車載軟件架構 --- CP和AP作為中央計算平臺的軟件架構雙核心

我是穿拖鞋的漢子,魔都中堅持長期主義的汽車電子工程師。

老規矩,分享一段喜歡的文字,避免自己成為高知識低文化的工程師:

簡單,單純,喜歡獨處,獨來獨往,不易合同頻過著接地氣的生活,除了生存溫飽問題之外,沒有什么過多的欲望,表面看起來很高冷,內心熱情,如果你身邊有這樣靈性的人,一定要好好珍惜他們眼中有神有光,干凈,給人感覺很舒服,有超強的感知能力有形的無形的感知力很強,能感知人的內心變化喜歡獨處,好靜,清靜,享受孤獨,不打擾別人不喜歡被別人打擾,在自己人世界里做著自己喜歡的事。

時間不知不覺中,來到新的一年。2024結束,2025開始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的靈魂,獨自敲擊一些文字算是對這段時間做一個記錄。

這個時間很多人已經在回家的路上,祝大家一路順心!

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在軟件定義汽車(SDV)的架構中,中央計算平臺確實扮演著至關重要的角色,它負責處理各種復雜的計算任務并協調各個系統之間的運行。而關于CP(Classic Platform,經典平臺)和AP(Adaptive Platform,自適應平臺)的分布,這主要涉及到AutoSAR(AUTomotive Open System ARchitecture)架構的不同版本和應用場景。

一、CP(Classic Platform)

CP是AutoSAR架構的早期版本,主要針對分布式ECU(Electronic Control Unit,電子控制單元)架構。在SDV的早期階段,車輛通常采用分布式E/E(Electronic/Electrical,電子/電氣)架構,每個ECU負責控制一個單一的功能單元,彼此獨立并通過CAN(Controller Area Network,控制器局域網絡)或LIN(Local Interconnect Network,局部互聯網絡)總線連接在一起。CP版本采用的是典型的分層軟件體系結構,軟件需求在設計時通過每一層的靜態配置來實現,因此其靈活性較低,難以適應運行時環境的動態變化。然而,在物理世界向數字世界演進之前,這一不足通常可以被接受,因為被控制的傳感器和執行器的應用邏輯不會經常改變。

二、AP(Adaptive Platform)

隨著E/E架構的變化以及智能化汽車的發展,AutoSAR組織推出了AP版本,專門應用于域集中式E/E架構。AP的核心是自適應應用程序(Adaptive Application),它可以根據運行時環境動態調整軟件組件。AP構建在POSIX操作系統之上,由不同的功能模塊組成,這些模塊被劃分在服務模塊和基礎模塊上。其通信是面向服務類型的,會將網絡綁定到DDS(Data Distribution Service,數據分發服務)或者SOME/IP(Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP,可擴展的面向服務的IP中間件)上,使用以太網與其它ECU通信。

AP遵循SOA(service-oriented-architecture,面向服務的架構)的架構,并遵循以下基本概念:

-> 1、系統由一組服務構成,其中一個服務可使用另外一個服務,應用程序可根據自己的需要使用一個或者多個服務。

-> 2、服務可以在應用程序運行的本地ECU上,也可以運行在另一個AP實例的遠程ECU上。

-> 3、AP旨在與CP或非AUTOSAR平臺及外部后端系統(如路邊基礎設施)互動,共同構成一個完整系統。在SDV架構中,AP通常部署在中央計算平臺上,負責處理復雜的計算任務和協調各個系統之間的運行。通過AP,SDV可以實現功能的快速迭代和遠程更新,從而滿足用戶不斷變化的需求。

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三、CP和AP在SDV架構中的分布

在SDV架構中,CP和AP的分布通常取決于車輛的具體需求和E/E架構的設計。一般來說,隨著E/E架構從分布式向域集中式演進,再到跨域融合階段形成位置域(Zonal)架構,CP和AP的分布也會發生相應的變化。

在分布式E/E架構中,CP可能仍然占據主導地位,因為每個ECU都相對獨立,且功能相對單一。

在域集中式E/E架構中,AP開始逐漸取代CP,成為中央計算平臺上的主要軟件架構。域控制器負責將不同功能域的邏輯進行集成和協調,而AP則提供靈活的軟件組件和動態調整能力,以適應不斷變化的運行時環境。

在跨域融合階段形成的位置域架構中,AP將進一步發揮其優勢,實現不同功能域之間的無縫集成和高效協調。中央計算平臺將承擔更多的計算任務和協調工作,而AP則提供強大的軟件支持和動態調整能力。

CP平臺:

1、安全分區:

在中央計算平臺中,CP可以部署在一個安全分區中,負責處理安全關鍵功能, 例如車輛控制、制動系統和安全氣囊等。這樣可以確保這些功能的安全性,即使其他非安全功能發生故障也不會受到影響。

在中央計算平臺中,將CP部署在一個安全分區內是一個關鍵的設計策略。這個安全分區專門用于處理安全關鍵功能,如車輛控制、制動系統和安全氣囊等。通過物理或邏輯上的隔離,這些安全關鍵功能能夠免受其他非安全功能故障的影響。這種設計確保了即使在系統其他部分發生故障的情況下,安全關鍵功能仍然能夠可靠地運行,從而保障車輛和乘客的安全。

2、區域ECU:

CP也可以用于構建區域ECU,負責處理特定區域的控制任務,例如車身控制、底盤控制和動力總成控制等。區域ECU可以通過高速總線(如以太網)與中央計算平臺進行通信,實現數據共享和功能協同。

CP還可以用于構建區域ECU,這些ECU負責處理特定區域的控制任務。例如,車身控制、底盤控制和動力總成控制等都可以通過區域ECU來實現。這些區域ECU通過高速總線(如以太網)與中央計算平臺進行通信,實現數據的高效共享和功能協同。這種區域化的控制策略有助于提高系統的靈活性和可擴展性,同時降低系統復雜度。

3、傳感器/執行器ECU:

CP還可以用于構建傳感器/執行器ECU,直接連接傳感器和執行器,負責數據采集和控制指令的執行。這些ECU可以通過汽車總線與中央計算平臺通信,將傳感器數據傳輸到中央計算平臺,并接收來自中央計算平臺的控制指令。

CP還可以用于構建傳感器/執行器ECU,這些ECU直接連接傳感器和執行器,負責數據采集和控制指令的執行。傳感器ECU負責收集車輛內外的各種數據,如溫度、壓力、速度等,并將這些數據通過汽車總線(如CAN、LIN或以太網)傳輸到中央計算平臺。執行器ECU則負責接收來自中央計算平臺的控制指令,并驅動相應的執行器(如電機、電磁閥等)執行相應的動作。這種設計使得傳感器和執行器能夠高效地與中央計算平臺進行交互,實現車輛的智能化控制。

AP平臺:

1、高性能計算:

AP部署在中央計算平臺的高性能計算單元(HPC)上,提供計算能力,支持復雜的計算任務,例如自動駕駛算法、車輛網絡管理和數據分析等。

AP平臺部署在中央計算平臺的高性能計算單元(HPC)上,這一設計旨在提供強大的計算能力,以應對現代汽車中日益復雜的計算任務。這些任務包括但不限于:

自動駕駛算法:自動駕駛技術的實現依賴于高精度的傳感器數據融合、復雜的路徑規劃以及實時的環境感知與決策。AP平臺的高性能計算能力為這些算法提供了必要的支持,確保了自動駕駛系統的穩定性和可靠性。

-> 車輛網絡管理:隨著車輛內部電子設備的增多,車輛網絡管理變得愈發復雜。AP平臺通過高性能計算單元,實現了對車輛內部網絡的高效管理和優化,確保了信息的實時傳輸和系統的穩定運行。

-> 數據分析:在智能網聯汽車中,大量的行駛數據需要被收集和分析,以優化車輛性能、提升駕駛體驗并保障行車安全。AP平臺的高性能計算能力使得這些數據的實時處理和分析成為可能。

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2、功能安全和網絡安全:

AP提供功能安全和網絡安全機制,確保汽車軟件的可靠性和安全性。

(1)、功能安全

功能安全是汽車軟件設計中不可或缺的一環,它確保了汽車在面臨各種故障或異常情況時仍能安全地運行。AP平臺通過以下方式提供功能安全保障:

-> 冗余設計:在關鍵的計算和控制模塊中,AP平臺采用了冗余設計,即多個獨立的系統或組件同時工作,以確保在某一系統或組件出現故障時,其他系統或組件仍能繼續執行任務,從而保障汽車的安全運行。

-> 故障檢測和診斷:AP平臺內置了先進的故障檢測和診斷機制,能夠實時監測系統的運行狀態,及時發現并定位潛在的故障點,為維修人員提供準確的故障信息,以便快速排除故障。

(2)、信息安全

隨著汽車智能化和網絡化程度的提高,網絡安全問題日益凸顯。AP平臺通過以下措施確保汽車軟件的網絡安全:

-> 加密通信:AP平臺采用了先進的加密技術,對車輛與外部網絡之間的通信進行加密處理,以防止數據在傳輸過程中被竊取或篡改。

-> 防火墻和入侵檢測系統:AP平臺內置了防火墻和入侵檢測系統,能夠實時監測并阻止潛在的網絡攻擊,確保車輛網絡系統的安全穩定運行。

軟件更新和補丁管理:AP平臺支持遠程軟件更新和補丁管理功能,能夠及時發現并修復軟件中的安全漏洞,從而提升整個系統的安全性。

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三、CP和AP作為中央計算平臺的軟件架構雙核心

CP負責處理安全關鍵功能和實時任務,AP負責處理非安全功能和復雜計算任務。CP和AP共同構成中央計算平臺的軟件架構,為SDV提供計算能力和靈活的軟件平臺

CP與AP:中央計算平臺的軟件架構雙核心

在智能網聯汽車(SDV)的中央計算平臺中,CP(Control Processor,控制處理器)和AP(Application Processor,應用處理器)共同構成了其軟件架構的核心。這兩者在功能定位上各有側重,但又緊密協作,共同為SDV提供強大的計算能力和靈活的軟件平臺。

CP:安全關鍵功能與實時任務的守護者

CP主要負責處理安全關鍵功能和實時任務。安全關鍵功能通常涉及到車輛的行駛安全,如制動控制、轉向控制等,這些功能的穩定性和可靠性至關重要。CP通過專門的硬件和軟件設計,確保了這些功能在極端情況下仍能正常工作,從而保障了車輛的安全。

同時,CP還負責處理實時任務。在智能網聯汽車中,許多任務需要在嚴格的時間限制內完成,如傳感器數據的實時處理、控制指令的即時下發等。CP具備強大的實時處理能力,能夠確保這些任務在預定的時間內得到執行,從而保證了車輛的整體性能和響應速度。

AP:非安全功能與復雜計算任務的承擔者

與CP不同,AP主要負責處理非安全功能和復雜計算任務。非安全功能通常包括娛樂系統、導航系統等,這些功能雖然對車輛的行駛安全沒有直接影響,但能夠提升駕駛體驗和乘坐舒適度。AP通過其強大的計算能力,為這些功能提供了流暢的運行體驗。

此外,AP還承擔了復雜計算任務的處理工作。隨著智能網聯汽車的發展,車輛內部的數據量日益龐大,且需要進行復雜的算法處理,如自動駕駛算法、路徑規劃算法等。AP通過其高性能的計算單元和先進的算法優化技術,能夠高效地處理這些復雜計算任務,為車輛提供智能化的決策支持。

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CP與AP的協同工作

CP和AP雖然功能定位不同,但它們之間并不是孤立的。在實際應用中,CP和AP通過高效的數據通信和協同工作機制,共同為SDV提供全面的計算支持。例如,在自動駕駛場景下,CP負責處理與安全相關的實時任務,如緊急制動、避障等;而AP則負責處理復雜的自動駕駛算法和路徑規劃任務。兩者通過緊密協作,實現了對車輛行駛狀態的全面監控和智能決策。

CP和AP作為中央計算平臺的軟件架構雙核心,各自承擔著不同的功能定位,但又緊密協作,共同為SDV提供了強大的計算能力和靈活的軟件平臺。這種設計不僅提升了車輛的整體性能和安全性,還為智能網聯汽車的未來發展奠定了堅實的基礎。

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擱筆分享完畢!

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