)中音，2 個(gè)低音單元。中級版（SA688）是哈曼卡頓環(huán)繞聲，功率 464 瓦，包括 5 個(gè)高音，5 個(gè)中音，2 個(gè)低音單元。高級版（SA6F1）是 Bowers&Wilkins 鉆石環(huán)繞聲，功率 1200 瓦，包括 7 個(gè)高音，7 個(gè)中音，2 個(gè)低音。?RAM 里的導(dǎo)航板設(shè)計(jì)復(fù)雜，采用瑞薩的 R-CAR H3 做主芯片。

上圖為 R-CAR H3 內(nèi)部框架圖

寶馬不惜成本瘋狂使用以太網(wǎng)，可能是希望線束精簡，在線束上降低成本，減輕線束重量。根據(jù)連線圖，R-CAR H3 可能使用了兩路以太輸出，一路是音頻轉(zhuǎn)以太網(wǎng)輸出給 Booster，這有點(diǎn)大材小用，音頻實(shí)時(shí)性和帶寬需求都不高。另外一路是視頻輸出轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)輸出，H3 有 4 路視頻輸出，包括一路模擬視頻、一路 LVDS 和兩路 HDMI，MGU 使用了三路，估計(jì)分別是 CID、儀表和 HUD。RAM 需要將這三路都轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)格式，HDMI 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)也就是 IP 格式很容易，LVDS 略微麻煩，然后加一個(gè)小型以太網(wǎng)交換器。

這兩路都加了一個(gè) Marvell 的以太網(wǎng) Phy 芯片。?銷售到日本的 MGU 會添加一個(gè) V2X 芯片，因?yàn)槿毡净窘ǔ闪艘惶追Q之為 VICS 的 V2X 系統(tǒng)，硬件上需要加一個(gè) VICS 解碼芯片。VICS 基于 DSRC 技術(shù)，VICS 并不遜色于目前非?；鸨冀K未落地的 5G V2I。最重要的是日本幾乎所有新車都配備了 VICS。

為保證音質(zhì)，寶馬 MGU 采用三片 NXP 的 TDF8546 功率放大模塊，每個(gè)模塊可輸出 4 路 45 瓦的音頻功率，TDF8546 采用高音質(zhì)的橋式推挽 BTL 電路，而不是目前主流的 D 類功率放大，D 類功率放大雖然成本低效率高，但是音質(zhì)生硬尖冷，沒有音響愛好者會認(rèn)同 D 類的聲音。BTL 雖然效率略低于 D 類，但音質(zhì)遠(yuǎn)在 D 類之上。除了豪華車，幾乎沒有廠家在意音質(zhì)。

CID 有 10.25 英寸和 12.3 英寸兩種，分辨率都是 1920*720。寶馬新一代頂配車型儀表為 12.3 英寸全液晶儀表，由博世提供，顯示屏由 LG 提供。

上圖為寶馬的 HUD 與儀表之間連接圖，HU-H3 通過 APIX2 系統(tǒng)與 CID 連接，同時(shí)與儀表以太網(wǎng)連接，儀表再通過 APIX2 與 HUD 抬頭顯示器連接。?APIX（AutomotivePixel link）是德國 Inova Semiconductorsnova 開發(fā)的多通道技術(shù)，類似于美信的 GMSL 和德州儀器的 FPDLINK，可能有寶馬的投資吧，寶馬全系列都使用 APIX 技術(shù)，是 Inova 的主要客戶，捷豹、大眾和沃爾沃部分車型也有使用。全新 APIX3 版本通過單獨(dú)雙絞線（STP）可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 6Gbps 的傳輸速度，通過四雙絞線（QTP）速度可達(dá) 12Gbps。

寶馬使用 INAP375R 芯片，方框圖如下：

下篇主要分析寶馬的 ADAS 系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)、手勢識別系統(tǒng)、語音識別系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、以太網(wǎng)構(gòu)成的 360 環(huán)視系統(tǒng)。敬請期待。