汽车各种数据流分析（智能汽车架构SVA学习笔记）

来源：焉知智能汽车 作者：东晓一家

前一篇笔记简单了解了《汽车软件架构路线图》，才发现中文的“域控制器”中的“域”居然可能有多重意思，可以是“领域”（Domain或直接简称为“域”）也可以是“区域”（Zone），如下图所示，可以是两种不同的汽车架构——

谈到不同的架构，就不得不谈到选择，虽说网络一度流行过“小孩子才做选择题，成年人当然是全都要”的说法，但在真实世界中的架构设计是必须要作出明确选择的，即便是“全都要”，也需要明确判定在什么场景下使用那种架构、两者之间如何协同等等。在ASPICE的架构类过程域中都包含了“评估备选的架构”的要求。

图片来源：ASPICE 3.1标准

标准相关的要求主要包括：

• 系统架构设计SYS.3中的“SYS.3.BP5: 评估备选的系统架构。定义架构设计的评估准则。根据已定义的准则，评估备选的系统架构。记录被选定的系统架构的选择理由。评估准则可以包括质量特性（模块性、可维护性、可扩展性、可扩缩性、可靠性、安全（security）可实现性、易用性）和开发-购买-重用分析的结果。”
• 软件架构设计SWE.2中的“SWE.2.BP6:评估备选的软件架构。定义架构的评估准则。根据定义的准则评估备选的软件架构，记录被选定的软件架构的选择理由。评估准则可包括质量特性（模块性、可维护性、可扩展性、可扩缩性、可靠性、安全（security）可实现性和易用性）以及开发-购买-重用分析的结果。”

在作出选择之前，至少得了解这两种架构到底是什么，以下翻译（个人翻译，非官方）来自网络的公开资源，作为【域控制器（Domain Controller）】和【区域控制器（Zone Controller）】这两者的入门介绍。

什么是域控制器（Domain Controller）？

在汽车应用中，域控制器是控制与特定区域或域相关的一组车辆功能的计算机。需要域控制器的功能域通常是计算密集型的，并连接到大量输入/输出（I/O）设备。相关领域的示例包括主动安全、用户体验以及车身和底盘。

将功能集中到域控制器中是车辆向高级电气/电子架构（如Aptiv的智能车辆架构）发展的第一步。

主动安全域控制器接收来自车辆周围传感器（如雷达和摄像机）的输入，并使用该输入创建周围环境的模型。然后，域控制器中的软件应用程序根据模型显示的内容，就车辆应采取的行动做出“策略和规划”决策。例如，该软件可能会将传感器发送的图像解释为行人即将踏上前方道路，并根据预先确定的策略，使车辆提醒驾驶员或踩下制动器。

在用户体验领域，域控制器通常控制舱内体验的多个元素，例如，为用户提供运行信息娱乐系统、驾驶员集群和其他车辆界面所需的软件和计算能力。这些接口越来越多地通过动态、可重新配置的显示器来实现，例如可以提供导航、音频控制和气候功能的触摸屏。

迈向未来的一步

域控制器代表了朝向更多软件定义的工具和集中化的重要里程碑。

以前通过单个电子控制单元（ECU）处理的功能可以整合或向上集成到域控制器中。例如，雷达以前可能在一个独立的ECU中进行处理；然而，该处理可以通过卫星架构方法转移到主动安全域控制器。

域控制器由区域控制器进一步补充。区域控制器是车辆中用作配电和数据连接中心的节点。它们通过传感器、执行器和外围设备处理输入/输出，从而将输入/输出从计算中抽象出来，并使域控制器能够专注于执行更高级别功能的软件。

最终，域控制器将进一步整合为“服务器化”控制器。随着从计算中抽象出I/O并建立高速网络，将域控制器中的软件整合到能够在不同域之间动态共享工作负载的更少计算机上是有意义的。这种集中化将进一步降低成本和空间，解锁新功能，如驱动程序出环自动化，并更容易执行软件的空中更新。

随着软件越来越多地从硬件中抽象出来，这种方法将成为可能，硬件是Aptiv智能车辆架构（SVA）的一个关键原则™) 视力通过这种抽象，可以将多域控制器重新构造为一个开放的服务器平台。

开放式服务器平台允许OEM、Aptiv和经批准的第三方的开发人员以前所未有的方式构建创新应用程序并在软件上进行协作。随着车辆自动驾驶水平的提高，承担更多的驾驶任务，强大、集中和故障操作计算变得越来越重要。

Aptiv在十多年前就预见到了这种向集中化的转变，并且是业内第一个引入域控制器来执行这些任务的公司。我们了解开发更高级别的驾驶功能带来的挑战，我们对车辆大脑和神经系统的独特见解使我们能够有效地预测未来的硬件和软件需求。

什么是区域控制器？（Zone Controller）

在汽车应用中，区域控制器正在成为一个关键的架构元素，以解决当今车辆中的几个挑战，并为更先进的功能开辟道路。

区域控制器是车辆中的节点，用于划分电气和电子架构，并作为车辆物理部分内设备（各种传感器、外围设备和执行器）的所有配电和数据连接要求的中心。

这种方法简化了布线，可以使更多的线束组件实现自动化，从而降低成本。同样重要的是，在电源和数据方面，它可以向前迈出几步。

电源

作为配电中心，区域控制器成为智能融合的自然位置。通过智能熔断，继电器中的传统熔断器被半导体取代，这是一种实现智能电源管理的方法，因为整个车辆的熔断器可以集中管理。

区域控制器也可以帮助向48V电气架构迁移。区域控制器简化并优化了体系结构。在区域控制器架构下，车辆只有一个电池源，提供48V电压，并将该电源分配给区域控制器。分区控制器配置为向准备就绪的组件提供48V电压，并可同时将未准备就绪的部件的功率降至12V。

数据

随着设备数量的增加，单独连接每个电子控制单元（ECU）变得很难，因为它们需要电缆、电源、外壳等。区域控制器将多个ECU的数据连接整合到一个连接到域控制器的单个链路。

换句话说，区域控制器处理输入/输出（I/O），使域控制器中的软件能够专注于更高级别的计算功能。从计算中提取输入/输出对于构建真正的软件定义的车辆至关重要，也是Aptiv智能车辆架构的关键原则™.

区域控制器也是某些电子控制的逻辑集中点，例如车身和安全控制、HVAC控制、音频管理和其他。上集成可以简化架构并减轻重量。

他们的作用听起来很简单，但区域控制器正变得越来越必要。通过在战略上部署几个区域控制器，原始设备制造商不仅可以降低复杂性和成本，还可以加快向未来车辆架构的重要迁移。

在我们的白皮书中了解有关区域控制器的全部潜力的更多信息。

域和区域汽车架构之间有什么区别？

区域汽车架构可能是未来的潮流，但它们到底是什么？

许多嵌入式解决方案都是围绕面向领域（domain）的方法设计的——特定模块提供功能，受控设备或传感器连接到模块，通常称为电子控制单元 (ECU)。这在许多应用程序中都很有效，尤其是在可以本地执行计算的地方。

如果设备和传感器放置在模块附近，这种方法可以很好地扩展，并添加额外的模块来处理更多的设备和传感器。例如，如果应用程序需要多个电机，与电机配对的计算机控制电机控制系统可以很好地扩展。

如果传感器和设备距离控制模块更远，因为解决方案中涉及额外的接线和接口，这将变得更具挑战性。随着越来越多的传感器和设备被添加到组合中，布线成为一个主要问题。

这在许多汽车应用中都是如此。因此，网络区域方法可以提供更好的可扩展性以及改进的可靠性和功能。通常，中央计算综合体通过联网的区域网关连接到传感器和设备（见图）。

如今的网络连接往往是以太网。这包括各种形式的汽车以太网。区域网关不仅仅是网络交换机，尽管通常用于实现网关的片上系统 (SoC) 解决方案将具有集成的网络交换机。

由于多种原因，区域架构可以更好地扩展，包括为软件驱动框架提供主干。该方法简化了布线：网关更靠近它们将使用的传感器和设备，网关和主机之间的布线不太复杂。

可以在网关进行本地处理。然而，高速网络链路提供了灵活性，可以将数据移入和移出外部传感器和设备环境到位于车内任何地方的重型计算服务器。

这种结构性范式转变与向分布式软件功能的转变以及提供新软件增强功能的能力相一致。

虽然看了还是不明觉厉，但多少有了一些基本的了解，域控制器（Domain Controller）根据实际功能划分例如主动安全域，而区域控制器（Zone Controller）则根据设备位置划分管理数据与电源，目前的汽车架构中两者相辅相成。

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