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汽车域控制器技术

2022-04-23 06:31:17 作者：互联网

汽车域控制器技术

域控制器是指在“域”模式下，至少有一台服务器负责每一台联入网络的电脑和用户的验证工作，相当于一个单位的门卫一样，称为“域控制器（Domain Controller，简写为DC）”。

域控制器( Domain controller，DC)是活动目录的存储位置,安装了活动目录的计算机称为域控制器。在第一次安装活动目录时,安装活动目录的那台计算机就成为域控制器,简称“域控”。域控制器存储着目录数据并管理用户域的交互关系,其中包括用户登录过程、身份验证和目录搜索等。一个域可以有多个域控制器。为了获得高可用性和容错能力,规模较小的域只需两个域控制器,一个实际使用,另一个用于容错性检査;规模较大的域可以使用多个域控制器。

在对等网模式下，任何一台电脑只要接入网络，其他机器就都可以访问共享资源，如共享上网等。尽管对等网络上的共享文件可以加访问密码，但是非常容易被破解。在由Windows 9x构成的对等网中，数据的传输是非常不安全的。

不过在“域”模式下，至少有一台服务器负责每一台联入网络的电脑和用户的验证工作，相当于一个单位的门卫一样，称为“域控制器（Domain Controller，简写为DC）”。

域控制器中包含了由这个域的账户、密码、属于这个域的计算机等信息构成的数据库。当电脑联入网络时，域控制器首先要鉴别这台电脑是否是属于这个域的，用户使用的登录账号是否存在、密码是否正确。如果以上信息有一样不正确，那么域控制器就会拒绝这个用户从这台电脑登录。不能登录，用户就不能访问服务器上有权限保护的资源，他只能以对等网用户的方式访问Windows共享出来的资源，这样就在一定程度上保护了网络上的资源。

要把一台电脑加入域，仅仅和服务器在网上邻居中能够相互“看”到是远远不够的，必须要由网络管理员进行相应的设置，把这台电脑加入到域中。这样才能实现文件的共享。

本文主要参考文献链接

https://mp.weixin.qq.com/s/EyWK2D157Rd90YqAhQNIFQ

https://mp.weixin.qq.com/s/cjFsVRGaLuC05s4DEpt7cw

https://baike.baidu.com/item/%E5%9F%9F%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8/8656707?fr=aladdin

https://zhuanlan.zhihu.com/p/466048587

为了解决分布式EEA的这些问题，人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上，这就是汽车“域控制器（Domain Control Unit，DCU）”。域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构演进到域集中式EE架构（如图2-2所示）的一个重要标志。

域控制器是汽车每一个功能域的核心，主要由域主控处理器、操作系统和应用软件及算法等三部分组成。平台化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心设计思想。依托高性能的域主控处理器、丰富的硬件接口资源以及强大的软件功能特性，域控制器能将原本需要很多颗ECU实现的核心功能集成到进来，极大提高系统功能集成度，再加上数据交互的标准化接口，因此能极大降低这部分的开发和制造成本。

对于功能域的具体划分，各汽车主机厂家会根据自身的设计理念差异而划分成几个不同的域。比如BOSCH划分为5个域：动力域（Power Train）、底盘域（Chassis）、车身域（Body/Comfort）、座舱域（Cockpit/Infotainment）、自动驾驶域（ADAS）。这也就是最经典的五域集中式EEA，如下图2-2所示。也有的厂家则在五域集中式架构基础上进一步融合，把原本的动力域、底盘域和车身域融合为整车控制域，从而形成了三域集中式EEA，也即：车控域控制器（VDC，Vehicle Domain Controller）、智能驾驶域控制器（ADC，ADAS\AD Domain Controller）、智能座舱域控制器（CDC，Cockpit Domain Controller）。大众的MEB平台以及华为的CC架构都属于这种三域集中式EEA。

什么是域控制器

过去十多年的汽车智能化和信息化发展产生了一个显著结果就是ECU芯片使用量越来越多。从传统的引擎控制系统、安全气囊、防抱死系统、电动助力转向、车身电子稳定系统；再到智能仪表、娱乐影音系统、辅助驾驶系统；还有电动汽车上的电驱控制、电池管理系统、车载充电系统，以及蓬勃发展的车载网关、T-BOX和自动驾驶系统等等。

传统的汽车电子电气架构都是分布式的（如下图2-1），汽车里的各个ECU都是通过CAN和LIN总线连接在一起，现代汽车里的ECU总数已经迅速增加到了几十个甚至上百个之多，整个系统复杂度越来越大，几近上限。在今天软件定义汽车和汽车智能化、网联化的发展趋势下，这种基于ECU的分布式EEA也日益暴露诸多问题和挑战。

图2-1 汽车分布式EEA

图2-2 域集中式EE架构

2. 域控制器市场概述

2018年，基于德尔福提供的域控制器技术，奥地利TTTech公司开发的zFAS控制器率先应用在奥迪A8当中。伟世通公司则推出了SmartCore域控制器，集成信息娱乐、仪表板、信息显示、HUD、ADAS等功能。这些产品开创了商用功能域控制器产品之先河，全球各大Tier 1供应商纷纷跟进，整个域控制器市场逐渐发展起来。

在国内市场，华为、德赛西威、航盛电子、东软等企业也推出了DCU解决方案，并得到了国内车企的采用。比如，2020年小鹏汽车推出的智能轿跑P7就采用了德赛西威基于英伟达Xavier打造的自动驾驶域控制器产品——IPU03。

当前，整个业界对DCU市场都有非常乐观的预期。据佐思产研的预测，2025年全球汽车DCU（座舱+自动驾驶）出货量将超过1400万套，2019-2025期间年平均增长高达50.7%。

图2-3 全球域控制器市场预测

整个汽车行业普遍认为，域控制器是汽车电子行业未来竞争门槛最高的部分，因此利润也最高，芯片厂商和核心算法供应商将会受益。

(一) 域控制器市场快速增长背后的驱动因素

更多更好的ADAS功能和智能座舱与信息娱乐功能一直是推动域控制器市场快速增长的主要因素，这些新功能能明显提高整车的科技感和用户体验，因此也是主机厂开发新车型时的投入重点。L1到L2+级别之间的ADAS应用是这几年发展非常快，很多功能都正在快速普及，比如：停车辅助、车道偏离预警、自适应巡航、碰撞避免、盲点侦测、驾驶员疲劳探测等。

域控制器需要一颗性能更强、集成度越高的主控处理器来作为其大脑，更多原本通过分离ECU实现的功能现在可以放到域主控处理器上来实现，也因此就能更加节省功能域里所需的ECU用量和其它硬件资源。更高的集成度可以更主机厂供应链管理实现ADAS域控和相关零部件平台化和标准化的要求。

(二) 对域控制器供应链的影响

汽车E/E架构的演进和发展，也深刻影响了主机厂和汽车电子供应商的供应关系。主机厂的核心竞争力从以前的机械制造为主，全面转向软件和算法为重点。预计未来整车厂与Tier 1供应商之间将可能有两种合作模式：

其一，Tier 1负责域控制器硬件设计和生产，以及中间层Middleware软件部分。整车厂负责自动驾驶软件部分。Tier 1的优势在于以合理的成本将产品生产出来并且加速产品落地，因此整车厂和Tier 1进行合作生产方式是必然，前者负责自动驾驶软件部分，后者负责硬件生产、中间层以及芯片方案整合。这种模式下，在项目立项时，整车厂又可能跨过Tier 1直接与芯片厂商确定方案的芯片选型。

其二，Tier 1自己与芯片商合作，做方案整合后研发中央域控制器并向整车厂销售，例如大陆ADCU、采埃孚ProAI、麦格纳MAX4等。

2.1 智能座舱域控制器

座舱智能化的实质是基于汽车驾驶舱中的人机交互场景，将驾驶信息与娱乐信息两个模块进行集成，为用户提供高效的、直观的、充满未来科技感的驾驶体验。智能座舱的设计诉求主要是用于提升用户的驾乘体验，同时还要保证用户驾乘的安全性和舒适性，最终实现汽车作为人们工作和家庭场景以外的第三生活空间这一终极目标。

智能座舱域包括HUD、仪表盘（Cockpit）和车载娱乐信息系统（In-Vehicle Infotainment，简称IVI）三个最主要的组成部分。

HUD是非常实用的功能，将ADAS和部分导航功能投射到挡风玻璃上，诸如ACC、行人识别、LDW、路线提示、路口转弯提示、变道提示、剩余电量、可行驶里程等。HUD将很快会演变为AR HUD，在L3和L4时代成为标配。

进入L3时代，驾驶员状态监测（Driver Status Monitor，DMS）将成为必备的功能，包括：面部识别、眼球追踪、眨眼次数跟踪等将引入机器视觉和深度学习算法。而L4时代则必备V2X（Vehicle to everything）。

另外，多模态交互技术的蓬勃发展将会极大改变用户与汽车的交互模式。基于语音识别功能的语音交互技术越来越普及，常用于跟IVI系统的交互操作。进一步还能通过语音来对驾驶员进行情绪状态分析。当DMS系统检测到驾驶员昏昏欲睡时，系统可以通过播放音乐或者释放香味来唤醒驾驶员；基于多场景下的汽车座舱多模态交互技术未来一定会重新定义人机交互技术的发展。

所有这些智能座舱新技术的发展，都将推动对座舱域计算资源需求的暴增。

智能座舱域控制器领域，全球Tier 1厂商主要包括：博世、大陆汽车、哈曼、伟世通和Aptiv（安波福）等。中国本土企业主要有德赛西威、航盛和东软睿驰等。

表2-1 全球主要座舱域控制器厂商信息

2.2 ADAS域控制器

ADAS域控制器通常需要连接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器设备，要具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通讯、高速通讯的能力，要完成包含图像识别、传感器数据处理等诸多功能，因此要完成大量运算，域控制器一般都要匹配一个核心运算力强的处理器，能够提供自动驾驶不同级别算力的支持，目前业内有NVIDIA、华为、瑞萨、NXP、TI、Mobileye、赛灵思、地平线等多个方案。

自动驾驶技术目前是全球科技行业最前沿的方向。L1到L2+级别的辅助驾驶技术和功能已经日趋成熟，搭载ADAS功能和应用的很多车型开始进入大规模量产。可以遇见L1/L2级别ADAS功能的市场渗透率将快速提升，而L3/L4级别自动驾驶系统仍处于小规模原型测试阶段。

当今的自动驾驶行业，中国市场绝对是主力。今年中国L2的搭载量预计突破80万，中国品牌占据绝大部分份额。未来中国市场ADAS功能的渗透率还将持续快速提高，中低端汽车所配置的ADAS功能将逐步增多。根据艾瑞咨询研究报告显示，预计2025年ADAS功能在乘用车市场可以达到65%左右的渗透率。L3级别的高速自动领航HWP功能和L4级别的AVP自动泊车功能，目前车型渗透率较低，未来提升空间较大。

图2-4 中国ADAS功能市场渗透率预测

ADAS域控制器正在从过去的分布式系统架构演变到域集中式架构。过去一套ADAS系统，要有好几个独立的ECU才能实现，比如车道偏移和交通识别ECU、前向碰撞预警ECU、泊车辅助ECU等。现在有了功能强大的集中式ADAS域控制器后，一个域控制器就实现了所有功能。系统的软硬件复杂度大大降低，可靠性也得到了提高。

目前业内提供ADAS域控芯片平台的有NVIDIA、华为、瑞萨、NXP、TI、Mobileye，以及国内本土的地平线和黑芝麻等多个方案。下表2-2总结了全球主要ADAS域控制器厂商及其客户和伙伴信息。

表2-2 全球主要ADAS域控制器厂商信息

域控制器发展趋势

域控制器的兴起对传统的汽车MCU厂商造成了极大的挑战，“因为MCU使用量将大大减少，传统的MCU产品其演进路线将不复存在”。

在分布式ECU时代，计算和控制的核心是MCU芯片，传输的基础核心是基于传统的CAN、LIN和FlexRay等低速总线。但在域控制器时代，高性能、高集成度的异构SoC芯片作为域的主控处理器，将成为域控制器的计算与控制的核心芯片。而汽车TSN（Time-Sensitive Network）以太网因为具有高带宽、实时和可靠的数据通信能力等特点，必将成为整车通信的核心基础设施，尤其是域主控处理器之间的通信主干网。

下面来简单分析一下域控制器以及核心的主控处理器的一些关键技术和趋势。

3.1 高性能

总的来说，对算力的需求提升一直是域控制器核心芯片发展的主要推动力。一方面原本由多个ECU完成的功能，现在需要依靠单一的域主控处理器来完成，并且还需要管理和控制所连接的各种传感器与执行器等。比如：底盘、动力传动系统和车身舒适电子系统的域主控处理器，其算力需求大约在10000DMIPS-15000DMIPS左右。

图2-5 汽车域控制器对CPU DMIPS算力的需求预测

新的智能汽车，除了要更多的与人交互外，更需要大量的对环境进行感知，这就需要计算和处理海量的非结构化数据，因此座舱域和自动驾驶域都要求高性能的CPU，比如就座舱仪表的CPU算力而言，其实跟一部高端智能手机的CPU算力差不多，约为50000DMIPS左右。此外，为了支持L2辅助驾驶功能或者更高级别的自动驾驶功能，需要运行很多视觉DNN模型算法，这就又额外需要上百TOPS的AI算力。

所以，各芯片厂商总是会尽量使用更先进的制程工艺、更先进的CPU核于与NPU核来尽量提高域主控芯片的CPU核心性能与NPU性能。

3.2 高异构性

伴随着AI技术在视觉领域的应用，基于视觉的自动驾驶方案逐渐兴起，这就需要在CPU的基础上加装擅长视觉算法的GPU芯片，从而形成“CPU+GPU”的解决方案。不过，“CPU+GPU”组合也并非最优解决方案，因为 GPU 虽然具备较强的计算能力，但成本高、功耗大，由此又逐步引入了FPGA和 ASIC 芯片。

总体来看，单一类型的微处理器，无论是 CPU、GPU、FPGA还是ASIC，都无法满足更高阶的自动驾驶需求，域控制器中的主控芯片会走向集成“CPU+xPU”的异构式 SoC（xPU 包括 GPU/FPGA/ASIC等），从而能较好的支撑各种场景的硬件加速需求。

3.3 高集成度

从功能层面上，域控制器会整合集成越来越多的功能。比如动力系统域可能把发动机的控制、电机控制、BMS、车载充电机的控制组合在一起。有些主机厂甚至直接一步到位，将底盘、动力传动以及车身三大功能域直接整合成一个“整车控制域（Vehicle Domain Controller，VDC）”。

要支持这些功能的整合，作为域控制器的大脑，域主控处理器SoC就需要集成尽可能多的接口类型，比如：USB、Ethernet、I2C、SPI、CAN、LIN以及FlexRay等等，从而能连接和管理各种各样的ECU、传感器和执行器。

3.4 硬件虚拟化

对硬件虚拟化技术的需要主要来自两方面：（1）硬件资源的分区与隔离；（2）支持混合安全等级。

原本需要多个ECU实现的多个功能都整合到域控制器上后，势必会导致域控制器的软件更为复杂，这势必会导致整个软件系统的出错概率增加、可靠性下降。而且多个应用混合运行在同一个操作系统上，经常会出现故障传播（Failure Propagation），也就是一个应用出现问题后，会使得整个系统底层软件和硬件都处于紊乱状态，从而导致其它原本正常的应用也会开始出现故障。因此通过硬件虚拟化技术对硬件资源进行分区（Partition），使得各个功能对应的软硬件之间互相隔离（Isolation），以此保证整个系统的可靠性。

另一方面，在汽车电子系统中，通常不同的应用其对实时性要求和功能安全等级要求都不同。例如，根据ISO 26262标准，汽车仪表系统与娱乐信息系统属于不同的安全等级，具有不同的处理优先级。汽车仪表系统与动力系统密切相关，要求具有高实时性、高可靠性和强安全性，要求运行在底层实时操作系统上（比如QNX）。而信息娱乐系统主要为车内人机交互提供控制平台，追求多样化的应用与服务，以Linux和Android为主。为了实现混合安全等级的应用，实现不同的操作系统运行在同一个系统上，这就需要虚拟化技术的支持。

车载硬件虚拟化技术的核心是Hypervisor，一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间层软件，可以允许多个不同虚机上的操作系统和应用共享一套基础物理硬件。当系统启动时，首先运行Hypervisor，负责给每一台虚拟机分配适量的内存、CPU、网络、存储以及其它硬件资源等等（也就是对硬件资源进行分区），最后加载并启动所有虚拟机的客户操作系统。

一句话总结一下基于Hypervisor的优点：提供了在同一硬件平台上承载异构操作系统的灵活性，同时实现了良好的高可靠性和故障控制机制, 以保证关键任务、硬实时应用程序和一般用途、不受信任的应用程序之间的安全隔离，实现了车载计算单元整合与算力共享。

3.5 ISO 26262功能安全

功能安全是汽车研发流程中非常关键的要素之一。随着系统复杂性的提高，来自系统失效和随机硬件失效的风险日益增加。ISO 26262标准制定的目的就是更好的规范和标准化汽车全生命周期中的功能安全管理和要求，包括：概念阶段、系统研发、硬件研发、软件研发、生产和操作过程、售后等环节，尤其重点在产品设计阶段如何定义和实现功能安全的目标。

载汽车功能安全标准ISO26262-5 2018 “产品开发：硬件层面附录D”中对处理器单元的诊断覆盖率推荐的安全技术措施中，双核锁步(dual-core lockstep)、非对称冗余和编码计算是三种典型的硬件冗余技术措施。除此之外，硬件BIST、软硬件Self-Test技术、ECC等也是常见的提高处理器安全特性的设计措施。

图2-6 ISO26262标准中的功能安全芯片设计技术

双核锁步CPU是一种CPU冗余技术，在一个芯片中包含两个相同的处理器，一个作为master core，一个作为slave core，执行相同的代码并严格同步，master可以访问系统内存并输出指令，而slave不断执行在总线上的指令（即由主处理器获取的指令）。slave产生的输出，包括地址位和数据位，发送到比较逻辑模块，由master和slave总线接口的比较器电路组成，检查之间的数据、地址和控制线的一致性。检测到任何总线的值不一致时，就会发现其中一个CPU 上存在故障，但不会确定是哪个CPU故障。

这种CPU架构使得CPU自检独立于应用软件，不需要执行专门的指令集自检，实际运行的软件指令在每个时钟都进行比较，只需要测试软件用到的CPU资源，但这种架构不会对内存和总线进行检测，需要增加单独的检测方法以避免两个CPU的共模故障。

3.7 网络卸载引擎

汽车网络会存在多种通信总线。骨干网未来势必会基于TSN以太网来构建，但是从域主控处理器到ECU或者传感器之间的通信则仍然是基于传统的车载低速总线，比如：CAN、FlexRay等。域主控处理器作为域控制器的核心，是所有ECU和传感器通信的汇聚中心。因此如果要依靠CPU的算力来完成不同总线间的协议转换，以及跨域通信的网络包处理的话，势必会占用宝贵的CPU算力资源。

因此基于硬件来实现网络协议转换处理的网络卸载引擎，对于各个域（包括中央网关）的域主控处理器是非常重要的技术。

3.7 Security引擎

连接性（Connectivity）是汽车智能化发展的一个很重要的趋势，未来的汽车一定会像今天的手机一样随时保持连接到互联网中。因此如何阻止未经授权的网络访问，以保护汽车免于受到黑客的攻击，对未来的智能汽车而言就会变得极为重要。下一代硬件安全模块（Hardware Security Module，HSM）正在成为下一代车载网络通信的重要基础设施之一。

HSM对于完全的安全车载通信（Secure Onboard Communication，SecOC）是必不可少的。HSM能确保所接收到的数据的真实性，防止攻击者绕过相关的安全接口，入侵车载网络。

基于硬件的安全模块主要解决两个问题：

密钥泄漏问题：如果密钥存储在应用程序的代码或数据中，很容易被泄漏。所以有必要增加一个硬件模块，专门存储密钥。
Crypto算法加速：通过内核来直接进行加密或解密运算会占用大量CPU算力资源。因此，有必要通过硬件模块来进行加密解密算法的加速。

SHE（Secure Hardware Extension）标准是由奥迪和宝马公司合作制定的、针对硬件安全模块HSM的规范，主要包括密码模块的硬件、硬件软件接口。这个规范已被广泛接受，很多针对汽车行业的微处理器都支持这个规范。

3.8 面向服务的软件架构SOA

ECU原先运行的软件大多数是按照Classic AutoSAR规范开发的软件系统，其中的应用软件一般都是静态调度（Static Scheduling）模式的，也即在系统运行时，程序中不同功能的函数按照事先定义好的排序文件依次调用、逐个运行。静态调度的优点是资源分配问题都是事先安排好的，车辆量产后就不会再改变，每个功能对应的函数代码具体运行时间也被提前锁定，是确定性的。因此这种设计对于汽车上很多对功能安全要求苛刻的场景是非常适合的。比如：决定安全气囊是否打开的功能函数就是固定地每隔几毫秒运行一次，以便紧急情况下可以及时打开。

承载计算和控制的底层硬件从分散的多个ECU集中到多核、异构的高性能域主控处理器后，相应的软件也会从分散向集中、从简单向复杂、从静态向动态进化。下图2-7显示了以后汽车域控制器上的典型软件架构：

图2-7 域控制器上基于空分虚拟化技术的典型软件架构

操作系统层：最底层利用Hypervisor虚拟化技术对硬件资源进行分区(partition)，从而可以在每个虚机运行不同的操作系统。比如在上图中，虚机VM1中运行兼容POSIX实时操作系统标准（比如PSE 52）的RTOS，RTOS上通常要承载功能安全相关的应用和服务；虚机VM2中运行Linux这种完全POSIX标准的分时操作系统，上面通常运行管理相关的功能和服务；虚机VM3中运行的可能是原来在ECU上运行的Legacy应用。
中间件层：操作系统是不做任何与“车”特定相关工作的。为了让域主控处理器在汽车场景下使用，需要有很多软件或者中间件用于让域控制器满足汽车的电源管理标准、网络管理标准以及诊断标准等；车载域控制器需要比一般工业嵌入式系统有更高的可靠性要求，这样就需要在计算机OS基础上再附加对存储和通讯等各方面的安全保护和容错机制；同时，位了让车载域控制器能够在整车EE架构下运行，还需要提供时钟同步、日志跟踪以及服务管理和发现等功能。Adaptive AutoSAR规范定义了运行在Linux或者完全兼容POSIX 1003.1标准RTOS上的这一层与“车”相关的中间件标准；而传统运行在POSIX子集的RTOS或者BareMetal模式的中间件规范则由Classic AutoSAR标准定义。
应用层：上层应用基于AutoSAR标准的中间件来进行开发。随着汽车智能化和网联化相关的功能越来多，上层应用软件也越来越复杂。位了降低单个应用的整体复杂性，可以借鉴互联网的面向服务架构（SOA）的软件设计思想，将一个复杂应用拆分多个服务。每个服务实现得尽可能小，尽量实现成无状态方式的服务，以利于整个系统的开发、测试和软件重用。服务与服务之间通过事件或者消息总线（发布/订阅工作模式）来进行通信，并降低互相之间的耦合度。通过服务配置来管理服务之间的依赖性、服务的部署和启动，以及服务的健康状态检测等。

汽车以太网给车载系统通信带来一个革命性的变化，在中央计算式汽车EE架构下，整个车载系统可以被看作是一个分布式网络系统：中央计算平台是一个小型服务器集群，区域计算平台是边缘计算节点。在互联网或者大型分布式系统中，SOA架构设计理念已经被广泛使用了。因此当IP网络技术被广泛应用于汽车后，很多在互联网或者分布式计算中已经很成熟的软件技术，自然会被借鉴到新的汽车软件架构设计中来，比如：RPC技术、事件/消息总线、RESTful API设计等。

大型互联网数据中心中的服务器集群动辄几百、上千台服务器，每秒百万、千万级别的并发。车载系统尽管可以被看作是一个分布式网络系统，但是却没有互联网大型服务器系统的高并发特征，相反，更注重通信的实时性和可靠性。

车载系统在物理上是向集中式发展的，也就是原来通过多个分散ECU来实现的功能，渐渐集中到几个主要的高性能域控制器上。因此，尽管在软件设计上，会尽量按照SOA的思路拆分成一个一个小的服务，但是这些服务在部署上其实是集中式的。鉴于这种物理部署上的“集中”与运行时的“分布式”并存的特点，因此可以通过一系列技术手段来优化服务与服务之间的通信延迟（比如：通过共享内存技术）。这是车载分布式系统与互联网强调高并发特性的分布式系统之间另一个显著的差别。

4. 小结

域集中式EE架构会是未来相当长一段时间占主要地位的汽车EE架构，域控制器作为域集中式EE架构的核心，会在整个汽车产业链中占据越来越重要的地位。其相应的芯片和硬件方案、操作系统和算法等将会成为整个产业链各上下游厂家的争夺焦点。

汽车五大域控制器

根据国外主流供应商的总结经验，现如今行业中将汽车E/E架构按功能划分为动力域(安全)、底盘域(车辆运动)、座舱域(信息娱乐)、自动驾驶域(辅助驾驶)和车身域(车身电子)五大区域，每个区域对应推出相应的域控制器，最后再通过CAN/LIN等通讯方式连接至主干线甚至托管至云端，从而实现整车信息数据的交互。

1、动力域控制器

动力域控制器是一种智能化的动力总成管理单元。借助CAN/FLEXRAY实现变速器管理，引整管理电池监控交流发电机调节。其优势在于为多种动力系统单元(内燃机、电动机\发电机、电池、变速箱)计算和分配扭矩通过预判驾驶策略实现CO2减排通信网关等，主要用于动力总成的优化与控制，同时兼具电气智能故障诊断智能节电、总线通信等功能。

以多核安全微处理器为核心的硬件平台对动力域内子控制器进行功能整合，集成各ECU的基本功能需要的硬件针对动力域VClLIverterTCU BMS和DCDO等高级的域最次算法提供当力支持以ASIL-C安全等级为目标，具备SOTA信息安全、通讯管理等功能。

支持的通讯类型包括CAN/CAN-FD，GigabitEthernet并对通讯提供SHA-256加密算法支持面向CPU\GPU发展，需要支持AdapativeAUTOSAR环境，或支持POSIX标准接口的操作系统。

2、底盘域控制器

底盘域是与汽车行驶相关，由传动系统、行驶系统转向系统和制动系统共同构成。随着汽车智能化发展，智能汽车的感知识别、决策规划、控制执行三个核心系统中，与汽车零部件行业最贴近的是控制执行端，也就是驱动控制、转向控制、制动控制等，需要对传统汽车的底盘进行线控改造以适用于自动驾驶。

线控底盘主要有五大系统，分别为线控转向线控制动、线控换挡线控油门线控悬挂，线控转向和线控制动是面向自动驾驶执行端方向最核心的产品。

底盘域控制器应采用高性能、可扩展的安全计算平台，并支持传感器-群集及多轴惯性传感器，并且可检查和惯性传感器信号融合实现车辆动态模型的高性能安全计算，同时达成高性价比。现如今底盘电控越来越普及，底盘上电控产品的数据往往可以达到10个以上，当前电子底盘系统以零部件划分，如车身稳定控制系统ESC电子助力系统IBS电子转向系统EPS电子县架等，各个子系统属于不同供应商或OEM的不同开发部门，同时每个子系统都拥有独立的汽车动力控制系统和车辆动态控制模型，此外每个底盘电子产品的进行车辆控制的侧重点也有不同，如舒适性，操控性以及安全性。以上这些现状导致了在底盘电控开发上，软硬件耦合关系强，存在重复研发，开发成本高，各子系统存在相抵的负作用种种问题，使得车辆控制无法达到最优的状态。

正是在这样的背景下，在高度自动驾驶领域，迫切需要底盘域控制器产品的出现。实现转向、制动悬架的集中控制软硬件分离;车辆的横向纵向垂向协同控制更好的服务于ADAS全面提高整车性能。

首先结合现有底盘电子产品的功能定义，以及高度自动驾驶系统的需求，底盘域控制器需要实现如下的功能:

自动驾驶-车辆执行控制

●指令模式仲裁控制:底盘域控制器不仅需要执行上层感知层和决策层的指令，更需要发挥自动驾驶“小脑”的作用结合整车车辆状态稳定性安全性综合判断，决策出更优的控制指令。

●横向纵向垂向线控执行控制:进行横向纵向垂向控制，实现6自由度的协同控制。

●车辆运动状态控制:向上层反馈当前车辆运动状态，使得决策层更加有效的进行车辆控制。

●整车稳定性控制车辆姿态，状态识别及预测主动垂向稳定控制。

●车身稳定性控制后轮转向控制

舒适性控制

●驾驶模式切换

●地形自适应控制

●驾驶工况

●自适应控制

●智能悬架控制

●综合控制

●转向助力

●制动助力

●驻车控制

其次为了满足高度自动驾驶的要求，需要重点考虑底盘域控制器的冗余设计，需要包括如下

●冗余特行传感器端，包括加速踏板开度，制动踏板开度，轮速传感器，车身高度传感器，方向盘转角力矩传感器，惯量传感器等，均需要有冗余备份。

●在域控制器内部，需要有双路的主控芯片，电源管理芯片，预驱芯片

●在通讯端，需要有冗余的网络设计

3、智能座舱域控制器

智能座舱域控制器需要具备卓越的处理性能，以支持座舱域的应用，如语音识别，手势识别等;提供优秀的显示性能支持，同时支持虚拟化技术，支持一芯多屏显示，满足各种尺寸的仪表屏及中控屏幕显示需要，并将不同安全级别的应用进行隔离。

同时提供对外对内的通讯能力搭载5G千兆以太网wif6等技术，提供稳定、高速的通信网络以轻松应对VR/AR4K乃至8K视频等高带宽应用的网络要求。针对公网通讯连接提供可靠的网联服务实现远程控制、整车OTA。

提升算力平台、集成度和感知通信能力。

第一、基于更高算力的座舱域控制器芯片开发产品集成度更高。集成仪表T-BOX和车机、空调控制、 HUD、后视镜、DMS等。

第二、开发AR/抬头显示HUD内后视镜替代屏外后视镜替代视觉系统仪表屏、中控屏、副驾显示屏后排娱乐屏等多屏互动交互方案，提升用户体验。

第三，基干win65GCV2X以及多模融合的高精定位技术，开发智能天线产品，通信可靠性高，低时延，高带宽为智能网联汽车提供多重无线通讯整合的车联网方案。

4、自动驾驶域控制器

随着自动驾驶的来临，其所涉及的感知控制、决策系统复杂性更高，与车身等其它系统的信息交互控制的场景也越来越多，各方都希望其能变成一个模块化的、可移植性的、便于管理的汽车子系统。因此。专门定位于自动驾驶的域控制器系统就应运而生了。

自动驾驶的域控制器。需要具备多传感器融合。定位，路径规划，决策控制，无线通讯，高速通讯的能力。

第一，通常需要外接多个摄像头、毫米波雷达激光雷达，以及IMU等设备，完成的功能包含图像识别数据处理等，因此外围接口可根据应用场景按需扩展增加。

第二，自动驾驶域控制器需要感知环境和实现信息融合，逻辑运算和决策控制，适应深度学习算法超大算力需求故一般采用GPU或是人工智能芯片TPU处理承担大规模浮点数并行计算包括了摄像头、激光雷达等识别、融合、分类，因此需要域控制器提供足够可扩展的算力支撑，同时平台算力性能可扩展硬件扩展能力强。

第三为应对功能安全、冗余监控车辆控制，保证可靠性满足ISO26262功能安全ASIL-D的要求一般采用安全MCU实现。

第四，域控制器与其他域交互能力需要支持未来数据量增长，采用支持千兆以太网或万兆以太网。

中国L2级以上智能汽车市场已经进入快速渗透期预计2025年将超过40%。随着新一代E/E普及，预计2025年自动驾驶域控制器出货量将超过400万台套。目前自动驾驶域控制器行业演变形成传统外资Tier1本土Tier1互联网科技与软件公司、整车企业四大阵营，拥有软硬件技术融合的公司优势相对较为突出。外资Tier企业倾向于一揽子域控制解决方案的“交钥匙”工程，而国内Tier1企业偏向采用协同分工的模式。

5、车身域控制器

随着整车发展，车身控制器越来越多，为了降低控制器成本，降低整车重量，集成化需要把所有的功能器件，从车头的部分车中间的部分和车尾部的部分如后刹车灯、后位置灯、尾门锁、甚至双撑杆统一连接到一个总的控制器里面。

车身域控制器从分散化的功能组合，逐渐过渡到集成所有车身电子的基础驱动、钥匙功能、车灯、车门、车窗等的大控制器。车身域控制系统综合灯光、雨刮洗涤、中控门锁、车窗控制;PEPS智能钥匙、低频天线、低频天线驱动、电子转向柱锁IMMO天线网关的CAN可扩展CANFD和FLEXRAY、LIN网络、以太网接口;TPMS和无线接收模块等进行总体开发设计。车身域控制器能够集成传统BCMPEPS、纹波防夹等功能。

从通信角度来看，存在传统架构-混合架构-最终的VehicleComputerPlatform的演变过程。这里面通信速度的变化，还有带高功能安全的基础算力的价格降低是关键，未来在基础控制器的电子层面兼容不同的功能慢慢有可能实现。

采用业内最高规格的域控MCU实现功能安全目标。通过多核安全处理器平台，将不同功能、不同安全等级、不用算力要求的应用置于不同的核运行，降低整个系统运行故障风险。同时具有丰富的通信资源:支持16路CAN-FD24路LIN2路以太网等总线资源，提供稳定、高速的通信网络，能轻松应对各种网络要求;软件系统支持AUTOSARCPAUTOSARAP车载智能操作系统，以实现分层设计，使上层应用完全独立于硬件平台开发，增强了系统的可移植性和软件模块复用性，使得应用设计的扩展更加丰富。升级域控制器框架和接口技术，基于跨域控制通信系统，提升跨域权限和冲突管理及算力优化配置:

1) 升级域控制器框架和接口技术。基于跨域控制通信系统提升跨域权限和冲突管理及算力优化配置；

2) 升级跨域控制器集成技术。分析跨域通讯的数据交互的延时特性建立跨域控制系统集成框架;

3) 升级架构系统的硬件及器件的冗余性，加强软件的安全策略，实现跨控制域的冗余容错技术框架和算法;

4) 针对车身域需要的控制算法(新型传感器算法、新型执行器控制算法;提升热管理系统和车身控制算法等)提供算力支持，采用高性能的MPU为预留扩展各新型算法的算力能力。

当下，量产车型搭载了域控制器。例如的吉利星越L搭载的“CMA超级母体”架构首发搭载的(跨)域集中式电气功能架构，借助车辆域控制器实现动力控制、智驾控制、底盘控制、云端协同等功能域的跨域高速运算与功能高度集成协同管理，让自动驾驶控制管理实现集中，敏捷等特性。在此之外，去年6月上市的岚图FREE去年上市的小鹏P7红旗H9等诸多车型均已应用了域控制器。

总结

面对汽车新E/E架构的转型升级，软件架构逐步实现分层解耦，硬件从分布式向域控制/中央集中式发展，车载网络通信从LN/CAN总线向以太网方向发展。在这个转型中，重要的关键特征是需要有标准化的控制器的引入。标准域控制器的形成，和面向SOA化的软件架构需要逐渐清晰，车企可以更容易的进行上层应用软件开发功能的更新和升级提供个性化差异化的功能与服务加快车型向智能化发展。

标准化域控制器产品及面向SOA的软件架构将加快汽车产业向智能化快速发展。在电子电器架构变化过程当中，逐渐的共识是中央域控制器和自动驾驶域控制器可能是最先引入，并且将成为影响最大的两个域控制器。如何用最短的周期、高效开发的方法有限的开发资源，提升智能化水平，中央域控制器和自动驾驶域控制器带来的效果是最明显的，会解决整车软件的升级、T化基础设施的建设以及自动驾驶全域功能软件的开发和升级。

参考链接

https://mp.weixin.qq.com/s/EyWK2D157Rd90YqAhQNIFQ

https://mp.weixin.qq.com/s/cjFsVRGaLuC05s4DEpt7cw

https://zhuanlan.zhihu.com/p/466048587

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标签：功能,域控制器,ADAS,技术,驾驶,ECU,汽车
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