【導讀】如果我們將一輛乘用車想象為多個電子控制單元 (ECU) 的集合，這些 ECU 會分布在汽車的各個位置并使用不同的網絡相互通信。在為實現車聯網 (V2X)、自動駕駛和汽車電氣化添加更多先進的汽車電子產品時，ECU 數量和交換數據量都會增加。
域架構簡介
在域架構中，ECU 可根據不同功能分為不同的域。而區域架構則是一種按照 ECU 在汽車內的位置分類的新方法，并由中央網關來管理通信。這種物理接近性可減少 ECU 之間的布線，從而節省空間并降低汽車重量，同時還能提高處理器速度。
為了更好地了解域架構，可以首先了解根據功能將 ECU 分成的五個域，如表 1 所示。
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表 1：ECU 通常分為五個域
ECU 除了通過其自身域內部的特定和相關網絡進行通信和交換數據，也會與域外的 ECU 通信。由于不同域會采用不同的網絡，因此會將網關作為通信橋梁。
圖 1 展示了一輛采用基于域架構的汽車。在此圖中，有一個中央網關模塊連接到汽車內的各個域。每個域可執行多種功能。域控制器（例如動力總成的車輛控制單元）就包括了網關功能。此域網關支持在相關域的 ECU 之間以及該域與車輛其余部分之間數據通信。
域控制器還包含 ECU，通常由多個 ECU 集成實現，能夠更大程度降低系統成本。TI 的 Jacinto? 7 處理器集成了 Arm? Cortex? A-72 內核來進行原始數據處理，集成了 Arm Cortex R-5F 進行實時控制，也集成了用于高速聯網的千兆位時間敏感網絡 (TSN) 和以太網交換機。
圖 1：域架構
區域架構簡介
如果把汽車比作房間，而把 ECU 比作聚集在該房間內討論不同話題的人，那么域架構的作用就相當于對這些人隨機分配位置，使得他們需要提高音量才能與房間另一端討論相同話題的人交流。
圖 2 展示了一輛根據 ECU 在汽車內的位置組織布局的區域架構車輛，并另外增加了一個車輛計算模塊。該車輛計算模塊是一個具有高處理能力的計算機，用于執行各種函數的所有計算。該圖還展示了汽車不同區域的區域模塊和相關邊緣節點。
雖然說可以使用控制器局域網 (CAN) 等低帶寬網絡在不同的區域模塊和中央網關/計算模塊之間進行通信，不過，以太網等高速網絡也是不錯的選擇，因為此類網絡在汽車工作溫度內具有高可靠性且可以平穩運行。對于中央計算和區域模塊中的分布式計算，PCIe 是非常合適的網絡選擇。
圖 2：區域架構中的配電模塊
區域架構的電源優勢
工程師還通過這種 ECU 重組來優化電源架構，特別是重新設計智能接線盒后，可為車輛內的不同負載和 ECU 配電。具體來說，工程師正在用半導體解決方案來替換繼電器和保險絲。
在區域架構中，配電盒會經過特定布置使每個區域都有相應的配電單元為其模塊供電。圖 2 展示了區域架構中的配電理念，您可以看到其中每個區域都集成了配電功能和管理網絡流量的區域模塊。新型配電架構將實現線束電纜輕量化，從而提高內燃機車輛的燃油效 率，并提高電池供電型電動車輛的行駛里程。
從域架構過渡到區域架構——交叉架構應運而生
將完整車輛架構從當前域架構過渡到新區域架構是一個浩大的工程。這不僅需要設計新的區域模塊，還必須重新開發和配置大部分軟件，以便支持新架構。此外，替代熔斷型保險絲和重新設計完整車輛線束都需要進行全面驗證。總而言之，車輛架構可能會遷移到交叉架構。
圖 3 展示了融合現有域架構和新區域架構的交叉架構。此類架構將保留域和相應的邊緣節點。區域架構的中央計算可能會細分為 ADAS、IVI 和 VCU 計算模塊，其中域特定邊緣節點直接與相應的中央計算模塊通信。交叉架構中的區域模塊很可能會注重配電，而不是區域中所有邊緣節點的網關。也就是說，區域模塊更像是傳統的車身控制模塊 (BCM)，不同的是汽車中將會有多個此類模塊。
圖 3：交叉架構
結語
隨著 ECU 數量的不斷增加，汽車架構已經發展成一種根據每個 ECU 所執行的相關功能對其進行分組的域架構。然而，這也提高了網絡和配電的復雜性。汽車設計人員目前正在設計基于區域架構的車輛，以其優化數據和配電，這種汽車將會是采用交叉架構的第一代汽車。新區域架構最終會實現線束電纜輕量化，從而提高內燃機車輛的燃油效率，并提高電池供電型電動車輛的行駛里程。
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