原標(biāo)題：L4級(jí)無(wú)人駕駛系統(tǒng)的核心——TSN以太交換機(jī)

要想理解L4級(jí)無(wú)人駕駛系統(tǒng)的核心——TSN以太交換機(jī)，得先從中央網(wǎng)關(guān)說(shuō)起。今天大多數(shù)高級(jí)車(chē)輛都具備中央網(wǎng)關(guān)，其最典型應(yīng)用就是OTA，其次是遠(yuǎn)程通訊。

資料來(lái)源：NXP

上圖為現(xiàn)代車(chē)輛網(wǎng)關(guān)橋接與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Telematics Unit也就是TBox通過(guò)中央網(wǎng)關(guān)與車(chē)輛的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接。這些網(wǎng)絡(luò)包括基于總線型的CAN、LIN、MOST、Flexray，還有基于IP或虛擬局域網(wǎng)（VLAN）的以太網(wǎng)。

中央網(wǎng)關(guān)主要職能

資料來(lái)源：NXP

一般中央網(wǎng)關(guān)會(huì)將接入的域分為安全域和舒適域兩大類(lèi)，兩者嚴(yán)格隔離，保證安全域不會(huì)受到未授權(quán)的數(shù)據(jù)進(jìn)入。也就是說(shuō)遠(yuǎn)程只能操作舒適域，所以遠(yuǎn)程遙控車(chē)輛底盤(pán)域的速度、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)都是不可能的，遙控動(dòng)力傳遞域如變速箱也是不可能的。

MPC5748G內(nèi)部框架圖

飛思卡爾（NXP）是中央網(wǎng)關(guān)芯片的領(lǐng)導(dǎo)者，在2008年量產(chǎn)第一代帶以太網(wǎng)診斷的網(wǎng)關(guān)控制器MPC5667，并用在當(dāng)年寶馬5系和7系上。2013年量產(chǎn)第一片帶EAVB網(wǎng)關(guān)的芯片MPC5604e，并用在寶馬X5的360環(huán)視上。最新的是第四代MPC574x系列，以MPC5748G為最高級(jí)配置，擁有多達(dá)8個(gè)CAN接口。

MPC5748G配備HSM硬件安全模塊，與傳統(tǒng)的CSE相比，CSE只能完全按照SHE的規(guī)范來(lái)寫(xiě)，HSM用戶可以自己寫(xiě)加密算法，硬件上CSE和HSE都有一個(gè)32位處理器，不過(guò)HSM有獨(dú)立的Fllash/RAM。

未來(lái)汽車(chē)電子網(wǎng)關(guān)與交換

資料來(lái)源：NXP

汽車(chē)以太網(wǎng)骨干

資料來(lái)源：NXP

東芝4/5G時(shí)代車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架，以Ethernet AVB為骨干網(wǎng)。

未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是域控制和以太骨干網(wǎng)連接，通過(guò)交換機(jī)再連接至中央網(wǎng)關(guān)。為什么要用以太骨干網(wǎng)連接再加交換，以太網(wǎng)與傳統(tǒng)的基于總線的網(wǎng)絡(luò)比，最大的優(yōu)勢(shì)是成本低和帶寬效率高。另一個(gè)是4G與5G的遠(yuǎn)程應(yīng)用APP，還有V2X與大量寬帶傳感器的加入，無(wú)論是DSRC還是5G，都需要在ECU之間傳輸海量數(shù)據(jù)，有可能百兆以太網(wǎng)都不能勝任，多G比特以太網(wǎng)才比較合適。同時(shí)以太網(wǎng)可以將分布式網(wǎng)關(guān)功能集成進(jìn)域控制器內(nèi)，域控制器提供定位和控制處理，同時(shí)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)界面內(nèi)提供數(shù)據(jù)路由功能。

另外，L4級(jí)無(wú)人駕駛需要多套冗余系統(tǒng)（這是L3與L4的本質(zhì)區(qū)別，L3在系統(tǒng)Fallback時(shí)需要人類(lèi)駕駛員接手，而L4是由另一套冗余系統(tǒng)接手）或多套系統(tǒng)并聯(lián)來(lái)提高運(yùn)算能力，這就需要交換機(jī)和以太骨干網(wǎng)。

資料來(lái)源：博世

博世2012年的資料認(rèn)為最終中央網(wǎng)關(guān)會(huì)消失，不過(guò)NXP應(yīng)該不會(huì)同意這種觀點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)安全的整體把控還是需要一個(gè)中央網(wǎng)關(guān)。把中央網(wǎng)關(guān)的功能分解到路由或域控制器內(nèi)還不如一個(gè)真實(shí)的中央網(wǎng)關(guān)效率更高，綜合成本也更低。

AUTOSAR以太交換協(xié)議棧配置與控制

資料來(lái)源：Marvell

AUTOSAR也早為以太交換做了準(zhǔn)備。

資料來(lái)源:博世2011

以太骨干網(wǎng)自然不會(huì)沿用傳統(tǒng)的以太網(wǎng)協(xié)議，而是采用TSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，TSN脫胎自EAVB。

EAVB主要加入主時(shí)鐘的概念。TSN進(jìn)一步拓展為時(shí)鐘同步Time Synchronization和流量整形與順序管理Traffic Scheduling。

Traffic Scheduling又可近似于Follow-up。Traffic Scheduling和Time Synchronization是TSN最核心元素。

與傳統(tǒng)的IP/VLAN路由相比，TSN有幾大優(yōu)勢(shì)：

• 沒(méi)有CPU運(yùn)算能力和帶寬瓶頸限制
• 和其他ECU沒(méi)有交叉依賴
• 有更快的并行啟動(dòng)
• 交換和MCU有獨(dú)立的Reboot
• 高度的靈活性

以太交換機(jī)固件架構(gòu)

資料來(lái)源：Marvell

德國(guó)大陸汽車(chē)旗下子公司Elektrobit與Marvell聯(lián)合打造了一款車(chē)載以太交換芯片，型號(hào)為88Q5050。

毫無(wú)疑問(wèn)，大陸的運(yùn)算平臺(tái)會(huì)采用這款芯片。這款芯片上一代原型為88E6321，在英偉達(dá)的PX2做EAVB交換機(jī)，連接兩個(gè)Parker。另一方面也連接主要傳感器和底盤(pán)控制MCU（也就是英飛凌的TC297T），可謂是PX2的關(guān)鍵芯片。

88Q5050則用在英偉達(dá)最新旗艦Pegasus，這也是基于TSN的首次實(shí)際應(yīng)用。

瑞薩的L4計(jì)算架構(gòu)

上圖是瑞薩的L4計(jì)算架構(gòu)，也是目前業(yè)內(nèi)最接近量產(chǎn)，成本最低，功耗最低，安全性最高，冗余最充分的系統(tǒng)，采用4片R-CAR H3組成。瑞薩沒(méi)有現(xiàn)成的TSN以太網(wǎng)交換芯片，只能暫時(shí)以FPGA代替，和PX2一樣，這個(gè)交換FPGA將兩片H3連在一起。同時(shí)又用一片交換芯片將這兩套系統(tǒng)都連接在傳感器之上。國(guó)內(nèi)則有人將四片Parker并聯(lián)在一起。

未來(lái)L4計(jì)算架構(gòu)的核心將是TSN以太交換機(jī)。

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