NXP - 高性能计算E/E架构

1 、未来高性能计算E/E架构的推动因素

1）车辆将成为一个智能移动互联终端并成为互联网的一部分；

• 新服务不断发展，例如 自然语音识别（Amazon Alexa），基于云的服务，…
• 与车辆的“开放式”连接将推动更高级别的网络安全性要求。

2）车辆动力传动系统从传统燃油动力变为混合动力和纯电动，面临着新的挑战；3）未来3-5级自动驾驶车辆的辅助驾驶水平不断提高。

• 触发对传感器数据，Meta数据的高带宽联网的需求。
• 还需要将用例信息过滤和上传到云中，以更好地了解车辆运行情况。

4）传统的汽车开发方法（即一个功能、一个盒子和静态定义）无法应对行业变化的速度。

 

                                                                图1. 未来EE架构示例

 

2 、未来高性能E/E架构构成要素：3+1

                                                     图2. 未来EE架构的构成元素：3+1

 

未来高性能计算E/E架构构成要素：云服务 + 中央计算单元，域控制器，传感器与执行器

1）传感器与执行器

• 汽车中的大多数节点
• 潜在的商品化
• 与自动驾驶相关的传感器（雷达、摄像头、定位、激光雷达、V2X）目前在性能/成本/功率/外形尺寸等方面正在不断进化升级
• 功能-硬件映射仍在向成熟方向发展
• 在性能、功耗、外形等方面仍有很大的潜力
• 重用现有的汽车ECU或具有类似开发流程和架构概念的新开发项目
• 例如 AutosarClassic SW，ISO-26262功能安全性，…
• 多数具有静态配置和基于信号的通信的节点（经典CAN，LIN，FlexRay），可根据应用要求过渡到以太网；
• 可能在许多或所有OEMs中重用

2）域控制器

• 汽车传统世界（CAN，FlexRay，LIN，静态配置，基于信号的通信）与基于“基于IP的新”“面向服务的通信世界”之间的桥梁；
• 通过以太网的骨干网连接（100或1000 Mbps，取决于节点）；
• 将多种传统功能集成到一个ECU中
• 动态软件环境，例如 Autosar Adaptive或Linux
• “沙盒环境” /虚拟机监控程序/来自不同来源（3d Parties，Tire1，OEM）的软件功能分区
• 域控制器分类，例如动力底盘域控制器、车身域控制器、影音娱乐域控制器，自动驾驶域控制器等；

3）中央计算单元

• 从IT /网络服务器场进入汽车行业，不同的系统思维方式。
• 主机功能仅需要通信和计算，而无需专用的I / O接口，可采用扩展的方式进行部署。—— 软件隔离：虚拟机监控程序/虚拟机/ Linux容器—— 最重要的要求是，可以在不损害现有功能的情况下部署功能
• 以太网（1、2.5、5或10 Gbit）作为分组互连
• PCIe作为板/机箱内的批量数据通信机制
• 可以是来自IT行业的集中式机箱或刀片式计算服务器概念
• 通过具有多个冗余计算资源（例如刀片）和冗余通信链路来实现可用性和失效可运行操作；

                                                                               图3. 高性能计算架构示例

3 、以太网网络安全

1）以太网数据流量应按不同的层次进行分类

• 同一VLAN内的流量可以通过经典的L2以太网交换机进行交换
• 跨越VLAN的流量应使用“流交换”进行检查。这还允许进行一些非常复杂的分析，包括状态检查。根据流量大小，这可以通过优化的“快速路径”软件或专用卸载引擎来实现。
• 最后，一些流量可能需要详细的“深度数据包检查”

                                                     

                                                                          图4. 以太网流量按不同层次进行分类

2）分层网络安全

• 只有通过分层的方法来实现多层防御才能实现网络安全；
• 网络必须设计成保护那些重要的车辆功能，即使个别节点受到黑客攻击，那些重要的车辆功能依然可以正常运行。

                                                            

                                                                                                           图5. 多层防御机制

 

4 、车辆网络冗余方案示例

 

                                                                       图6. 潜在单点故障

解决方案 ：覆盖网络

1）为了简化从现有车辆网络架构到未来车辆网络架构的转变，中央网关中现有车辆接口（CAN，FlexRay，LIN）采用覆盖网络可能是一个潜在的解决方案；

2）这降低了把现有车辆网络（CAN，FlexRay，LIN等）迁移到网关的复杂性；

• 传统节点对话，例如CAN、FlexRay
• 新节点通过IP、基于服务的通信

3）采用此方法的另一个好处：对于特定的需求，可以实现传统消息的超低延迟路由；4）同时这也提供了冗余的通信路径，以避免单点故障

                                               图7. 基于信号和基于服务两种通讯形式共存

 

                                                 图8. 基于信号与基于服务两种通讯形式对比

 

参考资料：

1. High Performance Compute Architecture supporting revolutionary requirements - NXP

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