國內(nèi)某大廠雙Orin打造智駕、座艙、泊車三合一域控制器拓樸分析

用雙Orin打造智駕、座艙、泊車三合一域控制器，硬件上難度不大，難度都在軟件上。今天我們就來看看國內(nèi)某大廠的智駕、座艙、泊車三合一域控制器。

那么將智駕、座艙、泊車三合一，能不能算中央計算Zonal的E/E架構(gòu)或者說軟件定義汽車？

也不能算，中央計算Zonal的E/E架構(gòu)不僅是要把智駕、座艙、泊車三合一，還要把動力底盤、車身、座椅等等所有需要一定規(guī)模計算資源的系統(tǒng)都集中在一個計算單元內(nèi)，這個計算單元不一定是單芯片，可以是兩個芯片或四個芯片，芯片間至少需要超過100GB/s的PCIe交換機連接。而中央計算單元與各Zonal區(qū)域的連接是至少10Gb/s的骨干車載以太網(wǎng)。各Zonal需要能運行小型虛擬機的MCU，也可以在邊緣部署10Base-T1S車載以太網(wǎng)，或許可以省掉一些昂貴的MCU。

圖片來源：ADI

Zonal架構(gòu)差不多就是全以太網(wǎng)架構(gòu)，當(dāng)然，攝像頭和顯示面板恐怕還是需要MIPI CSI或DP的SerDes。以目前車廠的迭代速度，要想進(jìn)行到軟件定義汽車或者說Zonal E/E時代恐怕需要十年以后。目前，交叉域控制器都已經(jīng)是先進(jìn)的E/E架構(gòu)了，以太網(wǎng)在E/E架構(gòu)里只是點綴，CAN還是絕對主流，要想用以太網(wǎng)取代CAN，還需要至少五年的時間。CAN與以太混合網(wǎng)絡(luò)，CAN是典型的信號導(dǎo)向，以太網(wǎng)是服務(wù)導(dǎo)向，混合網(wǎng)絡(luò)需要多個網(wǎng)關(guān)，軟件工作也很麻煩，最完美的E/E架構(gòu)應(yīng)該是全以太網(wǎng)，有少量SerDes。

讓我們回到現(xiàn)實，看看這個智駕、座艙、泊車三合一架構(gòu)，上圖是核心板部分，兩顆Orin的外圍包括DRAM、UFS、eMMC、串行Nor Flash和安全控制Nor Flash，因為功能多，外圍元件要盡量強大，DRAM選擇三星的LPDDR5X，即K3KL3L30QM，速率為7500Mbps，容量為8GB，最近8533Mbps的LPDDR5X也已經(jīng)量產(chǎn)，可以升級為K3KL3L30CM-BGCU，最高8533Mbps，或者把容量加大到12GB，即K3KL4L40DM-BGCU，速率也是8533Mbps，Orin支持LPDDR5X，高通的SA8255/SA8295最高只支持LPDDR4X。目前量產(chǎn)的車載SoC只有英偉達(dá)的Orin和安霸的CV3支持LPDDR5X，蔚來的神璣也支持。目前三星的LPDDR5X溫度范圍都是-40℃-+85℃，美光的是-40℃到+95℃，略高10度，美光的型號為MT62F1G64D4EK，也能到8533Mbps。

UFS選3.1，目前主流的是UFS2.1，車規(guī)版UFS3.1在2023年初剛量產(chǎn)，UFS2.1最大讀出速度為850MB/s，UFS3.1是1700MB/s，UFS2.1最大連續(xù)寫入是260MB/s，UFS3.1是1400MB/s。UFS選擇的是三星的KLUEG8UHYB-B0EQ051，支持AEC-Q100 Grade 2，最高連續(xù)讀出速度是2000MB/s，連續(xù)寫入是700MB/s，對車機來說讀出比寫入重要，這是為車機優(yōu)化的UFS芯片。eMMC選擇的是美光的MTFC32GAZAQHD-AAT，容量32GB。Nor Flash選擇臺灣省旺宏的MX25U51279GXDR00，是2023年6月的新產(chǎn)品，采用多I/O設(shè)計，最高速率在400Mbps以上。

添加一個電源排序系統(tǒng)，即MPQ79700FS，這是一款MPS的 12 通道功能安全電源定序器，專為汽車高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 和自動駕駛平臺而設(shè)計，可為整個平臺提供必要的控制和電源排序。MPQ79700FS 包含一個晶體驅(qū)動器、一個帶報警功能的實時時鐘 (RTC)和一個可通過 I2C 接口訪問的可配置監(jiān)控器（watchdog），同時提供低電平有效系統(tǒng)復(fù)位和中斷輸出。MPQ79700FS集成內(nèi)置自檢 (BIST) 等安全機制，以實現(xiàn)高診斷覆蓋率，使系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo) ASIL 等級。它基于 MPS 先進(jìn)的 MPSafe? 功能安全產(chǎn)品開發(fā)流程而開發(fā)。該流程已通過獨立認(rèn)證，符合 ISO26262標(biāo)準(zhǔn)。

雙Orin自然使用雙安全MCU，一般都選擇英飛凌的TC397。座艙系統(tǒng)需要大量TypeC接口，特別是新型座艙，需要考慮玩AR/VR游戲，玩外接游戲盒子，還有后排甚至三排都需要TypeC接口充電，以及各種筆記本電腦或平板電腦充電。

只能用Orin的DP口和CSI口做轉(zhuǎn)換。

有三個激光雷達(dá)接口，且都是千兆級，目前99%都是百兆級的，激光雷達(dá)是有冗余接口，4D毫米波雷達(dá)接口4個，百兆級足夠，TCAM即Telematics and Connectivity Antenna Module，也就是T-BOX，考慮到V2X，需要最高的2500兆級別，總共3個T-BOX，其中一個用于OTA升級，只需要千兆即可。DTOF是直接TOF攝像頭，也可以是Flash激光雷達(dá)，推測是Flash角激光雷達(dá)的可能性更高，考慮到技術(shù)變換很快，預(yù)留了足夠多的接口。DSSAD即 Data Storage System for Automated Driving。翻譯過來就是自動駕駛車輛的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。EDR側(cè)重于發(fā)生事故（主要是車輛速度劇烈變化引起EDR裝置啟動記錄），DSSAD則是分清責(zé)任是自動駕駛系統(tǒng)，還是駕駛員本人。ADPU即自動駕駛導(dǎo)航單元，ZC/R是右側(cè)Zonal控制，不過我很懷疑車側(cè)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)大部分是CAN，最高不過CAN-FD，99.9%的情況下速率都不超過5Mb/s，用千兆以太網(wǎng)嚴(yán)重浪費，從下面的MCU接口看，應(yīng)該只是預(yù)留，沒有使用。

選用目前最先進(jìn)最強大的以太網(wǎng)交換機，Marvell的88Q5192，這是Marvell第三代安全汽車以太網(wǎng)交換機。88Q5192是一款16端口以太網(wǎng)交換機，是目前端口數(shù)量最多的以太網(wǎng)交換機，且集成了1000BASE-T1、100BASE-T1和10BASE-T1S PHY，完全符合適用的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)。這款16端口以太網(wǎng)交換機提供12個集成PHY，4個支持雙速1000/100BASE-T1，6個支持雙速100/10BASE-T1(S)，2個支持100BASE-T1/TX。支持的其他接口包括2個多速10Gb SerDes（10G/5G/2.5G/1Gbps），2個多速2.5Gb SerDes（2.5G/1Gbps），2個RGMII/MII/RMII，和2個PCIe Gen3 x1接口。端口接口選項為連接外部設(shè)備提供了靈活的配置，如2.5/5/10GBASE-T1 PHY，或上行鏈路到主機SoC。這使該器件成為車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)（IVN）應(yīng)用的理想選擇，如駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、區(qū)域控制模塊和中央網(wǎng)關(guān)。這款交換機包括一個高性能的雙核ARM? R52 CPU，該CPU以鎖定方式運行，有專用的片上存儲器來支持時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）協(xié)議，如準(zhǔn)確時間協(xié)議（PTP）和安全防火墻，以防止外部惡意攻擊。該交換機包括許多先進(jìn)的安全功能，包括802.1AE MACsec，提供鏈路安全以防止中間人攻擊，拒絕服務(wù)（DoS）引擎，用于深度數(shù)據(jù)包檢查（DPI）的TCAM，以及信任啟動功能以確保車輛網(wǎng)絡(luò)的安全。它還包括一個嵌入式硬件安全模塊，通過支持安全和加密啟動以及管理MACsec等安全功能來增強設(shè)備安全。

上圖是一個MCU的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)物理層選用的也是目前最強的以太網(wǎng)物理層即Marvell的88Q4364，88Q4364設(shè)備是一個單對以太網(wǎng)物理層收發(fā)器（PHY），支持屏蔽雙絞線（STP）上的操作。收發(fā)器實現(xiàn)了IEEE 802.3ch標(biāo)準(zhǔn)定義的2.5G/5G/10GBASE-T1的以太網(wǎng)物理層部分。88Q4364集成了MACsec，可防止第2層車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全威脅。MACsec在逐跳的基礎(chǔ)上保護(hù)數(shù)據(jù)交換，并防止入侵、中間人攻擊和重放攻擊等攻擊。最高達(dá)萬兆級別，10G/5G/2.5G USXGMII、10 Gbps XFI、5 Gbps XFI/2、2.5 Gbps 2500BASE-X或2.5 Gbps ，OCSGMII接口直接連接到汽車級圖形處理單元（GPU）、CPU、以太網(wǎng)交換機和電子控制單元（ECU），以支持車載網(wǎng)絡(luò)（IVN）所需的操作和網(wǎng)絡(luò)速率。

收音、藍(lán)牙和MCU部分，收音方面考慮到出口，DAB是少不了的，SAF360X是DAB數(shù)字收音調(diào)諧頭，車內(nèi)麥克風(fēng)眾多，三排都要有，自然離不開ADI的A2B總線收發(fā)器AD2428。GPS選擇u-blox的F9K，它可以支持 L1/L2/E5B 和 L1/L5 頻段，充分提高了靈活性、衛(wèi)星信號可用性和安全性。ZED-F9K-01A 將多頻段、多星座全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 技術(shù)與慣性導(dǎo)航高精度 RTK（實時動態(tài)）相結(jié)合，實現(xiàn)分米級精準(zhǔn)定位。u-blox ZED-F9K-01A 原生支持 u-blox PointPerfect GNSS 增強服務(wù)，可以并行提供多路 GNSS 和 IMU 輸出，為各種可能的架構(gòu)提供支持，包括具有超低延遲、50 Hz慣導(dǎo)位置輸出。為高精度定位還需要D9S，這是L波段衛(wèi)星接收，D9S使用SSR SPARTN數(shù)據(jù)格式通過衛(wèi)星 L-band 頻道接收校正數(shù)據(jù)。該模塊使用加密技術(shù)安全地提供PPP-RTK GNSS 校正數(shù)據(jù)，包括由u-blox PointPerfect 服務(wù)提供的數(shù)據(jù)。還有一款D9C，利用免訂閱厘米級增強服務(wù)（CLAS） 通播，該通播由日本QZSS（準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)）星座通過L6頻段頻道在日本本土提供服務(wù)，能提供厘米級定位服務(wù)，在我國廣東東部，QZSS還是可以用的，信號差點，目前免費，將來肯定會收費。

Flexray沒有必要，未來的潮流趨勢應(yīng)該是以太網(wǎng)，F(xiàn)lexray只有奔馳、寶馬、奧迪和沃爾沃用于底盤部分，價格偏高，協(xié)議復(fù)雜。主連接器也連接了12個超聲波傳感器，通過SPI接口。TJA1042接車身控制器即ZC/R和ZC/L，還連接了ADPU、車身、和動力域。

視頻輸出、USB和TypeC部分，可以用Orin的DP直接輸出一路，做車機與儀表雙聯(lián)屏，做4K顯示完全沒問題，再附加一路附加屏，用Orin的eDP輸出，經(jīng)過ADI的MAX96589串行器，MAX96589支持兩路MST，也就是可以輸出兩個顯示屏，一個副駕屏，再加一個中央顯示屏，或者兩個后排屏。

音頻、藍(lán)牙和WiFi，這里的音頻放大低檔了點，可能是考慮到有外置音頻功率放大，藍(lán)牙需要兩個，后排也有藍(lán)牙通話的需要。

這是攝像頭板，以800萬像素攝像頭高速無損無延時傳輸要求為例，一般為3264*2448=7990272個像素點。按照RGB三色24bit，攝像頭30幀計算，該攝像頭每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約為7.68Gbps帶寬。攝像頭的數(shù)據(jù)格式，通常由RAW RGB、YUV兩種。YUV常見的有三種級YUV444，YUV422和YUV420。其中，YUV444是像素X幀率X比特X3，即5.76Gbps；YUV422是像素X幀率X8比特X2，即3.84Gbps；YUV420是像素X幀率X8比特X1.5，即2.88Gbps。ADAS通常對色彩考慮不多，YUV420足夠，當(dāng)然還可以再壓縮一下，不過筆者認(rèn)為還是不壓縮的好，并且有可能將來色彩也需要考慮，因此4個800萬像素是11.52Gbps，用MAX96712也可以，不過像AR0820這樣是830萬像素，有點勉強了，目前最頂級的車載攝像頭圖像傳感器是索尼的IMX735，有效像素高達(dá)1742萬像素，一個就需要6.27Gbps的帶寬，而MAX96712的總帶寬才6Gbps。再有就是考慮高速場景，幀率最好高一點，40Hz或45Hz，帶寬又會增加不少，所以這里用ADI目前最頂級產(chǎn)品MAX96792，可以支持12Gbps帶寬，但MAX96792是兩攝像頭輸入的，因此需要兩個。這里的4個360環(huán)視也用了800萬像素，完全沒必要，可以降級為400萬像素或200萬像素，這樣用MAX96712就輕松多了，當(dāng)然如果用800萬像素，MAX96712也勉強可以。

智駕、座艙、泊車三合一，兩個Orin是有些吃力的，大部分時候恐怕是一個Orin負(fù)責(zé)座艙，一個負(fù)責(zé)智駕，雖然用了最頂級的以太網(wǎng)交換機，但帶寬最高不過1.25GB/s，應(yīng)該加上一個PCIe 交換機，如Microchip的PM43036B1，支持36lanes，Orin的PCIe是4代，最高是每Lane是2GB/s的帶寬，可用的Lane是16通道，最高也就是32GB/s，這個帶寬不足以讓Orin能有級聯(lián)翻倍的效果，畢竟NVLink最新的有900GB/s，但總比以太網(wǎng)要好得多。當(dāng)然這個架構(gòu)設(shè)計已經(jīng)是全球范圍內(nèi)最先進(jìn)的了。