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1、智能网联汽车电子电气架构产业技术路线图智能网联汽车电子电气架构产业技术路线图电动汽车产业技术创新战略联盟中国智能网联汽车产业创新联盟电动汽车产业技术创新战略联盟中国智能网联汽车产业创新联盟汽车电子电气架构工作组电子电气信息架构与网络工作组2023 年年 5 月月2参研单位参研单位国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司、中国汽车工程学会、国汽智控（北京）科技有限公司、北京邮电大学、北京理工大学、北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司、中国第一汽车集团有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、武汉路特斯科技有限公司、岚图汽车科技有限公司、网络通信与安全紫金山实验
2、室、博世汽车部件(苏州)有限公司、惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司、上海鲲宜软件技术有限公司、紫光展锐（上海）科技有限公司、东软睿驰汽车技术（上海）有限公司、博泰车联网科技（上海）股份有限公司、华砺智行（武汉）科技有限公司、极氪汽车(宁波杭州湾新区)有限公司、宇通客车股份有限公司、天海汽车电子集团股份有限公司、上海科络达云软件技术有限公司、清华大学深圳国际研究生院、中国信息通信研究院、北汽福田汽车股份有限公司、北京交通大学、普华基础软件股份有限公司、上海仰望平凡科技有限公司、长城汽车股份有限公司、合众新能源汽车股份有限公司、重庆长安汽车股份有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司编写组成员编
3、写组成员唐风敏、丛炜、朱海龙、曹万科、刘璟、邹广才、李秋霞、赵立金、刘国芳、刘德舟、常伟、刘兴亮、李红、靳龙辉、王翔宇、冷卫杰、董玉廷、赵琳、王勇、鲍振标、韩可强、黄小云、王磊、包哈达、谢晓、樊琛、黄韬、鲁京京、黄成凯、张旭东、李克、高长胜、李超、林源、李长龙、孔祥明、张兆龙、孙江辉、王颖鑫、王孟轩、刘建业、李玉鹏、李振、白平在、陈晓、宋超、李雪峰、丁先山、尹扬、叶淼波、张贵海、司华超、方伟家、张华宇、严园园、李庆、李迎宾、王存跃、孔德刚、和林、邱安崇、王碧、黄军、梁迪、林永彬、甘庆忠、陈翠兰、唐侨、叶浩宇、周晓萌、吴胜武、朱勇旭、刘威、闻继伟、刘德宽、时红仁、张瑜、顾照泉、任学锋、殷凡、彭方
4、强、张伟云、赵公旗、李剑峰、康金灿、章鑫杰、聂晟、李志恒、张凯、李巍、何巍、张立峰、李明辉、葛文奇、李宗辉、杨冬、赵亚涛、罗青松、陈浩鑫、贾承前、彭双印、胡斌、张良、王静、刘建峰、王野、侯亚飞、蒋峰、雷剑梅、刘杰、徐维3前言前言智能网联汽车成为全球汽车产业战略重点，各类新技术加速在汽车上融合应用，汽车智能化功能越来越多，汽车电子电气架构随之持续演进，有着向中央集中式架构及车路云一体化系统架构进化的趋势，同时软件架构通过服务化逐步实现分层解耦，通信升级确保智能网联汽车海量数据的高速传输。智能网联汽车电子电气架构产业技术路线图的研制立足于智能网联汽车新型电子电气架构，新型电子电气架构本质是为车端提
5、供一个面向服务的分布式异构计算平台，涵盖汽车电子软件架构、硬件架构和通讯架构等要素。本报告在中国汽车工程学会、电动汽车产业技术创新战略联盟（CAEV）和中国智能网联汽车产业创新联盟（CAICV）的支持和指导下，通过 CAEV 汽车电子电气架构工作组和CAICV 电子电气信息架构与网络工作组的通力合作，历时一年多，由来自三十多家参研单位的一百余名专家倾力研制。最后，感谢参与路线图编撰、研讨、审核修订的全体专家的努力和贡献！感谢编写组牵头单位国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司、国汽智控（北京）科技有限公司、北京邮电大学、北京理工大学、北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司的专家和老师的颇具成果
6、的贡献！感谢广州汽车集团汽车工程研究院侯旭光、奇瑞汽车股份有限公司石瑞林、北京理工大学邹渊、中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司韩光省、中国信息通信研究院技术与标准研究所张恒升、普华基础软件股份有限公司解决方案中心陈永钢、武汉光庭信息技术股份有限公司新能源事业部技术中心钟国华对本报告的评审及专业指导！4目录目录第 1 章 概论第 1 章 概论.51.1 行业背景.51.2 新型电子电气架构（EEA）定义.61.3 总体研究目标和范围.7第 2 章 产业发展概况第 2 章 产业发展概况.92.1 产业发展现状.102.2 产业链概况.182.3 政策和标准.332.4 产业技术发展趋势.452.
7、5 问题和挑战.55第 3 章 关键技术体系第 3 章 关键技术体系.593.1 软件架构关键技术.593.2 硬件架构关键技术.843.3 通信架构关键技术.11003.4 车路云协同关键技术.1493.5 电子电气架构相关安全体系.1555第 4 章 开发与测试流程方法及工具（第 4 章 开发与测试流程方法及工具（PMT）.1674.1 基于模型的汽车电子电气系统设计理论基础.1674.2 架构开发模式和开发流程.17114.3 架构测试流程.17334.4 开发和测试工具链.1811第 5 章 产业技术发展路线图：预期目标和实现路径第 5 章 产业技术发展路线图：预期目标和实现路径.19
8、425.1 产业发展总体路线.19425.2 软件架构发展路线.1995.3 硬件架构发展路线.2065.4 通信架构发展路线.21775.5 车路云协同发展路线.22225.6 电子电气架构相关安全体系发展路线.2255第 6 章 总体发展建议第 6 章 总体发展建议.2322参考文献参考文献.2366英文术语、英文名词缩略语对照表英文术语、英文名词缩略语对照表.239第 1 章 概论5第 1 章 概论第 1 章 概论1.1 行业背景行业背景上世纪 80 年代起随着汽车电子技术的快速发展，电子控制单元（ECU）逐渐成为汽车的核心组成部分。汽车电子技术的演进历经从最早的发动机管理单元（EMS）
9、、到防抱死控制系统（ABS）、到智能车控、智能驾驶、智能座舱和智能网关域控制器，以及智能传感器、智能执行器和线控系统等。近年来，在国家产业政策的引导和扶持下，以节能环保为代表的新能源汽车得到发展机遇。同时，在物联网（IoT）和 IT 技术的推动下，智能驾驶及智能网联技术在汽车行业得到广泛应用，使汽车从简单的代步工具逐步演变为用户移动出行的智能伴侣智能网联汽车，如图 1-1 所示。图 1-1 智能网联汽车发展趋势目前，智能网联汽车正从单车智能向车路云协同的方向转变。智能网联汽车不仅与基础设施网联通信，而且可进行更广泛的网联（V2V、V2I、V2P、V2N）。可以预见，智能网联汽车远期形态将向“车
10、路云网图”协同发展模式演进。当云端得到充分发展后，车云通信技术可支持高实时、高可靠、低延时、大带宽的数据传输时，车端与 5G、边缘计算和云计算技术可做到真正融合。同时，支持高级别自动驾驶和车路云协同的智能网联汽车要求电子电气架第 1 章 概论6构在车载算力集中、车路云多源算力分配、时间敏感关键信息流、多核多任务软件架构等方面提供相应的技术支撑能力。智能网联汽车的电动化、网联化、智能化、共享化发展需求对汽车电子电气架构（EEA）的技术演进和变革提出创新要求，也促进汽车电子电气架构技术向“软件定义汽车”方向逐步演绎和进化。汽车电子电气架构的发展历程和趋势总体上正在从分布式架构向域集中式架构、中央集
11、中式架构、车路云一体化架构发展，如下图 1-2。图 1-2 汽车 EEA 发展路线11.2 新型电子电气架构（新型电子电气架构（EEA）定义）定义智能网联汽车新型电子电气架构区别于传统汽车的电子电气架构，其本质是为车端提供一个异构的分布式面向服务的计算平台，涵盖汽车电子软件架构、硬件架构和通讯架构等要素。传统电子电气架构集合应用场景需求、功能逻辑实现、网络通讯拓扑、线束连接等，包含电子电器部件以及建立这些部件之间的交互机制的过程。在功能需求、法规和设计要求等特定约束下，通过对功能、性能、成本、装配等各方面进行分析，得到优化的电子电气系统1研究报告智能网联汽车新型电子电气架构标准化需求研究，全国
12、汽车标准化技术委员会，2022。第 1 章 概论7解决方案。而智能网联汽车新型电子电气架构以软件架构为核心，以支撑汽车进入“软件定义汽车”的新愿景。其中，软件架构层面采用面向服务架构（SOA）作为车端软件系统的架构风格，通过服务化对功能逻辑进行封装，通过服务组合方式进行软件集成，通过软件集中化、一体化、横向化和敏捷化管理降低软件开发成本，提高软件架构的可组合扩展性等，加快智能网联汽车场景应用的快速迭代更新；在硬件架构层面采用域控制器、区域控制器和中央计算平台等高性能大算力平台为支撑，在提升算力的同时实现硬件平台的集成化、通用化和标准化，为软件服务灵活部署和运行提供高效能的物理平台；在车载通讯架
13、构层面，以太网作为骨干网络，采用 SOME/IP（Scalable Service-oriented Middleware over IP，可扩展面向服务的通信中间件协议）或 DDS（Data Distribution Service，用于数据分发/订阅的通信中间件协议和应用程序接口标准）面向服务通讯中间件，融入 TSN（Time-Sensitive Network，时间敏感网络）、安全等技术，确保智能网联汽车海量数据的高速传输；在信息物理层面，借助 5G 无线通信、车规级边缘云、数字孪生、安全以及实现车路云同步的数字底座等技术，形成车路云一体化集中计算能力。1.3 总体研究目标和范围总体研究
14、目标和范围智能网联汽车电子电气架构产业技术路线图（后简称路线图）的研制旨在推进新一代电子电气架构技术、标准、工具链和产业发展等方面的合作研究，集聚产业链及产学研各方力量，促进电子电气架构共性技术研究，在产业内促成友好互助的技术交流势态和开放共享的产业合作模式，支撑国家汽车强国建设工作。路线图总体研究目标为：1.适应新一代智能网联汽车技术及其应用场景的特点，如智能驾驶、智能座舱、新能源驱动、“车路云网图”协同、共享出行；2.研究产业生态发展趋势，立足现状，促进产业生态不断完善，可持续发展；3.研究汽车新型电子电气架构的关键技术体系，主要包括软件架构、硬件架构、通信架构等；4.研究汽车电子电气架构
15、设计方法论以及开发测试的流程、方法和工具；第 1 章 概论85.促进将信息安全、功能安全和预期功能安全融入到架构开发和系统升级中；6.对智能网联汽车电子电气架构的产业和技术发展路线给予预判和发展建议。围绕上述研究目标，本报告从产业发展、关键技术体系、开发测试流程方法工具、发展路线四大部分展开研究，覆盖智能网联汽车电子电气架构产业和技术的发展现状与目标，引领行业对新一代汽车电子电气架构技术演进和产业促进的思考、探索和践行，促进产业创新、跨界融合、共享生态，为从业者及决策部门提供智能网联汽车基础平台智库。同时，路线图中的关键技术体系将聚焦于新型电子电气架构，重点介绍软件架构、硬件架构、通信架构、车
16、路云协同中的关键技术，以及纵贯电子电气架构的信息安全、功能安全和预期功能安全核心流程和关键技术。路线图整体内容结构如下图 1-3 所示。图 1-3 路线图整体内容结构第 2 章 产业发展概况9第 2 章 产业发展概况第 2 章 产业发展概况表 2-1 产业发展概况导读2.1 产业发展现状2.1.1 国外整体产业发展现状2.1.2 国内整体产业发展现状2.1.3 国内外架构整体方案对比2.2 产业链概况2.2.1 产业链综述2.2.2 软件架构产业链2.2.3 硬件架构产业链1.域控制器2.域控制器芯片3.感知传感器2.2.4 通信架构产业链1.综述2.传统总线芯片3.汽车以太网芯片4.汽车以太
17、网设备-TSN 网络设备2.3 政策和标准2.3.1 政策1.全球智能网联汽车产业政策概况2.全球智能网联汽车产业发展支持体系3.智能网联汽车产业政策的若干建议2.3.2 标准1.软件架构标准化组织和软件平台规范2.接口标准化与互操作性3.车载总线标准化组织和标准4.功能安全/预期功能安全标准5.信息安全标准法规2.4 产业技术发展趋势2.4.1 电子电气架构演进2.4.2 整车计算平台形态演进2.4.3 构建 SOA（面向服务架构）2.4.4 通信架构升级2.4.5 功能安全、网络安全升级2.4.6 计算芯片短期分化与长期融合第 2 章 产业发展概况102.5 问题和挑战2.1 产业发展现状
18、产业发展现状2.1.1 国外整体产业发展现状国外整体产业发展现状关于汽车电子电气架构演进，行业内讨论最多的是博世提出的电子电气架构发展六阶段，如图 2-1 所示。博世将整车 EEA 划分为六个阶段：模块化（Modular）、集成化（Integration）、域集中（Domain Centralization）、域融合（Domain Fusion）、整车中央计算平台（VehicleComputer）、车-云计算（Vehicle Cloud Computing）阶段。该演进概念清晰指明了未来汽车电子电气架构算力会逐渐集中化，最终会发展到云端计算。当前主流架构处于功能域控制器集中阶段，正在朝多域控制
19、器融合架构方向发展。图 2-1 博世 EEA 发展六阶段安波福提出智能电气架构（SVC），采用中央计算机及带有标准化接口和互联网安全网关，统一供电和数据主干网，通过双环拓扑结构实现冗余网络。而动力数据中心（PDC）可以为周围的电子系统分配电源，收集并分发大量原始传感器数据到中央计算机，在中央计算第 2 章 产业发展概况11机中对它们进行处理以实现自动驾驶命令。区域控制器为传感器提供接口，管理电源，并提供区域算力。作为中央计算平台的开放式服务器平台可动态分配算力资源，保证汽车即使在关键部位发生故障的情况下也能安全行驶，从而保证汽车的安全冗余。为了适应市场对电动化的需求，实现从分布式向集中式电子电
20、气架构转变。国内外整车企业已开始建立适合未来的车辆电子电气架构和汽车软件架构，使其可以在不同的车辆计划、开发单位和组织之间进行协调，从而提高开发的灵活性和创新性，减少开发时间与风险。国外整车企业如特斯拉和大众已实现整车集成至 4 个主控 ECU，实现整车域控制器软件开发，实现软硬件解耦设计，并多次通过 OTA 升级整车功能。特斯拉 Model S、Model X 再到 Model 3/Y 的电子电气架构演变，推动力是商业模式及技术路径的变革，充分体现了软件定义车辆的技术创新。图 2-2 特斯拉 Model 3 ECU 图示目前最有名的是特斯拉 Model 3 采用的架构，如上图 2-2。Mod
21、el 3 车载中央电脑和区域控制器架构，采用 Autopilot（自动驾驶）+IVI（信息娱乐系统）+T-BOX（远程信息处理器）三合一计算平台，将三块控制板集成到同一壳体中，新引入 BCM-F/L/R 三个区域控制器，实现 ECU 整合并对执行器供电。彻底抛弃了功能域的概念，实现集中式电子电气架构和区域控制器方案，通过中央计算模块（CCM）对不同的区域 ECU 及其部件进行统一管理，并通过CAN（控制器局域网）进行通信，并实现了高度集成，高度模块化，对传统汽车电子架构进行了全方位的创新，实现了“软件定义汽车”，加快了汽车产品迭代速度。实现了算力集中化、服务附加值提升、内部拓扑结构简化。特斯拉
22、的准中央计算 EEA 已带来了线束革命，第 2 章 产业发展概况12Model S/Model X整车线束的长度是3公里，Model 3整车线束的长度缩短到了1.5公里，ModelY 进一步缩短到 1 公里左右。特斯拉的集中控制功能集成在三个域控制器中，中央计算模块直接整合了智能驾驶与信息娱乐域控制模块，以及外部连接和车内通信系统域功能，架构方案较之前车型简化，即：AICM（智能驾驶与信息娱乐域控制模块）：连接各类自动驾驶传感器，综合执行逻辑计算功能，以及完成人机交互；FBCM（前车身控制模块）/智能配电模块：负责 12V 的电池、电源分配和热管理的功能；LBCM（左车身控制模块）和 RBCM
23、（右车身控制模块）：分别负责剩下的车身与便利系统、底盘与安全系统和部分动力系统的功能。德国曼恩商用车（MAN）的中央计算式电子电气架构，以集中化为特征，采用了一个中央控制单元，部署了所有与策略相关的功能，因此车辆的 ECU 也相应地减少。剩余的 ECU也不再包含任何策略相关功能，因此新功能的集成发生在功能架构级别，不影响 ECU 和 CAN通信。另外该 EEA 引入了标准化的 I/O 模块，如果车辆新增功能，仅需安装附加的 I/O 模块以及相关的执行器和 ECU。这也为将来的车辆功能和系统提供了良好的可扩展性，并使该架构与时俱进。大众为了适应市场对电动化的需求，推出了 MEB 平台，实现从分布
24、式向域融合电子电气架构转变。MEB 电子电气架构分为整车控制器（ICAS1）、智能驾驶（ICAS2）和智能座舱（ICAS3）三大域控制器。ICAS1 实现整车所有控制类功能集成，如高压能量管理、低压电源管理、扭矩控制、车身电子控制、网关、存储等功能；另外 ICAS1 连接诊断接口和 T-BOX，实现信息安全设计，并作为 OTA 主控 ECU 实现整车并行刷写。ICAS2 作为智能驾驶运算中心，通过以太网接收 ICAS1 的雷达和摄像头信息，实现运算处理，并实现对于制动和转向系统的请求。ICAS3 采用一机多屏控制方式，通过以太网接收 ICAS1 和 ICAS2 的需求。另外大众推出自身 VW.
25、OS，并采用 Adaptive AUTOSAR（又称 AUTOSAR AP，AUTOSAR 自适应平台）和 SOA 实现不同应用的集成。沃尔沃的区域电子电气架构包括 Core System（核心系统）和 Mechatronic Rim（机电区域），如下图 2-3 所示。沃尔沃的 VIU（Vehicle Integration Unit，整车集成单元）对应不同第 2 章 产业发展概况13整车区域的感知、控制与执行。沃尔沃的 VCU（Vehicle Computation Unit，整车计算单元/整车控制器）对应车载中央计算机，提供整车智能化所需的算力与数据存储。图 2-3 沃尔沃 EEA 架构示
26、意图奥迪将采取中央集群计算方案（Central Computing Cluster）。如下图 2-4 所示，整车划分为：驱动域、能源域、横纵向控制域、驾驶辅助域、座舱域、车身舒适域、信息安全域；不同的域之间通过高速以太网来进行信息交互，域内采用 CANLIN 等进行实时低速通信；新架构分为传感器与执行器层和承载不同功能的域层；车辆的中央计算单元会与企业的后台相连接，奥迪的后台会与 HERE 后台相连，接进行数据共享。图 2-4 奥迪 EEA 架构示意图第 2 章 产业发展概况142.1.2 国内整体产业发展现状国内整体产业发展现状目前，国内主流汽车企业三化融合车型的电子电气架构方案已从完全分布
27、式控制，进入域集中式控制。国内造车新势力普遍直接采用功能域控到域融合的过渡方案，域融合方案普遍集中在智能驾驶和智能座舱。国内传统整车企业和 Tier1 较多采用采用功能域控式控制，如下图 2-5，即“中央网关+域控制器”方案，大体上划分动力、底盘、信息娱乐、自动驾驶、车身舒适等领域。中央网关通过 CAN/以太网路由，统筹动力、底盘、信息娱乐、自动驾驶、车身舒适等子网的信号交互。同时国内传统整车企业也存在不同的技术路线。图 2-5 国内传统整车企业 EEA 架构示意图宇通电子电气架构当前采用的是分布式电子电气架构（如图 2-6），由独立网关隔离不同功能域，分别为动力域、底盘域、车身域、交互域、网
28、联域等。图 2-6 宇通 EEA 架构示意图极氪汽车已量产（车型：极氪 001）的电子电气架构是功能域集中式架构（如图 2-7），由四大功能域主控承担整车级别的各域功能逻辑软件部署中心的角色，将绝大多数传感器和第 2 章 产业发展概况15执行器的控制逻辑与整车功能应用进行分离，大部分普通 ECU 作为纯粹的传感和执行控制单元，功能域内跨子系统和子系统内部的逻辑接口交互在域控内部即可完成，跨域信息交互通过 Flexray（高速容错网络协议）和以太网为主干网的双网实现。ECU 实现功能业务应用和执行器控制逻辑的解耦，功能接口模块化、标准化、开放化。在电子硬件集成度上，域控集成 了 大 量 的 简
29、单 I/O 驱 动，复 杂 的 执 行 器 和 传 感 器 作 为 独 立 的 电 子 单 元 通 过CAN/LIN/A2B/LVDS 等网络连接在各自的域控上，一定程度上缩减了 ECU 数量、降低了整车成本。图 2-7 极氪汽车 EEA 架构示意图华为基于自身的 ICT 技术为积累，推出华为 CCA 架构为基础的全栈式解决方案（如图2-8）。其中底层的基础是“计算+通信”为核心的 CCA 架构，用以太环网作为车载通信主干网络，实现了“功能域”+“区域”的集成。以太环网+VIU 区域控制器构建车内通信架构。整车网络架构设置 3-5 个 VIU，相应的传感器、执行器甚至部分 ECU 就近接入，实
30、现电源供给、电子保险丝、I/O 口隔离等功能。VIU 之间通过高速以太网的环形网络进行连接，确保整车网络高效率和高可靠。在整车通信架构之上，设置智能座舱域控制器 CDC、智能驾驶域控制器MDC 和整车控制器 VDC，共同完成信息娱乐、自动驾驶、整车及底盘域的控制。第 2 章 产业发展概况16图 2-8 华为 EEA 架构（CCA）示意图国内造车新势力整车企业普遍采用功能域控到域融合的过渡方案（如下图 2-9），大体上划分信息娱乐、自动驾驶、整车控制、车身控制四个领域，骨干网采用以太网与 CAN 混合，各领域内多种通信总线混合搭配。在自动驾驶域、信息娱乐域分别采用了域融合控制器，利于后续持续迭代
31、开发。图 2-9 国内造车新势力 EEA 架构示意图集中控制主要适用动力底盘控制系统、智能驾驶系统及部分智能座舱系统，分布式控制主要适用车身控制、舒适控制、车联网等系统。在主流现行电子电气架构方案下，整车通信主干网采用 CAN 或 Flexray 通信技术。在智能驾驶域、车联网系统、诊断系统引入了车载以太网通信技术。高合汽车（华人运通旗下纯电汽车品牌）HiPhi X 的 H-SOA 超体架构包含六大计算平台：第 2 章 产业发展概况17娱乐域计算平台 IDCM、自动驾驶域计算平台 ADCM、动力和底盘域计算平台 VDCM、车身域计算平台 BDCM、中央网关 CGW、V-Box 通信计算平台，据
32、称实现主动自主学习和软件远程迭代，实现整车级 FOTA，采用千兆以太网，可支持 5G+V2X 车路协同和智慧城市技术。2.1.3 国内外架构整体方案对比国内外架构整体方案对比总体而言，国内整车企业电子电气架构整体方案与国外传统整车企业方案相当，都处在功能域控或功能域控到域融合的过渡阶段。不过，国内方案相对比在行业内处于领先地位的特斯拉架构方案，大概有 35 年的的差距，这些差距主要体现在：1.功能软件设计模型功能软件设计模型方面，国内整车企业自主设计车载核心功能较少，缺少开发和验证能力积累。2.架构设计的模型库架构设计的模型库方面，尤其是在智能驾驶功能方面，国外主流整车企业在开发智能驾驶功能时
33、均基于较为完善的功能模型库进行设计和验证，以确保智能驾驶的可靠性和安全性。而国内各整车企业在智能驾驶功能模型的开发领域还处于空白阶段，大部分需要依靠国外供应商或者第三方技术支持才能开展智能驾驶设计工作。另外，智能驾驶的场景数据库也是目前国内整车企业的储备软肋。3.控制器底层软件控制器底层软件方面，市场底层软件多为国外产品，我国产品的应用范围少、用量少，很难发展完善；4.主流车载总线技术主流车载总线技术方面，技术被国外垄断，难以满足国内智能网联汽车在通信方面需求；5.汽车电子基础软件汽车电子基础软件方面，国外汽车行业已较成熟（日本汽车软件标准化组织 JASPAR和欧洲 AUTOSAR 体系），而
34、国内属于发展初期。另外，汽车电子底层软件主要依赖国外零部件供应商。6.网络架构设计网络架构设计方面，智能网联汽车的通信网络需要满足大带宽、高实时性的要求，车载以太网作为车载网络中的主干网是新型网络架构的必然趋势。国际上基于车载以太网的新型网络拓扑结构以及通信协议已经基本成型，而国内车载以太网的研究和应用较少，无法第 2 章 产业发展概况18在车载以太网标准发布后快速进入应用阶段。7.冗余技术冗余技术方面，冗余技术在保证未来智能汽车安全性和可靠性方面具有十分重要的作用，国际上领先的电子电气架构研发团队提出多种冗余方式，将冗余技术应用在整个电子电气架构的开发过程中。国内目前更多将冗余技术应用于高级
35、别自动驾驶系统的开发中。2.2 产业链概况产业链概况2.2.1 产业链综述产业链综述智能网联汽车的发展对原有汽车产业链已经产生一定冲击和影响，具体表征在以下三个方面：上游上游由仅提供零部件的传统模式，增加了可提供车用操作系统（OS）、计算平台硬件等多种形态的 Tier1（一级供应商）生态，且感知传感器，包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达等得以快速发展，并且随国内外智能驾驶功能装配比例增加，加速了落地，行业得以蓬勃发展。中游中游从仅由传统整车企业占据市场，变为科技公司迅速下场与传统整车企业展开角逐，并形成了一定的竞争力。新造车势力对新技术的拥抱，对用户体验的重视，使得汽车行业开发周期迅速缩短，形成
36、从对标逆向开发到以产品功能需求和用户体验为主导向的正向开发模式的转变。下游下游后市场变化更加巨大，随着移动出行的快速推广，网约车等新的出行方式被广泛使用，整车企业在下游的经营方式由传统的以 TO C（对消费者）为核心的汽车销售策略转变为多样化经营。如可以和出行公司合作 TO B（对企业）、TO M（对市场）获得盈利，也可以亲自下场组建出行公司，同时可采用软件运营的方式增加用户粘性并持续获得经营利益。智能网联汽车电子电气架构相关的产业链概况如下图 2-10 所示。从云平台、OTA、应用软件、车用 OS、控制器及芯片、关键基础部件、信息安全和数据安全、网络通信、工具链多个产业要素分别列举上中下游企
37、业。第 2 章 产业发展概况19图 2-10 汽车电子电气架构产业链概况2.2.2 软件架构产业链软件架构产业链2汽车智能化的趋势下，“软件定义汽车”成为产业共识。软件定义汽车（Software DefinedVehicles，SDV）指的是软件将深度参与到汽车定义、开发、验证、销售、服务等过程中，并不断改变和优化各个过程，实现体验持续优化、过程持续优化、以及价值的持续创造。传统汽车软件产业中，产业链较短，产业结构较为简单（如图 2-11）。软件产品主要为一些基础软件程序或简单的嵌入式实时 OS，与 ECU 硬件深度耦合。产业链上游为软件产品供应商，中游为零部件集成商，下游为整车集成商。部分主
38、流 Tier1 厂商同时涉及上游和中游环节，构建核心技术壁垒，整车企业基于单个车型设计需求选择各个 ECU 进行搭配，零部2中国智能汽车软件产业发展趋势洞见，东软集团和赛迪顾问，2021第 2 章 产业发展概况20件间关联较小，车型间设计经验无法积累，车型不具备持续升级能力，无法应对智能化、网联化变革趋势，更无法追踪消费者对车辆的升级需求。图 2-11：传统汽车软件产业链在智能化、网联化变革趋势下，车载软件以软件架构视角做统一设计、开发、管理和运维，软件系统和硬件系统将在零部件层面全面解耦，软件以服务组件的形式成为核心商业产品。伴随汽车软件越来越复杂，代码量指数级增长，软件质量提升难度加大，传
39、统的产业供应链方式已不合时宜。汽车软件产业链正在重塑过程中，具有软件研发优势的互联网和 ICT（信息通信技术）企业不断入局，与传统汽车软件 Tier2 厂商一起成为上游环节 Tier1 厂商，甚至出现了新的 Tier1.5 供应商。整车企业成为中游环节，同时部分车企向上游软件环节布局，下游向应用服务延伸，互联网类企业凭借与消费者的深度关联深挖汽车软件后续应用服务价值。如下图 2-12 所示。图 2-12：新一代汽车软件产业链国内汽车基础软件架构标准及产业生态整体发展较晚，在汽车智能化转型升级的趋势下，国内厂商纷纷将 AdaptiveAUTOSAR 作为发力重点，推出相应的中间件及其工具链产品，
40、抢占市场先机，取得了一定进展，但总体和国外还存在差距。国内智能汽车软件操作系统底层技术多基于国外，内核层面仍由国外企业掌控，宏内核主要是采用 Linux 以及 Linux 定制化的宏内核，目前 Linux 主要推广组织是 GENIVI 联盟和Linux 基金会。微内核代表企业有美国 Wind River（风河，TPG Capital 旗下）和加拿大的第 2 章 产业发展概况21BlackBerry（黑莓），国内自主企业华为、中兴、斑马等也开发出了相应产品，有望摆脱国外内核。汽车电子软件标准主要包括 AUTOSAR、OSEK/VDX 等，其中 AUTOSAR 标准发展了十多年，形成了复杂的技术体
41、系和广泛的开发生态，已成为车控操作系统的主流。全球应用AUTOSAR 解决方案的知名厂商包括 Vector、ETAS（博世旗下）、EB（大陆旗下）、MentorGraphics（西门子旗下）、Wind River 以及 KPIT 等，国内主要是东软睿驰、华为、普华软件、经纬恒润等。AdaptiveAUTOSAR 处于起步阶段，EB 已与大众合作将 AdaptiveAUTOSAR和 SOA 平台应用于大众 MEB 平台 ID 系列纯电动车型上。功能软件是智能汽车软件操作系统核心共性功能模块，能够高效支持自动驾驶、智能座舱等 功能开发。国内外功能软件的研发还都处于起步阶段，国内外企业“并跑”，目前
42、国汽智控、华为等企业已发布自主研发的功能软件层。功能软件还需要在技术上突破壁垒，在架构理解和产品定义等方面实现统一认识，便于快速建立产业生态和产品落地。2.2.3 硬件架构产业链硬件架构产业链1.域控制器域控制器随着芯片算力集成度提高，控制器向着功能集成和算力集成的方向发展。减少整车线束长度，降低 ECU 数量，从而降低整车电子部件总重量，降低整车制造成本，将分散的控制器按照功能域或空间区域划分，集成为运算能力更强的域控制器（Domain Control Unit，DCU）的想法应运而生。功能域与空间域是当前域控制器发展的两条路径。域控制器根据划分方式，主要可以分为以五大功能域划分和以车辆特定
43、物理区域划分两种，相较于纯粹以功能为导向的域控制器，空间域划分的集中化程度更高，对 整车企业厂商自身开发能力要求也会更高：（1）基于功能划分的域控制器：典型代表，博世、大陆等传统 Tier1博世、大陆等传统 Tier1 将汽车 EEA 架构按功能划分为动力域（安全）、底盘域（车辆运动）、信息娱乐域（座舱域）、自动驾驶域（辅助驾驶）和车身域（车身电子）五大功第 2 章 产业发展概况22能域。每个功能域对应推出相应的域控制器，最后再通过 CAN/LIN 等通讯方式连接至主干线甚至托管至云端，从而实现整车信息数据的交互。（2）基于空间划分的域控制器：典型代表，整车企业特斯拉基于空间划分的域控制器是以
44、车辆特定物理区域为边界来进行功能集成部署，相较于纯粹以功能为导向的域控制器，其集中化程度更高。特斯拉则是其中的典型代表，2012 年Model S 还是以典型的功能域划分为主，2017 年推出 Model 3 则直接进入中央计算+空间域架构阶段，特斯拉的 EEA 只有四大部分，包括 AICM（智能驾驶与信息娱乐域控制模块）、FBCM（前车身控制模块）/智能配电模块、LBCM（左车身控制模块）、RBCM（右车身控制模块）。其中，自动驾驶域控制器：自动驾驶域控制器能够使车辆具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制的能力，通常需要外接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达等设备的数据，完成的功能包含图像
45、识别、数据处理等。全球范围内，全球 Tier1 基本都已布局自动驾驶域控制器产品，典型产品如伟世通DriveCore、博世 DASy、大陆集团 ADCU、采埃孚 ProAI、Veoneer Zeus、麦格纳 MAX4 等，国内方面，如德赛西威 IPU 系列、经纬恒润 ADC、东软睿驰 CPDC、华为 MDC 等。其中，智能座舱域控制器：智能座舱域控制器提供座舱的软硬件支持。座舱功能的智能化、主动化，依赖座舱域控制器的硬件普及和算力支撑。智能座舱域控制器最初的作用为管理车内日益增多的显示屏及其信息排布展示，从车机触控屏，到液晶仪表和触控屏，再到如今高端车中前后排多块不同的显示屏。未来则不再局限于
46、实现多屏互联，将逐步整合空调控制、HUD（抬头显示器）、后视镜、人机交互、DMS（驾驶员监测系统）、OMS（乘员监测系统），以及 T-BOX（远程信息处理器）和 OBU（车载微波通讯单元），在统一的软硬件平台上实现座舱电子功能。全球范围内，伟世通、大陆、博世、安波福、佛吉亚歌乐、哈曼市场占据主导地位，国内企业华为、德赛西威、航盛电子、东软睿驰、博泰等也纷纷推出了座舱域控制器解决方案。第 2 章 产业发展概况23国内自主 Tier1 在智能座舱域领域快速渗透。德赛西威率先量产座舱域控制器，在座舱AI 场景生态也有成熟技术。在智能座舱领域，德赛西威产品线布局完整，硬件范围覆盖域控制器、中央网关、传
47、感器、显示器等，软件范围覆盖信息娱乐系统、ADAS 系统、IMS 系统、健康系统等。德赛西威和高通（Qualcomm）合作推出一机多屏智能座舱域控制器，该域控制器采用了 8155 和 QNX Hypervisor，实现座舱双系统，已应用于奇瑞和广汽等车型。诺博科技的座舱域控制器也投入量产。诺博基于高通 8155 芯片和 BlackBerry 实时操作系统打造的智能座舱域控制器 IN9.0 现已投入量产，软件采用虚拟化技术，单颗芯片支持多操作系统，可集成多个电子部件模块如仪表、中控娱乐、副驾屏、抬头显示器、座椅空调控制、DMS、360 环视等，最大可支持 6 块屏幕显示。IN9.0 已被应用于
48、10 月底上市的哈弗 H6S。华阳集团已定点多个座舱域控制器项目。华阳集团在 21 年上海车展推出“一芯多屏”座舱域控制器，通过虚拟化技术将不同操作系统和安全级别的功能融合到一个平台上，实现仪表、信息娱乐、副驾屏、AR-HUD 等多屏互联及跨屏显示。公司公告已定点多个整车企业的座舱域控制器项目。博泰、东软睿驰将推出基于高通芯片的座舱域控制器。2021 年博泰基于恩智浦（NXP）芯片的智能座舱方案量产搭载东风岚图 FREE 已上市，一机三屏（仪表、中控、副驾），支持多屏交互、多模交互（手势+语音）等多种生态闭环服务，且博泰正在研发基于高通 8155芯片的智能座舱域控制器方案。2019 年东软睿驰
49、基于英特尔车载计算方案以及 Hypervisor虚拟化技术，已实现一机双系统多屏功能配置。目前，东软主推智能座舱平台化产品线，高端平台基于高通 8155/6155 高性能芯片座舱域控制器，即将进入量产阶段。中科创达推出座舱域方案可兼容多个芯片供应商。2021 年公司推出 E-Cockpit 4.5 座舱域控制器，可适配高通（Qualcomm）、瑞萨（Renesas Electronics）、恩智浦（NXP）三个主流芯片平台，支持一芯多屏（仪表、中控、副屏、空调座椅屏）多系统（Android、Linux、QNX、INTEGRITY）。中科创达还可提供定制的包括汽车娱乐系统、智能仪表盘、集成驾驶舱
50、、ADAS 和音频产品在内的整体智能驾驶舱软件解决方案。均胜电子绑定华为生态。公司旗下均联智行与华为在智能座舱领域达成合作，华为提供第 2 章 产业发展概况24座舱芯片核心模组、鸿蒙操作系统以及应用生态，均胜智行主要负责智能座舱中与操作系统适配的算法、软硬件架构设计、系统集成开发。2.域控制器芯片域控制器芯片硬件方面，相比 MCU（微控制单元）芯片，SoC（System on Chip，系统级芯片，也称片上系统）芯片算力和集成度更高，可应用于智能座舱、自动驾驶等领域。在 ECU（ElectronicControl Unit，电子控制单元）时代，MCU 芯片为主控芯片；进入 DCU（Domain
51、 Control Unit，域控制器）时代，汽车智能化程度大幅增加，运算处理复杂度呈指数级增加，如 L4 级以上自动驾驶所需算力或将超过 700 TOPS，且整车企业在智能化功能开发过程中，往往先预埋高性能硬件，通过算法软件实现功能更新，需要 DCU 主控芯片有更强的多核、更大的计算能力。不同于以 CPU 为主的 MCU 芯片，SoC 芯片集成了 CPU、AI 芯片（GPU、FPGA、ASIC）、深度学习加速单元（NPU）等多个模块。相比 MCU 芯片，SoC 芯片算力和集成度更高，算力主要来自于 AI 芯片，其中以图像运算为主的 GPU 相比 CPU 运算优势明显，帮助 SoC 芯片获得比
52、MCU 明显更强的算力优势。因此，DCU 采用 SoC 芯片成为主流趋势。目前 SoC 芯片中 GPU 为主力，ASIC 有望在软件算法成熟稳定后成为主流。GPU 运算优势明显，且在消费电子领域多年应用，通用性强，开发难度相对较低，因此在目前及未来一段时间都将占据主流地位。为弥补 GPU 成本高、功耗大的劣势，又引入定制化的 FPGA 芯片和 ASIC 芯片。FPGA 是半定制型芯片，相比 GPU 有明显的性能和能耗优势，但量产成本高；ASIC 是定制化芯片，需要定制化的研发，设计研发周期较长、资金需求较大，在当前技术路线尚不明确情况下大规模流片的性价比不高。因此，目前二者在 AI 芯片中均是
53、补充作用。未来当软件算法技术路线大部分标准化后，高性能、功耗低、量产成本低的 ASIC 将对 GPU 形成替代作用，成为主流 AI 芯片。FPGA 结合能耗和功能可修改优势，对 GPU 和ASIC 将形成长期补充作用，保持一定市场份额。（1）自动驾驶 AI 芯片目前自动驾驶 AI 芯片市场能实现大规模量产的厂商主力有英伟达（NVIDIA）、Mobileye和特斯拉（自研 FSD）等，高通正在加速推进，国内华为、地平线和黑芝麻等公司尚在起步阶段。第 2 章 产业发展概况25英伟达占据先发优势，目前是整车企业主要芯片供应商。英伟达进入自动驾驶市场较早，且技术路径激进，Xavier 芯片、Orin
54、芯片都是同时期市场上算力最高的量产芯片。2021 年4 月英伟达又发布了下一代芯片 Atlan，单芯片算力达 1000TOPS，预计 2023 年向开发者提供样品，2025 年大量装车，高算力助力英伟达在 L3 及以上等级的自动驾驶具备明显优势。另外此前英伟达的低能效比被认为是短板，2022 年即将量产推出的 DRIVE AGX Orin 解决方案能效比已经达到了 2.7，预计 Orin 芯片的推出和 Drive、AGX、Orin 软件平台的配合，将奠定英伟达在 L3 级以上市场的先发优势。高通在 2020 年 CES 大会上发布自动驾驶平台“骁龙 Ride”，入局智能汽车领域，骁龙Ride
55、SoC 搭载第六代高通 Kryo CPU 与第六代 Adreno GPU，算力达 700-760TOPS，支持L1/L2 级 ADAS 及 L2+功能，如高速公路辅助/自动驾驶，辅助/自动泊车等；L4/L5 全自动驾驶，用于城市自动驾驶，出租车和机器人物流等。Mobileye EyeQ 封闭式方案弊端显露，转向开放。Mobileye 对外提供摄像头+芯片+基础软件+应用算法的一体式解决方案，多是黑盒子模式，对于刚起步或技术能力不足的整车企业来说可以缩减成本，加速车型成型并实现量产。但软件算法是车企自动驾驶的核心能力，主流车企需要掌握软件开发能力，黑盒子模式不再是优选，为此 Mobileye 自
56、 2020 年提供开放版 EyeQ5 芯片，可执行第三方的程序代码，支持车企自行编译程序。同时，英特尔目前正全力支持 EyeQ5 新芯片的工具链开发。华为具备软硬件集成能力，是自动驾驶域控的重要力量。华为具备 MDC 计算平台+AOS智能驾驶操作系统，MDC 计算平台全栈布局单车智能所有软硬件，且 AI 芯片全部自研。华为 MDC 是业界率先量产的车规级智能驾驶计算平台，算力范围覆盖 48400 TOPS，支持L2+L5 级别自动驾驶的平滑演进，兼容 AUTOSAR 架构。地平线征程芯片与多家车企合作。2021 年地平线发布面向 L3 级以上自动驾驶的征程 5芯片，采用 16nm 工艺，单颗芯
57、片最高算力可达 128TOPS，且功耗只有 30W，延迟仅有 60ms，可支持 16 路摄像头视频输入。黑芝麻也实现芯片突破。黑芝麻目前最先进的芯片是华山二号 A1000 Pro，采用 16nm 工艺，基于 16 核 Arm v8 CPU 构建异构多核架构，支持 20 路高清摄像头输入，且功耗只有第 2 章 产业发展概况2625W。（2）智能座舱域控制器芯片“一芯多屏”是目前智能座舱域控制器发展共识，同一芯片模组支持中控大屏、数字仪表、后座娱乐屏等设备，可减少 ECU 数量，避免多个芯片间的通信传输问题，同时降低成本。实现一芯多屏的难点在于芯片需要强大的处理能力以及复杂的软件操作系统，目前芯片
58、厂商加速技术迭代，如高通 8155/8195 芯片最多支持 8 个传感器输入和 5 路显示屏；2021 年芯驰科技最新发布的智能座舱芯片 X9U，能够支持 10 个独立高清显示屏。目前智能座舱芯片市场能实现大规模量产的主要包括高通、英伟达，国内华为、地平线、芯驰科技等公司尚在起步阶段。高通率先采用 5nm 汽车芯片，是座舱域芯片领导者。高通第三代数字座舱平台搭载全球首款 7nm 工艺的 8155 芯片，是目前量产车可以选用的性能最强的座舱芯片，因此已有十多个品牌的车型宣布搭载。第四代骁龙汽车数字座舱平台于 2021 年 1 月发布，将采用全球第一款 5nm 汽车芯片及第 6 代高通 Kryo
59、CPU、高通 Hexagon 处理器、多核高通 AI 引擎、第6 代高通Adreno GPU 以及高通Spectra ISP，性能媲美旗舰手机芯片骁龙888，预计于 2022年实现量产，已与 20 家主流车企达成合作意向，高通在座舱域的地位已经确立。英伟达借助自动驾驶开发经验异军突起。英伟达之前只是单纯地出售芯片，但目前除了针对自动驾驶的 DRIVE AV 全套协议栈，还有针对座舱的 DRIVE IX 全套协议栈，支持仪表显示、座舱娱乐、乘客交互和监控领域功能。英伟达一芯多屏产品实现上车，搭载于现代汽车 GV60 车型，实现一套计算硬件拖动仪表、中控、HUD 和两个电子倒车镜。英伟达另外也与奔
60、驰、奥迪合作开发座舱域。地平线基于征程系列芯片提出座舱解决方案。2021 年上海车展，地平线提出基于征程 5芯片的车载智能交互解决方案，在统一芯片架构的基础上，能够基于车外路况和车内驾驶员状态融合判断主动介入，如疲劳提醒、高速匝道警示、吸烟模式等，实现车内场景感知和理解动态调整驾驶策略。华为主推麒麟芯片和鸿蒙 OS。华为座舱方案主要包括三部分鸿蒙 OS、鸿蒙车域生态和基于华为麒麟芯片平台的 CDC 智能硬件平台。现阶段华为座舱业务的重心是推广麒麟芯第 2 章 产业发展概况27片和发展鸿蒙 OS 生态，由 Tier1 负责智能座舱中与操作系统适配的算法、软硬件架构设计、系统集成开发。芯驰科技芯片
61、可支持 10 屏。2021 年上海车展，芯驰科技发布智能座舱芯片 X9U，CPU算力 100KDMIPS，AI 算力 1.2TOPS。可以支持语音、导航、娱乐、环视、DMS、OMS 等座舱功能，支持多达 10 个独立全高清显示屏。3.感知传感器感知传感器（1）激光雷达得益于创新技术的快速推进，前半场国外激光雷达 Tier1 得以迅猛发展，主要的激光雷达公司包括 Velodyne、Ibeo、Quanergy、Innoviz 和 LeddarTech 等;而我国车载激光雷达尚处于起步阶段，自动驾驶企业尚未大规模采用，但已经形成了一定的竞争格局。国内主要的激光雷达公司包括禾赛科技、速腾聚创、华为、镭
62、神智能以及大疆子公司 Livox 等。国内公司在固态激光雷达领域积极布局，已经研制出较多的产品，部分产品技术性能在全球领先，随着激光雷达往固态化持续发展，国内激光雷达公司具备较大的发展机会。激光雷达上游元器件方面，距离完全自主供应还存在一定的差距。但国内厂商的激光器、传感器、控制芯片等产品的性能也在不断提高，逐渐追赶世界先进水平。激光雷达的开发方面，国内激光雷达厂商已取得重大突破，多线束高性能车载激光雷达在探测范围、分辨率等方面已达到国际领先水平。（2）毫米波雷达芯片技术方面，国内毫米波雷达芯片创业公司渐多，部分厂家的技术已经成熟，部分指标与国际主流产品相当，在量产化方面需要进一步得到毫米波雷
63、达整机企业的支持，以检测量产质量与加快量产化进程。在产品化方面，通过近年来的技术探索和经验积累，国内的毫米波雷达在很多关键技术上已经取得突破，以森思泰克为代表的自主品牌企业在角雷达方面实现大批量产并获得一定市场份额；但在前雷达方面尚需加快产品化、批产进程。第 2 章 产业发展概况28毫米波成像雷达（4D 毫米波雷达）方面，国内毫米波雷达厂家与国际主流企业处于同一起跑线。成像雷达涉及大量的数据处理及高级处理算法，在数据处理层次国内外都需要做进一步的探索。在市场应用上，本土厂商在毫米波雷达领域已展现逐渐驱逐国外厂家的能力，在未来数年内本土厂商的市占率完全可能超越国际厂商。当前主要的毫米波雷达厂商有
64、福瑞泰克、森思泰克、博世、大陆等。（3）车载摄像头产业链角度来看，镜头、CMOS 芯片、DSP（数字信号处理器）和模组是车载摄像头最重要的成分，其中 CMOS 芯片是摄像头的核心部件，价值约占整个摄像头的三分之一。光学镜头方面，产业比较成熟，基本满足预期目标，如国内的舜宇光学、联创电子、丘钛科技等，在行业中已占有一席之地。在未来的发展中国本土产业链仍会进一步发展。感光芯片方面，在高分辨率、低功耗、高动态、高低照度等技术方面已经取得了很大突破，但在市场占有率方面仍显不足，国际厂商如索尼、安森美、豪威科技仍占据主流市场，国内厂任重道远。视觉计算芯片方面，以地平线为代表的本土玩家在国内市场已初获成功
65、，但国际市场上仍有待突破。视觉感知算法和产品方面，预警类产品已经取得了大规模应用，以视觉感知为基础的车辆控制类产品渗透率较高，但是为高度自动驾驶实现的全方面识别和集成技术仍然在初期阶段。在市场应用上，视觉系统在整车上的配备的增长将带来产业整体需求的增长，未来五年内本土厂家将迎来高速发展期。2.2.4 通信架构产业链通信架构产业链1.通信架构产业链综述早期汽车采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系。每一路信号传递都需要一根第 2 章 产业发展概况29铜电缆连接交换数据，导致每一个 ECU 都需要 N 个接口，有些 ECU 的接口数会是十几个甚至三十几个，形成庞大的布线系统。这引发了车辆空间占
66、用、车重、成本、系统复杂度以及不稳定性等一系列问题。以 CAN 为代表的现代总线出现以后，硬线连接大大减少，有效降低了系统、零部件设计的复杂度和开发成本，驱使整车企业与零部件供应商之间形成标准化协议。总线作为一种车辆网络拓扑结构，是车上所有电子和电气部件互联结构的线束表现，直接影响到控制器功能的分配、数据网络的规划，犹如汽车的神经。目前汽车上普遍采用的汽车总线主要有控制器局域网 CAN，局部互联协议 LIN，高速容错网络协议 FlexRay,用于汽车多媒体和导航的 GMSL、MOST、A2B 和车载以太网等。另外，当然也有传输带宽达到 12Gbps 以上的 SerDes 总线，也称 LVDS
67、总线，主要应用于音频、视频信号的传输。随着车辆应用交互场景的增加，越来越多的传感器、控制器对总线带宽的要求越来越高，车内不同电子器件间和不同区域之间彼此通信的需求也越来越高，这些复杂性直接导致了对总线使用上的增长。然而，几乎每个汽车电子器件都有其特定的线缆和通信要求，这必然导致车内总线布线复杂性，车内线束已成为继引擎和底盘之外车内第三大成本支出的部分，生产环节中布置配线的人工成本占整车的 50%，车内线束重量也是继底盘和引擎之外占第三位重量要素。“智能驾驶、智能座舱、智能网联”的趋势下，车载通信网络向着“高速、低延时、安全、互联”的方向演进。车载以太网依托单线对非屏蔽双绞线的传输介质，使用更小
68、巧紧凑的连接器，其可减少高达 80%的车内通信连接成本和高达 30%的车内布线重量。为此，得到汽车与通信行业技术人员、汽车制造商与半导体公司的广泛关注，成立了 OPEN、AVnu、IEEE、AUTOSAR 等联盟和标准化组织，致力于车载以太网推广与使用，积极讨论制定适用于车载环境及应用的以太网标准，支持车载以太网技术应用与发展。当然，汽车是一个既传统又现代的产品，现阶段以车载以太网完全替代传统总线是不实际的。对于典型的控制任务，基于信号的方法经历了近三十年的测试和验证。所以，基于服务的通信与基于信号的通信将在车内并存。咨询公司弗若斯特沙利文公司（Frost&Sullivan）预测，到 2025
69、 年，车载以太网的市场渗透率将增加至 80%。2.传统总线芯片传统的车身总线 CAN/LIN/FlexRay/MOST 芯片，通常称收发器器件，负责车载总线信号第 2 章 产业发展概况30的转换，在主机内部，转换成标准的 SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）、UART（Universal Asynchronous Receive Transmitter，通用异步接收/发送装置）或专用的总线低电平低压信号，实现主机系统和车身网络、传感器网络等信息交互。该类收发器芯片，主要以国际巨头恩智浦、TI（德州仪器）等为主，占据了市场 90%以上的份额。芯力特电子科
70、技有限公司围绕智慧电网、车联网等物联网进行相关芯片技术攻关，继成功研发 CAN FD 收发器芯片 SIT1042 后，芯力特电子再次打破国外垄断成功量产 42V 耐压 LIN 收发器芯片 SIT1021。串行-解串器芯片，主要通过 LVDS 信号实现音视频图像的数据传输，如摄像头信号传输，图像显示信号传输等，具有高带宽、低延时、无压缩等特点。目前占有率最高的是美信公司的 GMSL 和 TI 公司的 FPD Link，几乎覆盖了市场 80%以上份额。3.汽车以太网芯片以太网芯片，主要包括 PHY 和 Switch 芯片（交换芯片），将车载以太网总线 100Base-T1、1000Base-TI
71、转换成标准低压的 SGMII、RMII 等以太网 MAC 接口。在以太网通信芯片领域，以太网芯片市场规模庞大，而且比较稳固，目前主要以博通（Broadcom）和美满电子（Marvel）为行业领头羊，技术领先，占据大部分市场，但恩智浦（NXP）、TI（德州仪器）、Microchip、Realtek（瑞昱）等多家公司也已布局，以更优的性价比占据一定市场份额。车载以太网车载以太网 PHY 芯片芯片的主要供应商有 Marvell、Broadcom、Microchip、Realtek 和 NXP。Marvell 与 Micrel（麦瑞半导体）在 2012 年就发布了全球首款完全符合 IEEE 802.3
72、 标准的用于车载网络的以太网实体元件，最高可支持 100Mb/s 的速率。Micrel 推出的以太网物理层芯片支持高达 125 的环境温度，而且针对汽车市场的需求加强了 ESD 保护（静电保护）。2019 年 1G 的车载以太网 PHY 芯片开始量产。在 CES 2019，Marvell 推出了 1000BASE-T1 汽车以太网物理层（PHY）收发器 Marvell 88Q2112，符合 IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 标准草案要求。2020 年 11 月，Broadcom 宣布推出的 BCM8989X 是业内第一个对应 NGBase-T1 标准的多 G 车载 PHY 芯片
73、。而 10Gbps 车载 PHY 芯片当前仅有 Aquantia（已被 Marvell 收购）的AQV107。交换（交换（Switch）芯片）芯片的供应商主要是 Marvell、Broadcom、NXP 和 Realtek。Continental（大陆）旗下子公司 Elektrobit 与 Marvell 联合打造了一款车载以太交换芯片，第 2 章 产业发展概况31型号为 88Q5050，用于英伟达最新旗舰 Pegasus，这也是基于 TSN（Time-Sensitive Network，时间敏感网络）的首次实际应用。NXP 的 LS1028A 工业应用处理器内置了 TSN 转换器和TSN 终
74、端模块。TI 的 Sitara 处理器、Renesas Electronics（瑞萨）的 RZ/N1D 处理器支持TSN 标准。NXP 和 ADI（亚德诺半导体）也推出了专用 TSN 交换芯片。Xilinx（赛灵思）等FPGA（现场可编程逻辑门阵列）厂商，也提出了基于 FPGA 的 TSN IP 核心解决方案。在可以预期的未来，基于 TSN 的以太网 MAC（介质访问控制）将被普遍集成到各类嵌入式 SoC芯片中。2022 年 9 月工信部工业互联网产业联盟公布最新“时间敏感网络（TSN）产业链名录计划”，其中东土科技刚刚发布的中国首颗自主设计的 TSN 芯片KD6530，成为首款进入该名录的T
75、SN 芯片。东土科技车规级时间敏感网络交换芯片可在车载以太网网关或车载多媒体网关等车内通信网络中使用。这标志着国产芯片正式进入 TSN 商用领域，打破该领域长期被欧美企业垄断的格局。飞思卡尔（NXP 旗下）是中央网关芯片的领导者，在 2008 年量产第一代以太网诊断的网关控制器 MPC5667，并用在当年宝马 5 系和 7 系上。2013 年量产第一片带 EAVB 网关的芯片MPC5604e，并用在宝马 X5 的 360 环视上。第四代 MPC574x 系列，以 MPC5748G 为最高级配置，拥有多达 8 个 CAN 接口。4.汽车以太网设备-TSN 网络设备TSN 以太网交换机是车载网络解
76、决方案的关键组成部分。Elektrobit（EB）于 2021 年 11月宣布推出业界首款能够实现安全、高性能车载网络通信的车载以太网交换机固件。据Elektrobit（EB）介绍，EB zoneo SwitchCore 现可用于行业领先硬件供应商的交换机，并已在量产电动汽车中得以应用。EB zoneo SwitchCore 增加了智能模块的固件，能够满足增强车辆可扩展性、功能安全和信息安全的要求；提供高级网络管理和网络安全功能，例如路由、网关、防火墙以及网络入侵检测和防御系统。Cisco（思科）IE4000 系列 TSN 交换机提供高带宽交换（第 2 层）和经过验证的基于 CiscoIOS
77、软件的路由（第 3 层）功能，使用思科弹性以太网协议（REP）提供高度安全的访问并且支持工业协议，具有更高的整体性能、更大的带宽、更全面的功能集和增强的硬件。Belden（百通）2017 年发布的模块化管理的赫斯曼（Hirschmann）交换机类型 RSPE35第 2 章 产业发展概况32和 RSPE37 可针对 TSN 技术进行升级。RSPE35 和 RSPE37 版本支持符合 IEEE 1588-2008 的精确时间协议（PTP），并具有 FPGA 模块，可以实现基于硬件的选择性冗余机制，如高可用性无缝冗余（HSR）、并行冗余协议（PRP）。MOXA（摩莎）推出两款 TSN 交换机 TSN
78、-G5004 和 TSN-G5008，采用紧凑型设计，配有用户友好配置界面的全新 Moxa web GUI，简化了网络部署。支持 IEEE 802.1AS，IEEE 802.1Qbv 等 TSN 协议，并将进一步提供对其他 TSN 协议的支持。TTTech 推出的 PCIE-0400-TSN 网卡是基于 FPGA 的超薄型千兆以太网接口卡，支持IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbv、IEEE802.1Qbu、IEEE 802.1Qcc 等标准，用于将工控机连接到符合 IEEE 802.1TSN 的网络，具有四个 10/100/1000 Base-T 以太网端口，可用于从生产层到
79、IT 层的融合网络中构建确定性控制应用。近年来，国内厂商对 TSN 技术的关注度持续提高，积极推进 TSN 相关网络设备的研发和应用。2017 年起，包括华为、东土科技、研华、新华三在内的多家通信设备厂商已经研发出或正在研发 TSN 相关网络设备，包括交换机、网关及通信模块。研华公司于 2020 年发布了 EKI-8500G 工业级 TSN 以太网交换机，采用 TSN 专用芯片设计，具备 8 个千兆 RJ45 端口+2 个千兆 SFP 端口。支持 IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbu、IEEE802.1Qbv 和 IEEE 802.1CB 等 TSN 协议。东土科技推出两款 T
80、SN 交换机 SICOM3000TSN、SICOM3028TSN 及基于 SDN（软件定义网络）的时间敏感网络交换机的组网管理配置平台，具有 IEEE802.1Qbu、IEEE802.1Qbv、IEEE802.1Qci、IEEE 802.1Qch、IEEE 802.1Cr 等协议功能模块。华为 2018 年首次展出的中国国内第一款 TSN 交换机样机，支持 IEEE 802.1AS 和 IEEE1588v2 时钟同步协议，支持 IEEE802.1Qbv（门控调度）、IEEE802.1Qbu（帧抢占）、IEEE802.1Qci（流过滤）、IEEE 802.1CB（无缝环网冗余）等 TSN 协议。
81、同时打通了 OPCUA 至TSN 协议栈，并可通过 YANG 模型从网络控制器对网络中 TSN 交换机进行集中配置。新华三（H3C）推出两款 TSN 工业交换机 IE4320-10S-UPWR、IE4320-10S，同时支持基于 SDN 的时间敏感网络交换机的网络管理配置平台，目前已支持 IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv、IEEE802.1Qcc 等 TSN 特性，具体性能为：转发延时最低小于 10us 秒，时延第 2 章 产业发展概况33抖动最高指标能达到正负 2us 内，802.1Qbv 门控精度可达到 ns 级。中国电子技术标准化研究院和华中科技大学国家数字化设计与制造创
82、新中心联合搭建的 TSN 测试床，包含当前主流的 TSN 交换机设备和终端设备，用于进行 TSN 设备的兼容性测试、互操作性测试，面向典型应用场景的网络配置和性能测试。在兼容性和互操作性测试方面，目前主要针对 IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv 和 IEEE802.1Qcc 的核心内容进行测试。在网络延迟和抖动等性能测试方面，主要参照正在制定中的 IEEE60802 标准，对 8 种类型网络流量的的 QoS 进行测试。总体而言，目前 TSN 产业初具规模，产业链包括了科研机构、标准化机构、芯片厂商、设备厂商、应用厂商和测试厂商。TSN 产品主要包括芯片、交换机等终端设备以及测试床
83、。从 TSN 产业发展看来，国内外差距明显。大部分的 TSN 芯片厂商和设备厂商为国外企业。国内厂商主要以开发 TSN 交换机为主，但数量远远不及国外厂商。2.3 政策和标准政策和标准2.3.1 政策政策智能网联汽车作为前沿科技集聚的代表载体，已成为全球汽车产业发展的战略方向，世界各国争先围绕战略规划、法律法规、标准规范、研发创新等方面，制定滚动发展的综合性产业发展政策体系，力求在新一轮汽车产业变革中取得领先优势。1.全球智能网联汽车产业政策概况全球智能网联汽车产业政策概况总体上，国内外主要围绕智能网联汽车研发设计、生产准入、销售流通、测试示范、报废回收等全生命周期环节，聚焦战略规划、研发创新
84、、法律法规、标准规范等领域，推动产业政策制定完善，加快构建支持智能网联汽车高质量发展的政策环境体系。（1）美国：持续弱化监管，政府主导完善政策体系美国自动驾驶先发先至，初步建立领先全球的战略规划-创新支持-法律法规-标准规范-推广应用完备综合性产业政策体系，在平衡创新与安全的基础上，总体呈现为监管持续弱化第 2 章 产业发展概况34的特征。战略规划方面，形成连续性的产业发展顶层布局，自 2010 至 2021 年每 5 年发布智能交通战略，持续强调自动驾驶与 V2X 发展规划；自 2016 至 2021 年，陆续发布自动驾驶 1.04.0以及综合计划，细化自动驾驶研发应用、法规标准等准则要求。
85、创新支持方面，向自动驾驶技术研发应用提供专项资金，其中道路运输管理局累计拨款超过 800 万美元。法律法规方面，推进新技术车辆豁免程序、运输安全条例等既有法规的解释、修订，2017 年众议院通过自动驾驶法案，加州、内华达州分别通过 8 部及 4 部相关法案，涉及测试、税收等多个领域。（2）欧洲：立足商业布局，率先探索创新保险及伦理专项政策面向自动驾驶商业的全方位布局，欧洲率先开展自动驾驶保险、责任规则及伦理道德研究，以战略规划、法律法规、标准规范为主的产业政策日益完善。战略规划方面，聚焦自动驾驶创新、基础设施、法律、数据安全等，欧盟及成员国持续开展顶层路线设计，其中通往自动化出行之路：欧盟未来
86、出行战略明确到 2030 年普及完全自动驾驶。创新法规方面，强调安全保障，英国自动与电动汽车法案率先明确保险和责任分担；德国自动化和互联互驾驶道德准则是全球首个自动驾驶系统设计伦理要求。标准规范方面，着力推动跨国协同，出台自动驾驶指导文件。技术研发方面，面向自动驾驶技术、商业模式、保险等研究探索，英国建立了 2 亿英镑的专项基金，法国开展 1 亿欧元资助。（3）日本：注重法规引领，产学官共建商业应用支持政策环境围绕智能网联汽车稳步有序的商业应用，日本持续完善以法规为引领的智能网联汽车综合政策体系，明确产学官一体的产业发展协作机制。创新法规方面，针对合法上路、合理执法面临的瓶颈障碍，持续推进道路
87、交通法、道路运输车辆法等法规修订，增加自动运行装置管理等新的安全标准，将自动驾驶模式下的交通事故纳入传统汽车强制保险适用范围。创新机制方面，制定国家级创新项目SIP（战略性创新创造项目）自动驾驶系统研究开发计划，并据此成立自动驾驶推进委员会，形成产学官一体的自动驾驶研发机制。标准规范方面，注重智能网联汽车与智能道路基础设施标准的协同推进，发布自动驾驶汽车安全技术指南，明确运行设计范围管理要求。第 2 章 产业发展概况35（4）国内：战略标准并重，聚焦产业指导及测试示范管理政策从部委行动上升为国家战略，我国着力完善智能网联汽车顶层设计及基础支撑环境，逐步形成以发展规划及标准建设为核心的产业政策体
88、系。战略规划方面，从工信部 2018 年发布的车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划、2020 年发布的 11 部委智能汽车创新发展战略到国务院新能源汽车产业发展规划（20212035 年），智能网联汽车上升为国家战略，封闭测试、道路测试、示范应用、试运营、商业运营的发展路线基本明确。标准建设方面，奉行成体系布局、专项突破的推进模式。工业和信息化部科技司 2017 年开始制定并持续更新 国家车联网产业标准体系建设指南（智能网联汽车），明确统一的标准体系架构，并在此基础上，陆续制定基于 LTE 的车联网通信安全技术要求、汽车驾驶自动化分级等技术规范。2020 年 10 月，中国汽车工程学会节能与
89、新能源汽车技术路线图（2.0 版）的发布，进一步明确了构建中国方案智能网联汽车技术体系和新型产业生态，强调应围绕车载操作系统等智能网联汽车核心零部件加强攻关。2021 年 8 月，工业和信息化部印发关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见，要求加强汽车数据安全、网络安全、软件升级、功能安全和预期功能安全管理，保证产品质量和生产一致性，推动智能网联汽车产业高质量发展。2021 年 11 月工业和信息化部印发了“十四五”软件和信息技术服务业发展规划，指出提升应用软件、平台软件、嵌入式软件等产业链中游的软件水平，充分释放“软件定义汽车”创新活力。2021 年 12 月，中国智能网联汽车产业创
90、新联盟牵头编制的智能网联汽车团体标准体系建设指南（2021 版）指出，以“3+N”智能网联汽车相关标准研究框架、智能网联汽车技术路线“三横两纵”技术体系为基础，构建中国方案智能网联汽车团体标准体系。这一系列举措为智能网联汽车发展指明了方向，同时也要求汽车电子电气架构能够适应汽车智能化、网联化、共享化及数字化的发展趋势，与时俱进。2.全球智能网联汽车产业发展支持体系全球智能网联汽车产业发展支持体系第 2 章 产业发展概况36未来 5 年是智能网联汽车场景式规模部署及早期商业探索的快速突破期，世界各国力图构建智能网汽车从上路、使用、监管、商贸到生态的完整产业发展支持政策体系，力促既有政策障碍破除及
91、新技术发展基础强化。（1）力推合法上路，以有条件的商业运营寻求产业自我造血的破解之道率先推动智能网联汽车有条件的运营落地，是当前各国力推行业自我造血，支撑新技术迭代可持续演进的首要举措。面向成熟产品的商业应用法规需要一定周期的探索和验证，其他国家主要从解释及修订现有法规，从豁免及有条件商用部署的角度平衡创新发展与安全保障，为近期产业投入与合理运营造血提供支持。例如，美国政府计划进一步简化新技术车辆豁免申请法规、修改调整道路运输条例中有关车辆操作、维修等内容，支持符合条件的智能网联汽车上路运营，并于2021 年向 Nuro 自动驾驶低速配送车辆发放运营许可，允许提供收费服务。我国于 2021 年
92、由工信部发布的智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范（试行）支持示范应用，并探索推动高速公路测试工作；地方也有开启智能网联汽车政策先行区高速公路及城市快速路测试。（2）加快产业落地，支持出行体系重新定义下的关键技术及理论突破自动驾驶系统替代驾驶员实现环境感知、决策控制及人车路交互，需要汽车产业由车辆制造向高精度传感器、智能算法软件、车联网等新技术拓展，叠加智能移动空间出行模式引领的交通服务与管理重构，新技术与新理论突破作为迎接未来交通的基础储备已成为各国共识。技术突破方面，欧盟推出Horizon2020、GEAR2030，重点强化自动驾驶、网联驾驶技术研发支持，开展 C-ITS 系统研究试点；
93、我国出台智能汽车创新发展战略，提出开展复杂系统体系架构、复杂环境感知、车路交互等关键基础技术研发。理论突破方面，美国自动驾驶综合计划提出推进自动驾驶对现有政策体系影响、自动驾驶提升交通运输效能等理论研究。（3）创新安全监管，强化车辆运行状态的实时监测与多源数据要素保障第 2 章 产业发展概况37智能网联汽车实时动态联网是其核心功能体系，涉及车云、车车、车人、车路、车内等五个通信场景，加上公众出行偏好等行为数据将是交通服务潜在盈利点之一，如何防范网络安全漏洞、信息数据泄露、网络攻击等是各国以强化监管促进产业发展的重要关注方向。例如，美国在其系列自动驾驶政策 3.04.0 均将网络安全及隐私保护作
94、为基本原则，并推进自动驾驶数据开放平台建设，向公众展示自动驾驶运行区域、部署规模、运营企业、事故状态等实时数据，初步具备自动驾驶车辆运行监管能力。我国于 2021 年由工信部发布了智能网联汽车生产企业及产品准入管理指南（试行）和关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见，要求加强汽车数据安全、网络安全、软件升级、功能安全和预期功能安全管理。（4）蓄力市场竞争，开展产品流通的标准规范-基础设施-协作机制探索毋庸置疑，当前处于智能网联汽车商业运营前夜，面向未来智能网联汽车全场景运营及成熟商品发展阶段的自由商品流通，各国争先前瞻性布局国际化标准、认证体系等未来汽车产业价值分配制高点。例如，欧盟
95、推出合作式智能交通系统战略，建立完善成员国内部统一的车路协同标准体系，破除贸易壁垒，为未来商品流通做好储备。美国积极参与国际智能网联汽车组织及国际标准制定，推动七国集团自动化和联网驾驶专家组成立，健全未来国外市场转入环境。另外，智能网联汽车技术仍处于探索发展阶段，技术路径、商业模式、潜在影响有待进一步打磨及迭代，各国高度关注政府与行业企业、研究机构、社会公众的协同发力的生态圈共建机制建设，政府引导、支持并监管新技术发展，行业企业、研究机构推动产品突破与理论研究，公众认可并监督新技术应用。3.智能网联汽车产业政策的若干建议智能网联汽车产业政策的若干建议当前世界新一轮科技革命和产业变革如火如荼，应
96、主动推动智能网联汽车产业升级、出行模式重构，积极应对技术路径的不确定性，从战略路线、法规政策、技术研发、配套环境、产业生态等方面，构建智能网联汽车综合性产业政策体系，实现政府上层引导、企业底层自驱、行业协同共建的完整覆盖，推动形成全生命周期各环节齐头并进的行业发展格局。（1）发挥战略路线顶层引领作用立足技术发展阶段性特征、已有基础及自身潜能研判，理念上从赶超转变为领跑，加快第 2 章 产业发展概况38明确智能网联汽车产业发展路线图，包括场景到全域的应用时间表、主流技术方案、产业链空间分布及区域互补策略等部署计划。推进上下协同，鼓励有条件的地区在国家宏观路线的基础上出台地方特色推进路线。（2）有
97、序推进法规政策制定完善面向智能网联汽车合法上路、合规商用、合理执法等近期迫切需求及长期发展需要，一是推动既有相关法规适应性修订或编制智能网联汽车专用法规，建议率先探索智能网联汽车豁免上路机制，支持标准尚未完善但技术稳定成熟的细分场景开展运营收费，同时逐步制定面向全面商用的认证、准入、责任认定等法规。二是建立滚动更新型支持政策，当下技术探索阶段，鼓励并资助在有条件的区域开展试运营，未来随着规模扩大及逐步成熟后，则偏重模式规范及效益奖惩。（3）提升关键核心技术研发能力技术尚未完全成熟、新技术对既有交通体系影响的不确定性是当前制约自动驾驶发展的底层瓶颈，建议提升关键核心技术研发支持力度，通过重点研发
98、计划、重大科技专项、企业税收优惠等措施，对车规级量产零部件、复杂环境智能决策控制算法及平台、自适应敏捷组网理论等技术突破给予资助。（4）加快搭建新型开放配套设施紧扣新基建战略窗口期，充分发挥 5G、卫星互联网、智能交通等细分领域与智能网联汽车的协同共进作用。一是研究制定智慧道路建设规划及保障政策，明确智慧道路功能等级划分、部署计划、建设运营职责及资金资助政策等。二是推进面向全量测试服务的封闭测试场建设，由当前的场景测试及评估，向基于实际运行情况的多功能一体化测试、混行驾驶能力评估、按需响应服务模式等全量测试服务转变，提升测试场评估科学性。（5）提升产业生态协同创新能力鼓励行业企业协同突破、差异
99、化发展。一是支持产业链上下游联合开展技术攻关及应用，推进激光雷达等关键零部件、整车制造、决策控制整体解决方案、车路协同设备、出行服务商等产业链上下游企业强强联合，形成产业链各环节产销高效对接可持续发展格局。二是支第 2 章 产业发展概况39持团体标准突破，鼓励企业、科研机构、高校组建具有国际影响力的联盟平台，优先资助团体标准制定，并支持向行标、国标乃至国际标准迭代，以点带面加快培育行业国际竞争力、抢占关键领域话语权。2.3.2 标准标准1.软件架构标准化组织和软件平台规范软件架构标准化组织和软件平台规范AUTOSAR（Automotive Open System Architecture，汽车
100、开放系统架构），是一家致力于制定汽车电子软件架构标准的联盟，成立于 2003 年，由全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立，致力于建立一个标准化平台，为独立于硬件的分层软件架构制定各种车辆应用接口规范和集成标准，为应用开发提供方法论层面的指导，以减少汽车软件设计的复杂度，提高汽车软件开发的灵活性和效率，以及在不同汽车平台的复用性。AUTOSAR 以 OSEK/VDX 为基础，但涉及的范围更广。截至目前，AUTOSAR 组织已发布 Classic Platform 和 Adaptive Platform 两个平台规范，分别应对安全控制类和自动驾驶的高性能类软件功能。C
101、lassicAUTOSAR 平台基于 OSEK/VDX 标准，定义了安全车控操作系统的技术规范。AUTOSAR 组织为应对自动驾驶技术的发展推出了 Adaptive AUTOSAR 平台，其主要特点是采用面向服务的架构（SOA），服务可根据应用需求动态加载，可通过配置文件动态加载和配置，并可进行单独更新，相对于 ClassicAUTOSAR，可以满足更强大的算力需求，更安全，兼容性好，可进行敏捷开发。Adaptive AUTOSAR 平台是适应新一代电子电气架构下的集中式计算需求而产生的，但只是整车功能中的一小部分，缺乏从整车电子电气系统视角考虑信息安全、功能安全、通信等需求。国内汽车基础软件
102、架构产业及标准化发展整体较晚。2020 年，国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司、华为技术有限公司等 16 家单位联合起草和发布了 智能驾驶功能软件平台设计规范；全国汽车标准化技术委员会研究并发布研究报告车载操作系统总体技术要求（2021 年）、车载操作系统架构研究（2021 年），并且将进行研制国家标准智能网联汽车 车载操作系统技术要求及试验方法；中国汽车工业协会和中国汽车基础软件生态委员会从 2020 年开始研究并于 2022 年 9 月发布了最新版中国汽车基础软件发展白皮书3.0；中国智能网联汽车产业创新联盟于 2022 年 8 月发布了 车载智能计算基础平台 SOA 软第 2 章 产
103、业发展概况40件架构白皮书。2.接口标准化与互操作性接口标准化与互操作性接口标准化主要涉及原子服务接口与硬件抽象接口。其中原子服务是实现一定的数据融合或控制逻辑的功能模块。对于作为服务的最小单位和单一执行实体（如传感器、执行器）进行抽象，通过 API（应用程序编程接口）向上提供单一功能的服务接口，一次开发多次重用，最大化提升开发效率。硬件抽象接口需要为上层提供完备的设备访问能力，而又隐藏硬件实现的细节，从而实现硬件逻辑和应用程序逻辑的分离。上层服务通过规范的接口调用所需的硬件服务，无需了解底层实现，无需关心硬件的初始化、反初始化、故障重启恢复等细节的具体实现形式。国内已有相关组织逐步开展设备抽
104、象和原子服务接口的标准化研究工作。中国汽车工业协会 SDV 工作组 2021 年起陆续发布软件定义汽车原子服务接口参考规范系列规范，原子服务 API 覆盖车身域、运动控制域、热管理、能量管理，以及设备抽象 API 覆盖车身域、热管理、动力域、底盘域。中国汽车工程学会在研团体标准包括车控操作系统功能软件架构及接口要求、智能网联汽车设备抽象与感知服务接口规范等。3.车载总线标准化组织和标准（车载总线标准化组织和标准（1）国际标准组织）国际标准组织LINLIN 是由摩托罗拉与奥迪等知名企业联手推出的一种新型低成本开放式串行通讯协议，主要用于车内分布式电控系统，尤其是面向智能传感器或执行器的数字化通讯
105、场合。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。LIN 联盟成立于 1999 年，最初的成员有奥迪、宝马、克莱斯勒、摩托罗拉、博世、大众和沃尔沃等，最新发布了 LIN V2.2 版。CANCAN 协议已经由 ISO 标准化，有 2 个版本，如 ISO11898 和 ISO11519-2，它们之间在数据链路层没什么不同，但是在物理层有些区别。ISO11898 标准用于高速 CAN 通讯。最初数据链路层和物理层都在标准 ISO11898 中规定，后来被拆分为 ISO11898-1（仅涉及数据链路第 2 章 产业发展概况41层）和 ISO11898-2（仅涉及物理层）。ISO11519 标准用于
106、低速（最高 125kbps）CAN 通讯。除了 ISO，工业标准组织如汽车工程师协会（SAE，Society ofAutomotive Engineers）也进行了 CAN 的标准化。同时一些私立研究机构和公司也进行了 CAN 的标准化，比如博世 1991年发布了 CAN2.0 技术规范。为促进 CAN 以及 CAN 协议的发展，1992 在欧洲成立了国际用户和厂商协会 CiA（CANin Automation），协作开发和支持各类 CAN 高层协议。CAN 接口已经被公认为微控制器（Microcontroller）的标准串行接口，应用在各种分布式内嵌系统。目前 CiA 协会积极将 CANFD
107、 带入中国。MOST 是一种专门针对车内使用而开发的、服务于多媒体应用的标准的高速数据传送系统，是汽车行业合作的成果，而不是正式的标准。90 年代中期，由宝马公司、戴姆勒克莱斯勒（DaimlerChrysler）公司、Harman/Becker 公司（音响系统制造商）和 Oasis Silicon Systems公司联合推出。车载以太网车载以太网在车载以太网的标准化方面，以下四个标准化组织或联盟起到了主要的推动作用，分别为 IEEE 802.3 和 IEEE 802.1 工 作 组、AUTOSAR 联 盟、OPEN 联盟以及 AVnu 联盟。IEEE 即电气和电子工程师协会，对车载以太网的物理
108、层和上层通信协议进行标准化。其中 IEEE 802.3 主要负责定义传输物理层的标准，车载以太网技术是在 IEEE 802.3 基础上开发研制的，因此 IEEE 是目前最为重要的车载以太网国际标准化机构。IEEE 802.1 则主要负责定义数据链路层中的标准。为了满足车内的要求，涉及到 IEEE 802.3 和 802.1 两个工作组内的多个新规范的制定和原有规范的修订，包括 PHY 规范、AVB 规范、单线对数据线供电等。另外，AVB 中有关 AV 的传输、定时同步等规范还需 IEEE 的其他技术委员会的标准化，如 IEEE1722、IEEE 1588 等。OPEN 联盟（Open Alli
109、ance）于 2011 年 11 月由博通（Broadcom）、恩智浦（NXP）、宝马（BMW）等发起成立的开放产业联盟，通过推进 BroadR-Reach 单对非屏蔽双绞线以太网传输技术的标准化和车载以太网标准的完善逐步实现车载以太网技术标准的开放系统的创建。AUTOSAR 是由汽车制造商、供应商以及工具开发商发起的联盟，旨在制定一个开放的、第 2 章 产业发展概况42标准化的车用软件架构。AUTOSAR 的规范包括车用 TCP/UDP/IP 协议栈。AUTOSAR 联盟的标准化工作从 AUTO-SAR 4.0 版本开始包含车载以太网相关内容，主要为 DoIP（通过互联网协议进行诊断通讯）协
110、议，新版本中已经支持车载 Ethernet AVB 以及 SOME/IP 协议。AVnu 联盟是由博通联合思科、哈曼和英特尔等成立，关注车载以太网上层协议，致力于推广 IEEE 802.1 的 AVB 标准和时间同步网络（TSN）标准，创建了一个可互操作的生态系统的社区，建立认证体系，并解决诸如精确定时、实时同步、带宽预留以及流量整形等重要的技术和性能问题。目前，AVnu 已发布其车载以太网 AVB 的认证测试规范，并已认证了多个型号的产品。新一代网络技术时间敏感网络（TSN）是一项从音视频领域延伸至工业、汽车、移动通信领域的技术。目前，IEEE 等组织均在制定基于 TSN 的车载以太网、工业
111、互联网等的网络互操作性标准与规范，其发展演进详见下图 2-13。图 2-13 TSN 标准发展概况TSN 为以太网协议的 MAC（MediaAccess Control，介质访问控制）层提供一套通用的时间敏感机制，在确保以太网数据通讯的时间确定性的同时，为不同协议网络之间的互操作提供了可能性。如图 2-14 所示，已经发布的 TSN 系列规范大致分为四个部分：时间同步、调度延时、可靠性、资源管理。第 2 章 产业发展概况43图 2-14 TSN 标准主要内容（2）国内标准化组织）国内标准化组织TSNSAC/TC 28：全国信息技术标准化技术委员会数据通讯分技术委员会（SAC/TC 28/SC
112、6）正在制定 2 项 TSN 的国家标准，一是信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 桥接和桥接网络（计划号：20190835-T-469），该标准修改采用 ISO/IEC/IEEE8802-1Q:2016 国际标准。二是 信息技术 系统间的远程通信和信息交换 局域网和城域网 桥接局域网用时间敏感应用的定时和同步（计划号：20194195-T-469），该标准修改采用ISO/IEC/IEEE 8802-1AS:2014 国际标准。两项标准规定了 TSN 的关键技术和主要的协议机制。SAC/TC 124：全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会也在研究 TSN 在工业领域应用。正
113、在制定基于时间敏感技术的宽带工业总线规范 AUTBUS（计划号：20194001-T-604）。CCSA：中国通信标准化协会（CCSA）也在进行确定性网络的标准化研究工作，研制 超高精度时间同步接口要求（计划号：2019-1248T-YD）、增强型同步设备时钟技术要求（计划号：2019-1250T-YD）、路由域通用 YANG 数据模型技术要求（计划号：2019-1276T-Y）相关通信行业标准。无线短距通信无线短距通信在成本控制、汽车轻量化以及灵活部署等方面的诉求驱动下部分有线功能展现出无线化趋势。星闪联盟（SparkLink Alliance）2020 年 9 月成立，目标是推动新一代无线
114、短距通信技第 2 章 产业发展概况44术 SparkLink 的创新和产业生态，承载智能汽车、智能家居、智能终端和智能制造等快速发展的新场景应用，满足极致性能需求。为了满足产业发展需求，星闪联盟识别包含智能网联汽车领域在内的应用场景及需求，于 2022 年 11 月发布星闪 1.0 标准。星闪标准体系主要由星闪接入层规范、基础服务层规范、基础应用层规范及其配套的支撑性规范构成。4.功能安全功能安全/预期功能安全标准预期功能安全标准为了完全满足自动驾驶车辆的安全保障需求，全球汽车工业领域亟需建立全新的自动驾驶安全评判准则体系，以指导正向设计开发和测试评价工作。国际标准化组织 ISO 下设的功能安
115、全工作组（ISO/TC22/SC32/WG8）于 2016 年 2 月启动了预期功能安全 ISO 21448 的制定工作。经 WG8 功能安全工作组组内起草、协商一致，于 2019 年 1 月，以 PAS（可公开提供规范）形式发布了 ISO/PAS 21448。ISO 于 2022 年 6 月正式发布ISO 21448 道路车辆预期功能安全：2022（Road Vehicles-Safety Of The Intended Functionality，简称 SOTIF）。为加快推动功能安全和预期功能安全（SOTIF）技术和标准在国内应用和实施，全国汽车标准化技术委员会汽车电子与电磁兼容分技术委
116、员会（SAC/TC114/SC29）下设的道路车辆功能安全标准研究制定工作组，制定了“中国功能安全（Functional Safety）和预期功能安全（SOTIF）技术和标准研究中长期规划（2020-2025）”、“中国功能安全（Functional Safety）和预期功能安全（SOTIF）技术及标准体系”；道路车辆功能安全标准研究制定工作组ISO/TC22/SC32/WG8 中国专家组发布了预期功能安全国际标准 ISO21448 及中国实践-白皮书。5.信息安全标准法规信息安全标准法规ISO/SAE 21434 规定了有关道路车辆电子电气系统（包括其组件和接口）的概念、开发、生产、经营、维
117、护和停用阶段的网络安全风险管理要求。SAE J3061 将分为三个部分，第一部分将定义 AcSIL 和 TARA 分析方法；第二部分侧重于供应商硬件和软件安全测试方法的概述；第三部分侧重于使用测试工具的概述。SAE J3061 还致力于指导硬件信息安全以及如何保护 OBDII（The Second On-Board Diagnostics，汽车诊断第二代系统）接口。国际电信联盟 ITU 致力于智能交通系统的安全问题,重点考虑 V2X 通信，也考虑了车载系统信息安全问题。第 2 章 产业发展概况45联合国经济及社会理事会欧洲经济委员会中内陆运输委员会道路交通分委会下属的车辆结构工作组（WP.29
118、）起草了车辆网络安全和远程软件升级法规。针对信息安全的要求主要分为两大方面，即信息安全管理体系认证（Cyber Security Management System，以下简称“CSMS 认证”）和车辆型式审批。CSMS 认证主要审查整车企业是否在汽车的全生命周期中制定了信息安全相关的流程，以确保汽车全生命周期中都有对应的流程措施。各流程实施于开发、生产、量产运维各个阶段，保证信息安全设计、实施及响应均有流程体系指导；车辆型式审批则是针对 整车企业信息安全开发中具体的工作项进行审查，旨在保证实施于车辆的信息安全防护技术在进行审查认证时足够完备。美国在 AV1.04.0 基础上发布自动驾驶综合计划
119、，明确智能网联汽车发展愿景及目标；强调安全第一，通过豁免机制鼓励智能网联汽车设计创新；各州加速智能网联汽车立法，推动道路测试、示范应用及商业化探索。欧盟通过法律法规修订、编制最佳实践等方式，强化数据安全管理与数据应用，欧洲各国加速完善法律法规环境，支撑 L3、L4 级智能网联汽车的商业化应用。AUTOSAR 标准定义了车辆软件网络安全标准，包含三个主要安全机制，加密服务管理（CSM）、加密抽象层（CAL）和车载安全通信（SecOC）。Adaptive AUTOSAR 提供了多种加密操作的唯一标准接口，并将加密服务程序进行分组，每组实现特定的加密功能。加密服务程序包括：加密服务程序、密钥存储程序
120、、X.509 证书管理程。国内汽车信息安全标准研制情况如下。2021 年国家市场监督管理总局发布了四项汽车信息安全国家标准，GB/T 40861-2021汽车信息安全通用技术要求、GB/T 40856-2021车载信息交互系统信息安全技术要求及试验方法、GB/T 40857-2021汽车网关信息安全技术要求及试验方法、GB/T 40855-2021电动汽车远程服务与管理系统信息安全技术要求及试验方法规定了汽车及远程服务与管理、信息交互系统、网关产品等方面的信息安全要求及试验方法。2022 年 3 月工业和信息化部印发车联网网络安全和数据安全标准体系建设指南，提出到 2023 年底，初步构建起车
121、联网网络安全和数据安全标准体系。重点研究基础共性、终端与设施网络安全、网联通信安全、数据安全、应用服务安全、安全保障与支撑等标准，完成50 项以上急需标准的研制。第 2 章 产业发展概况462.4 产业技术发展趋势产业技术发展趋势2.4.1 电子电气架构演进电子电气架构演进传统汽车采用的分布式 EEA 因计算能力不足、通讯带宽不足、不便于软件升级等瓶颈，无法满足现阶段汽车发展的需求，EEA 升级将助力智能汽车实现跨越式革新。博世提出了众所周知的电子电气架构技术路线图，并描绘了未来电子架构的主要特征及可能的实现时间点。其中的两个重要标志性节点依然值得强调，即 DCU（域控制器）或 HPC（高性能
122、计算机）平台的出现，以及统一的基础软件平台的出现，标志着 EEA 的本质进化。（1）在基于域控的集中式架构之下，各个功能部件均成为独立的域，在每个域之下有相应的控制功能集合。域与域之间可以做到安全隔离，也可以根据需求进行通信和互操作，形成类似以太网总线上的计算机局域网，变成了松散耦合的架构。各域控制器完成各自的的数据处理，并在域本地完成决策，只通过中央网关与其它域控制器交换所需数据。其中，与自动驾驶相关的传感数据由自动驾驶域控制器处理后进行决策。（2）跨域融合架构：为进一步提升性能，满足协同执行又减少成本，跨域融合集中化方案应运而生，即将两个或者多个集成型域控制器合并为一个域控制器。比如动力域
123、和底盘域的合并、车身域与智能座舱域的合并，座舱域和自动驾驶域再集成至同一控制器硬件，达到部分程度的中央域控。该架构示意图如下图 2-15 所示：第 2 章 产业发展概况47图 2-15 域集中式电子电气架构（3）在未来，随着高级别自动驾驶的规模化应用，汽车电子及软件功能大幅增长，架构形式将向基于中央计算平台的整车集中式电子电气架构演进：各采集、执行节点将原始数据通过网关传输到中央控制器处理，所有数据的处理与决策制定都在这里完成。其中，与自动驾驶相关的传感数据也将由中央控制器处理后进行决策。该架构示意图 2-16 如下所示：图 2-16 整车中央集中式电子电气架构（4）最终电子电气架构将向车路云
124、协同架构发展。车路云协同架构是利用新一代信息与通信技术，将车、路、云的物理层、信息层、应用层连为一体，进行融合感知、决策与控制，可实现车辆行驶和交通运行安全、效率等性能综合提升的一种信息物理系统。目前，少部分整车企业的 EEA 已经处于跨域融合阶段向整车中央集中化阶段转型过程。但大多数车企的 EEA 的发展现在正处于由域控集中阶段向域融合阶段转型的过程中，其显著特征是：第一，DCU 的出现使 ECU 标准化且数量大幅减少，并直接带来“降本”和“增效”。第二，智能传感器/执行器数量增加；传统功能导向的 ECU+传感器集成方案中的算力会被剥离并集中到 DCU 里，同时传感器本身也需具备基础算力，以
125、便与 DCU 沟通。第三，软件开始独立于硬件，但并未完全分离。一些独立的功能仍然依靠 ECU 实现，但抽象层（AbstractionLayer）的出现是未来实现软硬件完全分离以及域融合的重要基础。第四，中央网关与各个域之间可通过以太网通讯。第 2 章 产业发展概况48而整车中央集中化阶段和跨域融合阶段的本质不同是：一，软硬件完全分离，且所有的ECU/DCU 共享同一套基础软件平台。二，相互独立的功能应用搭载在一套高算力的车载计算机（HPC）上，且它的算力远超阶段二的 DCU。三，基础软件平台+功能独立+HPC 将带来规模化，即一套架构可以承载任何形式、数量的功能及服务。目前 EEA 的演进主要
126、集中在上述三个阶段之间，但并未存在明显的分界点。因此，基于对这套路线的基本共识，车企与全球领先供应商根据自身技术规划、车型平台和内部能力等制定适合自己的方案，以至于目前几乎没有两家车企在架构上完全相同。其中，特斯拉已经处于域融合阶段向整车中央集中化阶段过渡，而传统车企大多仍处于域融合阶段甚至域控集中阶段。传统车企在统一战线应对特斯拉带来的冲击时，也形成了各具特色的 EEA。目前，行业内没有统一的架构设置标准，却有相似的划分原则。由于采用渐进式改革，大部分传统车企（尤其是豪华品牌）短期内会定义出 3-5 个域，包括整车控制（底盘与动力总成）、ADAS（高级驾驶辅助系统）/自动驾驶与安全、信息娱乐
127、（IVI）、车身和互联互通；其中，ADAS与 IVI 会通过以太网与中央网关相连接，以保证数据传输的低延迟与大流量。不管是特斯拉还是传统车企，领先者都不会局限于跨域融合阶段的 DCU 架构，因为它只能带来短期的降本与功能创新，若要实现长期效益，就必须实现新架构平台的规模化，从软件入手。EEA 由分布式 ECU 向域集中/整车中央集中架构方向发展主要好处在于：第一、算力利用率更高，汽车在实际运行过程中，大部分时间仅部分芯片执行计算工作，而且未满负荷，导致分散的各个独立功能的 ECU 运算处理能力处于闲置中，采用计算集中域控制器架构方式，可以在综合情况下，最大化利用处理器算力，不造成浪费。第二、统
128、一交互，实现整车功能协同，传统分布式 ECU 在执行器、传感器、控制器、软件算法等方面都是紧耦合设计，造成跨部件跨 ECU 级特性设计和开发效率低、升级困难等问题；新一代架构实现软硬件解耦，减少 ECU 数量，实现真正意义上的整车级特性开发，提高更新迭代速度和缩短产品上市时间，并大幅度降低汽车开发和升级改款成本。第三、缩短整车线束长度和重量，降低故障率，传统分布式 ECU 造成线束错综复杂和长度不可控，以及导致电磁干扰，故障率提升；新一代架构实现执行器、传感器等部件区域接入，缩短线束长度从而降低整车重量。第 2 章 产业发展概况492.4.2 整车计算平台形态演进整车计算平台形态演进整车计算平
129、台主要分为三个部分，自动驾驶集成平台（ADIP，Automated DrivingIntegration Platform）、车控集成平台（VIP，Vehicle Integration Platform）以及座舱集成平台（CIP，Cockpit Integration Platform）。VIP 的主要功能范围是集成动力控制、车身控制、网关功能以及区域控制器控制和管理；ADIP 的主要功能范围是高阶自动驾驶、驾驶辅助以及车辆运动控制；CIP 的主要功能范围是娱乐以及网联的功能集。同时它们之间都有功能交集，正是因为这些功能交集的存在，整车计算平台的形态也会存在多种，如下图 2-17。图 2-1
130、7 整车计算平台功能交集（博世）（1）针对 SAE Level 2+应用场景，如下图 2-18 所示有三种模式：图 2-18 整车计算平台三种模式（SAE Level 2+）PatternA:三个集成平台之间相对独立，适合于 L2+应用；Pattern B1:CIP 集成了 L2+的驾驶辅助功能；Pattern B2:VIP 集成了 L2+的驾驶辅助功能；Pattern C:xIP（Cross-domain Integration Platform，跨域集成平台）集成了所有，通常 ADIP和 CIP 整合在一起也属于这个范畴；第 2 章 产业发展概况50Pattern B2 方案，目前的解决方
131、案主要还是外扩一个单独的算力芯片进行驾驶辅助的感知等处理。Pattern B1 方案，目前以及下一代的座舱芯片已有足够的算力去直接集成驾驶辅助的功能，无需单独的硬件芯片，一些整车企业已经把集成泊车功能作为第一步，进一步集成 L2+的行车功能。VIP 功能主要用来实现动力控制、网关以及车身等基础功能，对于实时性有很高的要求。驾驶辅助功能是以数据驱动的开发方式，持续频繁地进行软件迭代。把 VIP 和辅助驾驶功能糅合在一起，复杂程度会很大，并且在成本效率上也没有明显优势。因此 Pattern B1 方案会优于 Pattern B2 方案。总体而言，Pattern A 目前仍然会是实现 L2+的主要架
132、构形式，单独的 ADIP 允许接入更多的传感器，可以实现更多的功能场景；针对 L2+的应用，Pattern B1 会优于 Pattern B2；长期发展方向会向着 Pattern C 去演变。（2）针对 SAE Level 3 应用场景，如下图 2-19 所示有三种模式：图 2-19 整车计算平台三种模式（SAE Level 3）针对L3 应用，自动驾驶的冗余是必要的：PatternA：ADIP 内部或外部冗余Pattern B1:ADIP 和 CIP 组成冗余Pattern B2:ADIP 和 VIP 组成冗余第 2 章 产业发展概况51Pattern C:xIP 内部实现冗余总体而言，针对
133、 L3 或以上的应用，Pattern A 优于 Pattern B1，Pattern B1 优于 Pattern B2；长期发展方向会向着 Pattern C 去演变。2.4.3 构建构建 SOA（面向服务架构）（面向服务架构）1.SOA（面向服务架构）（面向服务架构）面向服务的架构 SOA（Service-Oriented Architecture）是一种软件架构设计的理念和方法论，也是 IT 行业企业软件的一种主流架构风格，是一个架构组件模型，将软件组件（称为服务）通过定义良好的标准接口和服务契约联系起来。SOA 架构需从传统电子电气架构的“面向信号”转变为“面向服务”，将功能独立出来。其
134、核心内涵即从本质上通过复用、松耦合、互操作等机制来提高软件质量、加快软件研发效率、使研发出来的产品能够交互并灵活适应业务变化。目标是如何最大限度地减少应用（或业务）变化对已部署或正在运行的软件系统带来最小的冲击，以满足长期治理的需求，实现服务架构随应用变化可持续性演化。2.软件的工业化生产软件的工业化生产3面对车载软件庞大且仍在增加的软件代码量，汽车行业开始借鉴 ICT（信息通信技术）行业的“软件工厂”理念。比如戴姆勒旗下的全资软件开发公司 MBition 正在打造软件工厂，根据开发项目需求，通过对软件组件的标准化、结构化运用，实现快速开发。正如传统制造业在上世纪初引入福特式流水线生产那样，软
135、件开发也正在从“定制化手工制作”向“自动化产线制造”转变。软件工厂需为开发者提供可行的软件框架、配套的开发指令、预设的程序模板、可复用的代码以及伴随开发进程可以连续测试的环境。在此基础上，当软件工厂收到一项开发需求时，开发者能够根据工厂现有能力拆解需求模块，并将其分配至各个“产品线”，每个产品线再根据新需求识别可以复用和需要新开发的部分，判断开发工作所需资源，最后部署开发、3罗兰贝格.报告解读|汽车电子革命系列白皮书 第一期：四大核心技术趋势，微信公众号:罗兰贝格管理咨询，2020,12,10第 2 章 产业发展概况52测试工具并完成任务。相比于传统的“手工”开发模式，软件工厂可以提升软件产品
136、的一致性、品质和开发效率，提前识别开发工作量，前置风险，使整个开发和部署流程更可预测，大大提升了车企对软件工作的资源配置和进程管控能力。3.软件与服务成为差异化的关键软件与服务成为差异化的关键汽车电子电气架构的变革使得汽车硬件体系趋于集中化，软件体系的差异化成为汽车价值差异化的关键。科技公司进入汽车行业推动了供应链生态体系的变化，汽车产业链逐渐从整车企业、一级、二级供应商的线性关系演变为更加复杂的整车企业、供应商和科技公司均参与的汽车新生态体系，以及整个产业覆盖汽车全生命周期的网状关系。商业模式上也从出售汽车硬件发展为出售硬件与后续服务的转变。研发流程也从软硬件集成开发转变为软硬件解耦的独立开
137、发。新的整车电子电气架构构成了未来智能网联汽车的核心，软件和服务能力将成为未来汽车产业里最为重要的竞争力。4.标准化的软件架构将逐步建立标准化的软件架构将逐步建立汽车软件架构走向分层化、模块化，使得应用层功能够在不同车型、硬件平台、操作系统上复用，并且可以通过标准化接口对应用功能进行快速迭代升级。未来随着智能网联汽车的应用场景越来越丰富和逐渐固化，在面向服务设计思想下，在容器化和虚拟化技术的支持下，汽车硬件设备趋向于具备通用性、算例化和标准化特性。系统软件和功能软件将是汽车行业技术研发和应用的重点。整车企业将更多聚焦在产品定义、应用算法开发及系统集成匹配等方面，而底层共性的基础软件架构等可由专
138、业的供应商提供。5.汽车产业格局将被重塑汽车产业格局将被重塑在软件定义汽车时代，整车企业为了掌握主导权并降低高昂的研发成本，往往会选择直接与具备较强的独立算法研发能力的软件供应商合作，因此这些软件供应商一跃成为了 Tier1厂商。未来，软件供应商的盈利模式有望发生转变，基础平台开发以许可费的形式收费，功能模块以版权费的形式收费及定制化的二次开发费用等。“硬件预埋，软件升级”成为当下车企的主流策略，至 2025 年将成为 L3 及更高级别自动驾驶发展的关键节点，具有领先软件和算法能力的车企、软件供应商有望获得重要发展机遇。从长期来看，SOA 将重构汽车生态，汽车行业或将复制 PC 和智能手机的软
139、件分工模式。第 2 章 产业发展概况53车企可通过自建或与供应商合作搭建操作系统和 SOA 平台，引入大量算法供应商和合作伙伴等形成开发者生态圈，汽车行业上下游参与者各自的角色与定位将发生根本性变化。2.4.4 通信架构升级通信架构升级随着新一代架构的发展和自动驾驶的应用，车载网络技术的发展趋势为高带宽、低延时、高可靠、车云协同（如图 2-20 所示）。汽车网络通信系统朝向多网络、高带宽、低延时、多冗余、高可靠等方向发展，同时打破核心技术垄断，提升自主化率，逐步实现引领超越。图 2-20 车载网络技术趋势预计至 2025 年，CANFD-XL、10Base-T1S、2.5G+Base-T1 等
140、车载总线技术将趋于成熟，逐渐量产应用。预计至 2025 年，随着中央计算+区域控制器的架构逐渐实施，将逐渐发展为以 1G+车载以太网为骨干网的网络架构，结合 AVB/TSN、SOME/IP、DDS 等传输协议，解决低时延、高带宽、高同步、高冗余应用场景传输需求。通信技术正在快速演进中，从 CAN 到 CANFD 到 CAN XL,从 100M 以太网到 1G 以太网到 2.5G 以太网，甚至 10G 以太网的技术。自动驾驶需要以更快速度采集并处理更多数据，传统汽车总线无法满足低延时、高吞吐量要求。因此，集带宽更宽、低延时等诸多优点的以太网有望成为未来车载网络骨干。2015 年首个车载以太网规范
141、 100Base-T1 发布，仅需要一对双绞线进行传输，可以减少 70-80%的连接第 2 章 产业发展概况54器成本，减少 30%以上的重量，并且能够有效的满足车内 EMC（电磁兼容性）电磁干扰的要求。随着 1000BASE-T1 以及更高带宽 NGBase-T1 以太网标准的不断推出，以太网有望成为未来智能汽车时代的车载主干网络。不过为了不使零部件成本和线缆重量急剧增加，并且尽可能降低技术升级带来的安全风险，各域内依然保持 CAN/CAN FD 的连接架构。2.4.5 功能安全、网络安全升级功能安全、网络安全升级随着汽车智能化程度的不断提高，面对车内外通信的复杂环境和未知情况，必须提高安全
142、策略级别以应对复杂多变的外部环境。汽车架构的初期设计中需充分考虑安全保障，并在在整个产品使用生命周期内确保安全性。根据新一代电子电气架构的正向开发方式，利用用户思维、软件思维和硬件思维从整车、系统和部件的角度开展从上到下的架构设计，将安全体系融入其中，并在汽车的整个生命周期内对安全保障进行维护。汽车的智能化使得监管和法规将机器人安全总则三法则延伸到汽车产业上。所以最近这十年来，汽车安全的监管和法规呈现三个趋势：（1）从结果安全逐步向架构、设计、开发、构建、集成与测试、生产制造等全过程安全可控扩展；（2）从功能安全向网络、数据、隐私等安全与合规扩展；汽车数字体验需要不断地获取数据和服务，而且功能
143、要始终保持更新，因此必须从一开始就在系统开发中考虑数据安全；（3）从整车安全向每个部件安全扩展。2.4.6 计算芯片短期分化与长期融合计算芯片短期分化与长期融合41.自动驾驶高性能芯片的定制化自动驾驶高性能芯片的定制化由于自动驾驶算法仍具有高度不确定性，芯片方案需兼顾目前 AI 算法的算力要求和灵活性，GPU（图形处理器）+FPGA（现场可编程逻辑门阵列）的组合受到大多数玩家的青睐。当自动驾驶技术路线相对成熟且进入大规模商用的阶段后，GPU 也难以胜任对更多空间信息的整合处理，需要定制的专用集成电路 ASIC（特定用途集成电路）。ASIC 芯片可在相对低水平的能耗下，提升车载信息的数据处理速度
144、，虽然研发和首次“开模”成本高，但量产成本4罗兰贝格.报告解读|汽车电子革命系列白皮书 第一期：四大核心技术趋势，微信公众号:罗兰贝格管理咨询，2020,12,10第 2 章 产业发展概况55低，是算法成熟后理想的规模化解决方案。然而，鱼和熊掌不可兼得，低功耗、大算力、可编程灵活性（以应对算法的快速升级）在短期内是无法完美兼顾的。多核 SoC 将成为未来智能座舱主控芯片的主流。丰富生态的中控大屏系统、“一芯多屏”系统、AR-HUD 等多屏场景需求需要多核 SoC 进行支持。多核 SoC 芯片技术解决方案发展呈现多样化，如车机主控芯片+MCU 兼顾安全的方案以及集成式的座舱域控制器方案。2.芯片
145、的长期兼容与融合芯片的长期兼容与融合远期来看，负责不同域的芯片架构将呈现兼容与融合趋势。如前文所述，短期内自动驾驶高性能芯片和座舱主控芯片分别演进。究其原因，座舱应用场景和芯片性能要求已相对明晰，并且消费电子级芯片可满足座舱现有场景需求，消费电子芯片可以利用规模优势实现低成本商业化开发；相反，自动驾驶技术路线尚不成熟，其人工智能算法所要求的芯片性能远高于目前消费电子芯片的能力，因而在自身技术路线选择下进行高成本、小规模开发应用。据罗兰贝格预测，2030 年以后，随着自动驾驶技术路线的逐渐成熟，高性能芯片进入标准化、规模化生产阶段，其与座舱主控芯片进一步向中央计算芯片融合，从而通过集成进一步提升
146、运算效率并降低成本，但由于自动驾驶和座舱安全要求不同，满足安全要求将成为融合的前提。2.5 问题和挑战问题和挑战1.基础软件平台规范、接口不统一，服务化架构刚起步。基础软件平台规范、接口不统一，服务化架构刚起步。（1）平台规范层面：对于车载基础软件来说，如何满足整车电子电气架构变化的需求，是值得深入探讨的关键问题。一方面，基础软件平台需要统一标准并兼容不同整车企业的应用，另一方面，基础软件平台安全性需要重点加以考虑，并给出系统性解决方案。无论是域集中式架构还是基于中央计算平台的架构，整车功能设计，控制逻辑都离不开高性能计算单元。高性能计算单元的引入增加了基础软件平台的复杂度，整车功能设计如何把
147、握和驾驭这种复杂度成为首要问题。同时，基于 SOA 的整车设计和功能服务化理念也对基础软件平台产生了重要影响，如何满足新的设计和功能，实现未来需求也是亟待解决的问第 2 章 产业发展概况56题。电子电气架构基础软件平台技术和测试要求的标准化和规范参考有助于形成软件定义汽车的行业共识，降低整车企业、零部件供应商等之间的沟通成本，实现应用软件复用，提高开发效率。不过国内汽车基础软件平台产业及标准化及产业发展刚起步，各行业组织或企业切入方式和领域不同，有待形成进一步的共识。于此同时，基础软件平台的安全性也应从整车电子电气架构视角考虑信息安全、功能安全、通信安全等。（2）接口层面：接口标准化主要是为智
148、能驾驶、智能交互等应用提供标准化的运行环境和服务，满足不同硬件外设可扩展、即插即用以及功能/应用软件包可升级、可复用，高效实现和互操作，实现软硬件分层解耦，满足跨平台、跨车型、可扩展等要求。当前汽车传感器、执行器等设备的物理接口、电气接口和通信接口还未实现标准化。以执行器为例，执行器的物理接口受限于供应商及整车企业的布置以及产品延续性等因素，其标准化进程较为艰难，目前只局限于单个供应商内部的标准化或是单个整车企业内部的标准化。执行器的电气接口当前多数为硬线驱动，由于执行器的驱动方式不同，导致其硬线的电气接口也不尽相同；但这些年已慢慢向 CAN 或 LIN 接口的智能执行器方向发展，节省大量的硬
149、线线束与 ECU 硬线接口，省去了接口电路的匹配工作，诊断与刷写程序更加便捷，状态监测以及故障诊断信息更加丰富，为 ECU 电气接口的通用化、标准化提供了保障；而执行器的通信接口标准化目前还局限于单个供应商内部或是单个整车企业内部，待电气接口标准化后逐步完备。此外，在远程服务和车云通信方面，除了 GB/T 32960电动汽车远程服务与管理系统技术规范规定了电动汽车远程服务与管理系统中协议结构、通信连接、数据包结构与定义、数据单元格式与定义，其他智能驾驶车辆功能的车云交互数据种类、格式、协议以及信号各类属性的标准化工作暂未有统一性的成果发布。智能网联和智能驾驶技术正在日新月异的进化中，各汽车企业
150、开发和应用电子电气架构的技术路线各异，架构服务化程度各异，设备抽象和原子服务数据结构标准化对实现软件定义汽车有着显著价值，同时接口标准化工作刚刚起步也面临着极大的挑战。第 2 章 产业发展概况572.自主开发操作系统内核和虚拟化软件的挑战。自主开发操作系统内核和虚拟化软件的挑战。随着汽车电子电气架构的发展，分布式架构向集中式架构过渡，这需要域控制器在软件层面利用虚拟化技术在一个处理器上集成多个操作系统与应用系统。虚拟化软件层作为支持多个操作系统内核和应用系统同时运行的基础模块，其安全性、隔离性和时延小成为系统的关键要素。操作系统内核和虚拟化软件是底层操作系统最为核心的基础模块，同时也是保护系统
151、安全的核心组件。智能网联汽车的特殊属性，要求操作系统内核和虚拟化软件应该满足高实时、高安全、高性能和高可靠性。在功能安全和信息安全方面面临着极其严苛的考验。3.工具链层面缺乏从电子电气架构概念设计到产品系列开发的全过程的协同开发平台。工具链层面缺乏从电子电气架构概念设计到产品系列开发的全过程的协同开发平台。针对汽车电子电气系统复杂的开发过程，比如急剧增加的车型功能特性及复杂度、不同技术职能部门相关人员参与与设计交互、不同车型的特性配置管理与方案评估等，电子电气系统设计工具需提供给用户一个完整的协同开发平台，支持从电子电气架构概念设计到产品系列开发的全过程。当前工具链多为国外企业提供，车规级芯片
152、工具链平台，包括操作系统、集成开发环境（IDE）、编译器、调试与烧录工具、开发评估套件、底层驱动库、USB 协议栈、TK 产品应用开发包、无线产品应用开发包，以及和实时操作系统供应商合作开发的嵌入式操作系统板级支持包。但在面向新一代 EEA 的服务化设计方面，缺少成熟工具链支撑，特别是需要支持团队协作甚至是跨地域的协作模式的服务设计平台，目前国内外较为缺乏。4.智能网联化对汽车通信技术提出了大带宽和高实时性的要求。智能网联化对汽车通信技术提出了大带宽和高实时性的要求。通信协议栈是汽车电子电气架构的重要组成部分，基于 CAN 总线的信号传输已经无法满足全部需求，而新型总线的各类传输协议标准（如：
153、TSN）还在不断完善，上层应用协议的应用生态还没有构建完成，各整车企业在 SOME/IP、DDS、PCIE 的协议应用仍处于论证阶段。TSN 国际、国内标准中与车载相关的技术标准尚不全面，并且支持 TSN 技术的芯片没有达到车规级应用。SOME/IP 通信设计开发需实现基于服务的信号设计开发，即在功能信号中提取“服务”，然后进行打包传输，开发难度高。第 2 章 产业发展概况585.中央计算硬件平台芯片和设计方案尚不成熟中央计算硬件平台芯片和设计方案尚不成熟中央集中式电子电气架构下的中央计算硬件平台目前尚无成熟的芯片和硬件设计方案，需要整车与芯片供应商和硬件平台供应商进行同步验证开发。同时，中央
154、计算平台对软件开发能力要求也很高，需协同基础软件、应用软件、软件集成等资源共同实现软件设计工作。第 3 章关键技术体系59第 3 章 关键技术体系第 3 章 关键技术体系本章围绕新型电子电气架构概述并重点介绍软件架构、硬件架构、通信架构、车路云协同技术中的关键技术，以及纵贯电子电气架构的安全体系相关流程和关键技术。3.1 软件架构关键技术软件架构关键技术表 3-1 软件架构关键技术导读3.1 软件架构关键技术3.1.1 整体软件架构SOA 设计思想，架构组成：系统软件、功能软件、应用软件、云平台，设计安全要求，分层解耦等3.1.2 系统软件3.1.2.1 虚拟化管理与板级支持包3.1.2.2
155、内核3.1.2.3 中间件3.1.3 功能软件3.1.3.1 关键技术数据抽象，通用框架，通用模型，安全域基础应用，管理平面，API3.1.3.2 技术应用现状及前景展望3.1.4 软件远程升级3.1.4.1 关键技术分布式部署，可靠性设计，差分升级，无感升级，OTA 通信协议3.1.4.2 技术应用现状及前景展望3.1.1 整体软件架构整体软件架构5汽车电子电气架构正在由传统的分布式架构向域集中式和中央集中式演进，并继续演进至车路云一体化协同。智能网联汽车整体软件架构需要采用 SOA 分层思路构建，从下往上，分为系统软件层、功能软件层、应用软件层，以及云平台。其中，系统软件与功能软件构成了广
156、义上的操作系统（本文中，没有特别强调说明的“操作系统”，均指广义操作系统。如下图 3-1 智能网联汽车软件架构中红色线框内所示），是汽车软件的基础。此外，汽车软件一般要配合专业的硬件平台来运行，硬件平台为基于高性能芯片搭建的异构分布式硬件运行环5智能网联汽车技术路线图 2.0，中国汽车工程学会，2020 年中国汽车基础软件发展白皮书 1.0，中国汽车工业协会和中国汽车基础软件生态委员会（AUTOSEMO），2020 年车载操作系统总体技术要求，全国汽车标准化技术委员会，2021 年车载操作系统架构研究，全国汽车标准化技术委员会，2021 年第 3 章关键技术体系60境，具有选型灵活、配置可插扩
157、、算力可堆砌等特点。图 3-1 智能网联汽车软件架构系统软件是针对汽车场景定制的复杂大规模嵌入式系统运行环境，不仅为上层应用以及功能的实现提供了高效、稳定环境的支持，也是各类应用调度底层硬件资源的“桥梁”，在智能汽车整体软硬件架构中处于核心的位置。主要包含虚拟化管理与 BSP（板级支持包）、操作系统内核（如：OSEK、RTOS、Linux、Android Q）、基础中间件三层，进一步细化可分为异构分布系统的多内核设计及优化、虚拟化管理（如 Hypervisor）、POSIX（可移植操作系统接口）、系统中间件及服务（如 AUTOSAR、DDS）等。功能软件是根据面向服务的架构设计理念，通过提取智
158、能网联汽车核心共性需求，形成各共性服务功能模块，高效实现智能网联功能开发的软件模块。主要包括数据抽象、通用框架、通用模型、API，以及安全域基础应用和管理平面。应用软件运行在操作系统之上，具体负责功能实现。即为实现具体自动驾驶功能、HMI（人机界面）交互等算法软件，基于下层基础服务实现对整车服务、应用、体验等进行定义和组合增强，构建差异化竞争力的应用。应用算法差异化涵盖了智能座舱（车载信息娱乐系统 IVI、车联网、人机交互、中控系统、ADAS、智能座椅等）、智能驾驶（L1-L5 级智能驾驶等级）等领域。同时伴随着云端软件复杂性的提高，车载网络信息安全（检测与防卫远程攻击）也将逐步成为未来应用算
159、法的关注焦点。第 3 章关键技术体系61云平台是独立与车端之外，可以在云端部署，并与车端互联互通，提供计算、互联等服务的远程服务平台。在新一代汽车的 SOA 架构下，越来越多的应用层接入云端，使得车载网络在以前独立的电子领域（例如信息娱乐、ADAS 和动力总成）之间建立连接。云服务平台包含大数据服务、远程诊断、应用商店、驾驶服务等。此外，汽车软件整体架构在设计和开发过程中，还需要关注安全要求，以及配套工具链。安全体系自底向上贯穿硬件、系统软件、功能软件和应用软件等各个层级，需要关注的安全要求有功能安全、信息安全、预期功能安全，防护的层次主要有三个，分别是车路云一体安全防控、整车级安全防控、零部
160、件级安全防控。软件的配套工具链包括系统设计工具、软件配置工具、系统集成工具和开发、调试、测试工具等。当前，车端软件架构 SOA 化主要集中在智驾、座舱、车身功能域，动力和底盘域受限于实际需求、时延和可靠性要求以及其他非技术原因，暂时还未实现 SOA 化。但未来，随着EEA 向 HPC 中央计算平台的进一步演进，车端各功能域软件也会逐步实现完全 SOA 化。各大整车企业和供应商提出的新一代软件架构中，均采用了 SOA 设计思想，提出分层解耦开发目标。从底层的内核与基础中间件，到框架支撑层的功能软件，再到上层应用软件，明确了各层之间的向下依赖关系，各层之间通过规范化的 API 进行交互，实现了不同
161、层次间的分离与解耦。汽车软件整体架构中，操作系统（OS）是基础支撑。不同功能域对于操作系统的要求也不同。比如传统的动力和底盘域，仍然是高实时性高确定性的嵌入式 OS（如 OSEK/VDX OS），通常和经典 AUTOSAR 平台绑定在一起。在智能座舱领域，以车端 Android 操作系统为主，通过 SOA 网关实现自身服务和外部功能域之间的服务化交互。在智驾域，满足高功能安全和高性能要求的实时操作系统 RTOS 被广泛应用（如 BlackBerry QNX，中兴 ZEOS 等），同时为满足机器学习和视觉 AI 算法的 OS 层接口要求，安全 Linux 操作系统也需要引入，比如和RTOS 一起
162、构筑软件功能安全岛，支撑 AI 算法丰富接口要求的同时，满足智驾要求的功能安全等级，如图 3-2 所示。第 3 章关键技术体系62图 3-2 智驾域控制器软件架构示意图汽车软件 SOA 新架构中均引入了自适应 AUTOSAR（AdaptiveAUTOSAR）平台，用于满足一定的代码规范性和功能安全的目标，同时也是借助于 AdaptiveAUTOSAR 平台自身SOA 架构完成软件系统设计与开发。AdaptiveAUTOSAR 经过五年左右的发展，目前推出了R21-11最新规范（如图3-3），国内外AUTOSAR厂商均在规划对齐最新规范进行各自AdaptiveAUTOSAR 产品的完善。总体而言
163、，AdaptiveAUTOSAR 平台面临的场景更加多样化，相应的处理逻辑更加复杂多样，功能范围更加宽泛，即使是目前 AdaptiveAUTOSAR 最新的规范也不能完全满足应用软件的需要，需要在此基础上做进一步的扩展和完善。在国内，中国智能网联汽车产业创新联盟基础软件工作组和中国汽车基础软件生态委员会（AUTOSEMO）等组织正在致力于推进相关标准化工作。图 3-3 Adaptive AUTOSAR R21-11 规范框架在汽车软件 SOA 架构中，通过针对不同设备的抽象和适配，对外发布原子服务，实现设备和软件平台之间的解耦。在此基础上进一步定义组合服务、应用服务以及动态服务，实现服务的完全
164、共享和重用。当前，中国汽车工程学会、汽车工业协会等组织在积极推进感知设第 3 章关键技术体系63备、执行机构、车身传感器及执行器、热管理系统的设备抽象和原子服务定义，具体落地实现还需要一个较长时期的过程。此外，软件 SOA 架构中各服务和应用模块之间的通讯，当前应用层协议主要还是SOME/IP 及其关联的服务发现（SD）。目前 ClassicAUTOSAR 和 Adaptive AUTOSAR 都已经支持了 SOME/IP 协议栈，同时在 Adaptive AUTOSAR 平台中还提供了 S2S 服务，实现服务和信号的相互转换，支持面向服务功能模块和面向信号模块之间的消息互通。当前，以数据为中
165、心的 DDS 协议虽然已经纳入 AdaptiveAUTOSAR，但目前对 DDS 的支持还很少。另外，用于车云通讯的 MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输，ISO标准下基于发布/订阅范式的消息协议）、RESTful 还没有正式应用到车端软件架构中。汽车 SOA 架构设计当前处于起步阶段，面临诸多挑战。其中包括车端硬件环境的限制，高实时性和高确定性要求，系统设计与工作模式的转变，面向服务通讯组件的整合与集成，架构服务化带来的信息安全风险，功能安全方面的挑战，异构环境及非 SOA 架构模块的并存增加了系统架构的复杂度等。总体而言，目前整
166、车企业更多是进行少量服务化尝试，SOA 架构还未形成通用普适性规范。汽车软件架构正处于 SOA 化和传统非 SOA 化架构并存的阶段，软件跨域分布式计算与多功能域异构软件环境是其显著特点。未来随着汽车电子电气架构向中央集中式演进，汽车软件架构也会逐步实现全面 SOA 化，各域功能进一步融合，服务定义更加丰富，服务重用与共享程度更高，软件开发更加灵活便捷。伴随着车云一体化发展，汽车软件平台会逐步演进为智能网联汽车边缘计算节点，和智能网联云平台充分协同，有效推动软件定义汽车的实现。3.1.2 系统软件系统软件3.1.2.1 虚拟化管理与板级支持包虚拟化管理与板级支持包6系统软件层面，主要包括 BS
167、P（板级支持包）、Hypervisor（虚拟化管理）、操作系统内核（狭义操作系统）、中间件组件等。Hypervisor 是运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，可允许多个操作系6车载操作系统（七）：虚拟化（Hypervisor），欧珊瑚，微信号：数字技术观察，2021 年第 3 章关键技术体系64统和应用共享硬件，也可称为 VMM（Virtual Machine Monitor），即虚拟机监视器。硬件虚拟化技术管理并虚拟化硬件资源（如 CPU、内存和外围设备等），提供给运行在 Hypervisor之上的多个内核系统。虚拟化（Hypervisor）解决方案提供了在同一硬件平台上承载异构
168、操作系统的灵活性，同时实现了良好的高可靠性和故障控制机制，以保证关键任务、硬实时应用程序和一般用途、不受信任的应用程序之间的安全隔离，实现了车载计算单元整合与算力共享，是实现车载跨平台应用、提高硬件利用率的重要途径。在域集中式电子电气架构下，各种功能模块都集中到少数几个计算能力强大的域控制器中，不同安全等级的应用需要共用相同的计算平台，传统的物理安全隔离被打破。虚拟化技术可以模拟出一个具有完整硬件系统功能、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统。此时供应商不再需要设计多个硬件来实现不同的功能需求，而只需要在车载主芯片上进行虚拟化的软件配置，形成多个虚拟机，在每个虚拟机上运行相应的软件即可满足需求
169、，如图3-4。虚拟化技术的出现让“多系统”成为现实。图 3-4 虚拟化技术示意如图 3-5 所示，Hypervisor 通常被分成 Type1 与 Type2，Type1 类型的 Hypervisor 直接运行在硬件之上，Hypervisor 需要自己管理所有硬件资源；Type2 类型的 Hypervisor 运行在某个Host 系统之上，利用 Host 系统对硬件资源进行访问。大家在 PC 上使用的 Virtual Box 和VMware 虚拟机，就属于 Type2 的类型。第 3 章关键技术体系65图 3-5 Hypervisor 类型全虚拟化时，Hypervisor 完整模拟了所有硬件资
170、源，Guest OS 不知道正在被虚拟化，它也不需要任何修改就能运行，Hypervisor 负责捕获并处理所有特权指令，如果 Guest OS 使用的指令集架构与物理设备的相同（例如都是 ARM64），那么用户级别的指令可以直接在物理设备上运行。在某些场景下，要完全模拟一个真实的物理设备是非常慢的，因为所有对模拟寄存器的访问都会产生一个软中断，之后系统需要切换处理器特权模式，陷入到 Hypervisor当中进行模拟，这样会带来很多额外的性能开销。为了解决这个问题，部分外围设备会采用半虚拟化，半虚拟化方式需要修改 Guest OS，使之意识到自身运行在虚拟机当中，通过 GuestOS 当中的前端
171、驱动，与 Hypervisor 中的后端驱动进行直接通信，以此来换取更好得 I/O 性能，VMware vSphere、华为 FusionSphere 就是比较常见的半虚拟化的方案。全虚拟化和半虚拟化方案如图 3-6。第 3 章关键技术体系66图 3-6 全虚拟化与半虚拟化每个提供商都将为该特定处理器提供操作系统和应用程序,随着系统复杂程度的提高，所需的计算能力被集中在一台集中式计算机中。这些处理器被要求放在一起，同时又要互不干扰分开工作，不同的安全等级往往会带来很大的难度。通过软件虚拟化的方法，可以创建分配任务的错觉，将每个任务分开，如果某个特定任务由于软件故障而失败，那么其他所有任务都将不
172、受影响。软件虚拟化是分隔不同软件系统并降低总体硬件成本的有效方法。在车载虚拟化领域，主流的虚拟化技术提供商包括BlackBerry QNX Hypervisor（闭源）及Intel与Linux基金会主导的ACRN（开源）。目前，只有QNX Hypervisor应用到量产车型，也是唯一被认可功能安全等级达到ASIL D级的虚拟化操作系统。Hypervisor 介乎于底层 DCU 硬件和上层操作系统软件之间，与标准化服务器（x86）+标准化操作系统（Windows 和 Linux）的云虚拟化应用场景不同，汽车嵌入式环境中的虚拟化技术面临的挑战是 Hypervisor 往往需要定制适配底层 DCU
173、硬件和上层操作系统软件，这对于 Hypervisor 的大规模商用与普及是一个非常大的技术障碍。因此 OASIS（Organization fortheAdvancement of Structured Information Standards，结构化信息标准促进组织）于 2016 年 3月正式标准化 VirtIO 项目，旨在提供一种通用的框架和标准接口，减少 Hypervisor 对底层不同硬件和上层不同软件的适配开发工作量。同样地，BSP（板级支持包）是介于主板硬件和操作系统之间的中间软件层。BSP 用于第 3 章关键技术体系67为操作系统提供虚拟硬件平台，使其具有硬件无关性，可以在多平
174、台上移植。BSP 包括Bootloader（以基础支持代码来加载操作系统的引导程序）、HAL（硬件抽象层）代码、驱动程序、配置文件等。不同的操作系统对应于不同定义形式的 BSP，例如 VxWorks 的 BSP 和Linux的BSP相对于某一CPU来说尽管实现的功能一样，可是写法和接口定义是完全不同的，所以写 BSP 一定要按照该系统 BSP 的定义形式来写，这样才能与上层操作系统保持正确的接口。对于一般的嵌入式系统，硬件部分需要嵌入式硬件工程师设计硬件电路，新出厂的电路板，需要 BSP 来保证其能稳定工作，在此基础之上，才能进行下一步的软件开发。BSP 涉及到的企业较多，涵盖芯片制造商、第三
175、方软件服务商、整车企业，比如高通、华为、德赛西威、中科创达、长城毫末和长城诺博等。3.1.2.2 内核内核内核（狭义操作系统）是汽车操作系统最基本的部分，负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性，是系统软件层的核心，也被称为操作系统内核（OS 内核）/底层操作系统。根据域集中架构下汽车操作系统的发展情况，可将对应的内核粗略分为三大类：智能座舱操作系统内核、智能驾驶操作系统内核和安全车控操作系统内核。智能座舱操作系统主要为车载信息娱乐服务以及车内人机交互提供控制平台，是汽车实现座舱智能化与多源信息融合的运行环境。智能座舱操作系统应用于车机中控、仪表、T-B
176、ox等系统，提供导航、多媒体娱乐、语音、辅助驾驶、AI 以及网联等功能，对于安全性和可靠性的要求处于中等水平。随着车辆由单纯交通工具向智能移动终端转变，智能座舱操作系统内核需要支持更多样化的应用与服务，可以支撑一个丰富的生态。智能驾驶操作系统主要面向智能驾驶领域，运行于智能驾驶域控制器，支持智能驾驶所需的高性能计算、高带宽通信的高算力异构芯片，对安全性和可靠性要求较高，同时对性能和运算能力的要求也较高。智能驾驶操作系统内核应以标准的 POSIX 接口为基础，兼容国际主流的系统软件。中间件如 AdaptiveAUTOSAR 等，满足智能驾驶不同应用所需的功能安全和信息安全等要求。根据当前异构分布
177、硬件架构各单元所加载的内核系统安全等级有所不同，第 3 章关键技术体系68AI 单元内核系统支持 QMASIL-B，计算单元内核系统支持 QM ASIL-D，控制单元内核系统需支持 ASIL-D 安全等级。安全车控操作系统用于传统的车辆控制，适用于动力系统、底盘与车身控制等领域，支持 MCU 等控制芯片。车辆底盘控制与动力系统对操作系统最基本的要求是高实时性，系统需要在规定时间内完成资源分配、任务同步等指定动作，而嵌入式实时操作系统具有高可靠性、及时性、交互性以及多路性等优势，系统响应度极高，通常在毫秒或者微秒级别，满足了高实时性的要求。目前主流的安全车控操作系统都兼容 OSEK/VDX 和
178、Classic AUTOSAR标准。安全车控操作系统内核需要符合车规级实时控制功能安全应用需求，应达到 ISO26262ASIL-D 级安全认证。在汽车电子电气系统中，不同的 ECU 提供不同的服务，同时对底层操作系统的要求也不同。为支持车载软件适应不同的汽车应用场景和硬件资源，需要不同的底层汽车操作系统（OS内核）来支撑。因打造全新操作系统需要花费太大的人力、物力，所以当前基本没有企业会开发全新的 OS 内核。比如 Waymo、百度、特斯拉、Mobileye，无论是自动驾驶企业还是车企的“自研操作系统”，其实都是在上述现成 OS 内核的基础之上，将自研中间件和应用软件整合形成。目前普遍采用的
179、汽车 OS 内核主要有：（1）OSEK/VDX OS，主要用于安全车控操作系统；OSEK/VDX 是应用在模块和静态实时操作系统上的标准，由主要的汽车制造商、供应商、研究机构以及软件开发商发起。OSEK，是指德国的汽车电子类开放系统和对应的接口标准；而 VDX 则是汽车分布式执行标准，后来加入了 OSEK 团体。OSEK/VDX 标准主要由四部分组成：操作系统规范、通信规范、网络管理规范和 OSEK 实现语言。OSEK/VDX OS 一般用作安全车控操作系统，主要用于 ECU/TCU（远程信息控制单元）等底层控制单元。这些单元通常使用处理能力简单且资源受限的 MCU 执行传统的车辆控制任务，对
180、实时性、安全性要求非常苛刻。目前 OSEK/VDX 是国际上被广泛应用的汽车行业标准，AUTOSAR OS 正是在OSEK/VDX 的基础上进行了扩展，并成为汽车应用主流。各嵌入式操作系统厂商都相继推出了符合 OSEK/VDX 规范的产品，比较典型的有 Vector 公司的 osCAN 及 MICROSAR OS、第 3 章关键技术体系69WINDRIVER 公司的 OSEKWorks、ETAS 公司的 RTA-OSEK、MOTOROLA 的 OSEKturbo、美国密西根大学的 EMERALDS-OSEK、普华软件的 ORIENTAIS OS 等。随着该规范应用的不断深人，其结构和功能不断完
181、善和优化，版本也不断升级和扩展。（2）微内核 RTOS，用于智能驾驶操作系统和安全车控操作系统；随着自动驾驶技术的发展，车辆环境融合感知与智能决策需求带来了更为复杂的算法，并产生了大量的数据，需要更高的计算能力和数据通讯能力。基于 OSEK/VDX OS 的传统嵌入式实时操作系统已经不能满足未来自动驾驶的需求，这些需求对原有的车控操作系统提出了巨大的挑战。为应对挑战，业界在继承 OSEK/VDX OS 高实时、高功能安全特性的基础上，发展出可运行于异构大算力、高带宽环境之上的微内核 RTOS 实时操作系统。微内核 RTOS 架构设计是内核部分代码量少，系统服务更多的运行在用户空间，当某个服务发
182、生问题时并不会影响内核稳定性，天生具备功能安全优势。但微内核缺少类似 Linux的开源生态环境支持，所以微内核更适合汽车软件中对功能安全要求更高、稳定性更强的部分，但同时对软件生态没有过高要求的场景使用（如需要 AI 算法模型框架的高级自动驾驶，较为封闭的微内核 RTOS 的应用生态很难满足）。基于 POSIX 标准的微内核 RTOS，通常以 ASIL-D 功能安全级别为目标，满足安全实时要求，适用于自动驾驶所需要的高性能计算和高带宽通信，支撑自动驾驶决策、规划、控制的算法需求，可用于智能驾驶操作系统。在一些基于异构核的 SOC 硬件环境，微内核 RTOS可以通过 Hypervisor 虚拟化
183、平台运行在实时核上，用作安全车控操作系统，支撑一些对实时性、安全性要求高的功能需求。目前应用在汽车领域的微内核 RTOS 主要包括 BlackBerryQNX、风河 VxWorks、华为鸿蒙 OS、中兴 GoldenOS、阿里 AliOS 等。（3）Safety Linux OS，用于智能驾驶操作系统和智能座舱操作系统；Linux 是一款开源、功能强大、应用广泛的操作系统。Linux 具有内核紧凑高效等特点，可以充分发挥硬件的性能。它与 QNX 等微内核解决方案相比最大优势在于开源以及丰富的生态应用，具有很强的定制开发灵活度。通常基于 Linux 开发新的操作系统是指基于 LinuxKerne
184、l 进一步集成中间件、桌面环境和部分应用软件。Linux 功能较 QNX 等微内核更强大，组件也更为复杂，因此 Linux 常用于支持更多应用和接口的信息娱乐系统中。AGL、GENIVI第 3 章关键技术体系70等联盟致力于将开源 Linux 操作系统推广至汽车领域中。AGL（Automotive Grade Linux）是一款基于开放源代码的车载操作系统。Linux 基金会推出可定制、开源的车载系统平台 AGL，旨在成为未来车载系统开源标准平台。互联汽车系统联盟（COVESA），前身为 GENIVI 联盟，专注于实现对车载信息娱乐系统开源开发平台的广泛普及。不论是 AGL、GENIVI，还是
185、原生 Linux，由于其对硬件外设驱动支持性高、软件生态丰富等特性，成为了现阶段汽车操作系统首选之一，但其依然面临缺乏功能安全的局限。为此，Linux 基金会启动了 ELISA 开源项目，致力于联合业界厂家研发以功能安全级别 ASIL-B 为目标的 Safety Linux 操作系统。Safety Linux 操作系统继承 Linux 丰富的应用生态，可更好地支持汽车高级自动驾驶业务。ELISA项目吸引来诸多重量级汽车领域厂商和供应商参与。ELISA的创始会员包括丰田、宝马、Intel、RedHat、英伟达等，国内厂家华为、中兴通讯、斑马智行、上汽、地平线、国汽智控也已经加入该组织。目前来看，
186、实现 Safety Linux 工作量巨大，尽管 ELISA 发布了一些资料对 Linux 进行了诸多卓有成效的鉴定分析，但由于系统过于庞大，后续分析仍然道路漫长，而基于分析构建的认证工具、过程资产也需要 ELISA 成员贡献大量的精力，任重而道远。以 ASIL-B 为目标的 Safety Linux 实现，尤其对内核关键功能进行安全增强更是一个长期任务。（4）AndroidAutomotive OS，主要用于智能座舱操作系统。Google 基于移动端 Android 操作系统，开发了 Android Automotive OS，专门服务于汽车领域。由于 Android Automotive
187、继承了 Android 生态圈开放灵活的优点，被广泛应用到了车载信息娱乐系统当中（安全性要求较低，车规要求宽松，个性化需求多）。但对功能安全要求高的仪表、ADAS/AD 相关系统，Android Automotive OS 则无法胜任。近年来，智能座舱的娱乐与信息服务属性越发凸显，目前主流车型的智能座舱操作系统包括 QNX、Linux、Android 等。QNX 占据了绝大部分份额，开源的 Linux 以及在手机端拥有大量成熟信息服务资源的 Android 也被众多厂商青睐。Android Automotive OS 成为后起之秀，为了加快 AndroidAutomotive OS 在座舱领域
188、的应用进程，Google 建立了一个联盟 OAA，包括奥迪、通用、现代、芯片厂商英伟达等。Android Automotive OS 的买家，不仅包括绝大第 3 章关键技术体系71部分后装供应商，同时也有新兴造车势力和传统整车企业。国内各大互联网巨头、造车新势力纷纷基于 Android 进行定制化改造，推出了自己的汽车操作系统，如阿里 AliOS、百度小度车载 OS、比亚迪 DiLink、蔚来 NIO OS、小鹏 Xmart OS等，威马等也基于 Android 开发了自身的车载系统。传统车企，吉利推出的 GKUI 智能车载系统、奇瑞 Cloudrive、东风风神 Windlink 3.0、长
189、安的 in Call 均是基于 Android Automotive OS开发。此外，一些 Tier1 供应商，也在 Android 领域进行深耕，例如博泰推出基于 Android 深度定制版擎 OS。总体而言，智能驾驶操作系统与智能座舱操作系统将是未来发展重点，其内核发展分别呈现如下趋势。1.智能驾驶操作系统内核：（1）宏内核 Linux 的安全能力增强继承 Linux 丰富的开源生态，基于开源、功能强大 Linux 宏内核，重点增强其安全性和实时性，发展以功能安全级别 ASIL-B 为目标的 Safety Linux 操作系统。在实时性处理方面，Safety Linux 包括大部分 POS
190、IX 标准中的实时信号处理机制和功能，如符合 POSIX 标准的调度策略，包括 FIFO（先入先出）调度策略、时间片轮转调度策略和静态优先级抢占式调度策略。Safety Linux 内核提供内存锁定功能，以避免在实时处理中存储页面被换出，同时通过实时调度算法减少任务上下文的切换时间，从而满足任务的时限要求。另外，Safety Linux通过开源实时性 RT 补丁，支持三级抢占、自旋锁主动释放、资源分区、任务可配置优先级、任务排他性绑核运行、无中断干扰、智能迁移等特性，增强实时调度能力。在安全性方面，Safety Linux 针对车用场景需求裁剪系统配置，借助 ELISA 开源项目提供的安全分析
191、方法和认证工具，识别功能安全需求，对安全关键功能采用 ISO 26262 形式化或半形式化方法完成正向设计和验证。另外提供任务运行监控、内核增强管理、紧急控制台、可靠重启、轻量级异常转储以及系统黑匣子等安全机制，增强 Linux 安全能力。（2）微内核生态支持能力拓展注重功能安全，以 ASIL-D 功能安全级别为目标，基于 POSIX 标准实现的微内核 RTOS。微内核 RTOS 仅实现任务调度、时钟、中断、内存管理、IPC 等最基础功能，文件系统、网第 3 章关键技术体系72络协议栈、设备驱动、POSIX 接口等都放在微内核之外，运行在受内存保护的用户态空间。微内核 RTOS 内核小巧，代码
192、量少，运行速度极快，具有独特的微内核架构，安全和稳定性高，不易受病毒破坏系统。微内核 RTOS 目前在全世界范围内处于研究发展的初期，不同厂家有不同的实现，芯片及应用生态尚未完备。相比 Linux，由于微内核 RTOS 缺少类似的开源生态环境支持，目前只适合对功能安全要求更高、稳定性更强，但同时对软件生态没有过高要求的场景使用。未来对于智驾应用引入的 AI 算法模型框架，微内核 RTOS 需要向上扩展支持 PSE51、PSE52 及 PSE53、PSE54 等 POSIX 接口标准，甚至需要支持非 POSXI 标准接口，向下则需定制适配兼容不同硬件厂家的 AI 算力芯片。2.智能座舱操作系统内
193、核：（1）支持多样化应用能够支持多样化的应用已经成为智能座舱操作系统的重要指标。目前，汽车座舱除了仪表显示、空调/车窗控制等传统功能外，已经开始集成支付、娱乐、导航、信息服务等多样化功能。（2）多生态资源越来越多的智能座舱操作系统采用Android Automotive OS或其他类Linux系统的原因是便于应用程序移植。目前手机端已经具备十分庞大的信息娱乐服务生态资源，通过采用相同或类似的操作系统，直接将功能移植到车辆智能终端上，无疑是一种能够避免重复开发并且快速丰富车端生态的思路。（3）安全性智能座舱的使用不仅关乎用户的个人隐私安全与财产安全，同时也通过车载网络与底盘控制、自动驾驶等车控系
194、统相连通。因此，智能座舱操作系统不能简单地将手机操作系统复制到车端，而应通过深度定制达到车辆信息安全和功能安全的标准。3.1.2.3 中间件中间件为了提高软件的管理性、移植性、裁剪性和质量，需要定义一套架构、方法学和应用接口，从而实现标准的接口、高质量的无缝集成、高效的开发以及通过新的模型来管理复杂的系统，第 3 章关键技术体系73即软件架构“中间件”。中间件位于硬件及操作系统之上，应用软件之下，是汽车软件架构中重要的基础软件。总体作用是为应用软件提供运行与开发环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件，并能在不同的技术之间实现资源共享，并管理计算资源和网络通信。中间件的核心思想在于“
195、统一标准、分散实现、集中配置”。统一标准才能给各个厂商提供一个通用的开放的平台；分散实现则要求软件系统分层化、模块化，并且降低应用与平台之间的耦合度；由于不同模块来自不同的厂商，模块之间存在复杂的相互联系，要想将其整合成一个完善的系统，必须要求将所有模块的配置信息以统一的格式集中管理起来，集中配置生成系统。有了汽车软件中间件后，所有的软件和应用都具备了标准化接口，同时硬件功能也被抽象成服务，可以随时被上层应用调用；软件开发可以跨配置、跨车型、跨平台、跨硬件适应；软件开发者可以更多地聚焦软件功能的差异化；软件认证可以有标准可依。汽车软件架构中间件包括了应用广泛的AUTOSAR、ROS2，以及百度
196、 Apollo 专为无人驾驶研发的Cyber RT，博世旗下子公司ETAS研发的针对高级别自动驾驶应用的通信中间件Iceoryx，通信中间件SOME/IP、DDS、MQTT等。（1）在所有中间件方案中，AUTOSAR是目前应用范围最广的车载电子软件架构标准规范。AUTOSAR分为Classic Platform和Adaptive Platform两个平台，分别对应传统控制类车辆电子系统与智能汽车的高性能类车载电子系统。不同于ClassicAUTOSAR平台自身已经包含了基于OSEK标准的操作系统，Adaptive AUTOSAR平台只是一个运行在Lunix、QNX等基于POSIX标准的操作系统
197、上面的中间件（自身并不包含操作系统），进一步推进了软硬件解耦进程。AdaptiveAUTOSAR基于SOA架构，采用基于服务的SOA动态通信方式（SOME/IP），硬件资源间的连接关系虚拟化，不局限于通信线束的连接关系，ECU 可以动态地与其他ECU进行连接，各服务模块独立，具有更高的安全性以及部署灵活性。（2）ROS2 为可支持自动驾驶场景的中间件。ROS（RobotOperating System）指的是机器人操作系统，是一套开源的软件框架和工具集，用来帮助开发人员建立机器人应用程序，它提供了硬件抽象、设备驱动、函数库、可视化工具、消息传递和软件包管理等诸多功能。ROS 原来的功能设计不能
198、满足海量应用对于某些性能（如实时性、安全性、嵌入式移植等）的需求，ROS2 即在这样的背景下被设计和开发，产品环境适用度更广。ROS 2 采用全新的架构，底层基于 DDS 通信机制，支持实时性、嵌入式、分布式、多操作系统，同时在内部提第 3 章关键技术体系74供了 DDS 的抽象层实现。ROS2 并不是根据 ASIL 标准设计的，因此 ROS2 实现功能安全的解决方案是要把底层更换为满足 ASIL 要求的 RTOS 和商用工具链（编译器）。ROS2 作为机器人开发的应用框架，在应用和操作系统之间提供了通用的中间层框架和常用软件模块（ROSPackage），在某种意义上可以称作操作系统了。（3）
199、CyberRT 是百度 Apollo 开发出来的中间件，于 Apollo3.5 中正式发布。Cyber RT和 ROS2 类似，其底层也是使用了一个开源版本的 DDS；为了解决 ROS1 的问题，CyberRT删除了 master 机制，用自动发现机制代替，这个通信组网机制和汽车网络 CAN 完全一致。此外，Cyber RT 的核心设计将调度、任务从内核空间搬到了用户空间。相较于其他中间件方案，Cyber RT 的一大优势是其专为无人驾驶设计，包括基础库、通信层、数据层和计算层。（4）Iceoryx 是博世旗下子公司 ETAS 于 2020 年推出的中间件解决方案，适用于各种操作系统的进程间通
200、信（IPC），目前已支持 Linux、macOS 和 QNX，可兼容 ROS2 和 AdaptiveAUTOSAR 的接口，以满足不同开发阶段的需求。Iceoryx 设计了一种“零拷贝”的内存共享技术，采用了发布/订阅架构、服务发现和计数器相结合的通信机制。通过添加避免复制的应用程序编程接口，实现了“零拷贝”，即一种从发布者到订阅者的端到端的方法，而无需创建一个拷贝。Iceoryx 还需要更多的验证以及持续的打磨优化。3.1.3 功能软件功能软件3.1.3.1 关键技术关键技术1.数据抽象数据抽象数据抽象通过对传感器、执行器、自车状态、地图以及来自云端的接口等数据进行标准化处理，为上层的通用模
201、型提供各种不同的数据源进而建立异构硬件数据抽象，达到功能和应用开发与底层硬件的解耦。2.通用框架通用框架功能软件通用框架是承载通用模型的基础，分为数据流（计算引擎）和基础服务两部分。数据流向下封装不同的智能驾驶系统软件和中间件服务，向通用模型中的算法提供与底层系统软件解耦的算法框架，基础服务是功能软件层共用的基本服务，其主要服务于通用模型或第 3 章关键技术体系75功能应用。（1）数据流数据流框架向下封装不同的智能驾驶系统软件和中间件服务，向智能驾驶通用模型中的算法提供与底层系统软件解耦的算法框架。数据流框架的主要作用是对通用模型中的算法进行抽象、部署、驱动，解决跨域、跨平台部署和计算的问题。
202、（2）基础服务基础服务是功能软件层共用的基本服务，其主要服务于通用模型或功能应用，比如网联服务、数据服务、OTA、地图服务等。a.网联服务网联服务可提供操作系统的安全冗余信息、超视距信息和通用模型的信息。网联可通过LTE-V2X、4G/5G 的通讯方式，实现与车车通讯、车云通讯、车人通讯和车与路侧基础设施通讯。通过网联服务，可使得操作系统具备车路协同的能力，实现协同感知、协同规划等服务，加速智能驾驶的落地。网联服务既提供标准的、抽象的信息服务，如红绿灯信息、交通提醒信息、安全预警信息、周边车辆行驶信息，也提供可插扩算法的能力，可以新增、转换、适配不同的云控算法和应用。网联服务是车内外信息通信的
203、桥梁，操作系统可以把自车状态、行驶意图广播到周围环境中或上传到云平台，同时也可从周围环境或边缘云获得感知信息（如障碍物信息）、决策规划建议，甚至运行轨迹信息。网联服务也可提供当前车辆中通讯模块的工作状态，如网络连接状态、信号强度、断网或异常通知等信息。b.数据服务数据服务为车端数据定义了数据类型和安全等级，为车端功能和应用定义的数据处理功能定义。根据以上分类和车辆运行场景，定义数据处理规则。数据流框架上的算法部署和数据流编排模块，按规则定义控制算法部署和数据交换。c.OTA 服务第 3 章关键技术体系76OTA 软件的车端主要负责处理升级管理，包括车端的人机交互、升级包的下载、升级条件判断、升
204、级流程管理、升级结果通知等。3.通用模型通用模型（1）智能驾驶通用模型智能驾驶通用模型是对智能驾驶中智能感知、智能决策和智能控制等过程的模型化抽象。环境模型作为智能感知框架，为智能决策和智能控制提供模型化的广义环境信息描述。环境模型调度各类感知、融合和定位算法，对传感器探测信息，车-路、车-车协同信息，以及高精地图先验信息进行处理加工，提供探测、特性、对象、态势、场景等各级语义的道路交通环境和自车状态信息。规划模型根据环境模型、自车定位、个性化设置和自车状态反馈等信息，为自车提供未来一段时间内的行驶轨迹，主要分为行为预测、行为决策和运动规划三大部分。行为预测是根据感知和地图数据对其他交通参与者
205、未来的行驶轨迹进行预测，为行为决策提供更全面、可靠的参考信息；行为决策为自车提供行为策略，同时为运动规划提供相应的规划约束条件，保证规划结果不仅满足交通法规等硬性要求，同时更加符合人的驾驶策略；运动规划根据以上信息，为自车规划未来一段时间内的安全、舒适、正确的轨迹。控制模型主要由常规工况和降级工况组成，其中常规工况主要针对 ODD（运行设计域）以内的动态驾驶任务，降级工况主要针对发生系统性失效或者超出 ODD 以外的动态驾驶任务，均需要进行输入处理、状态决策、控制计算及执行输出等。针对上游及底盘信息的输入，以及控制输出均需要适配层去匹配不同的功能算法框架平台及车辆平台；针对横纵向及紧急控制等算
206、法模块需要进行故障诊断、配置及标定接口模块统一管理。（2）智能座舱通用模型a.智能语音识别框架智能语音交互主要涵盖语音唤醒、语音识别、自然语言理解、语音合成等技术，核心是自然语言处理（NLP）。智能座舱语音交互应用主要是语音助手，不同于早期的只能拨打电话或简单地识别几个单词，自然语音识别一般指可以识别一个句子，语音助手则是基于自然第 3 章关键技术体系77语义的理解并做出对应的调整或给出对应的响应。智能座舱域将 NLP 技术（含自然语言理解、自然语言生成）封装成服务框架，为座舱各类智能语音交互提供 API 接口。b.智能视觉识别框架在智能座舱领域，计算机视觉使用深度学习等先进技术，配合摄像头和
207、显示器等输入输出设备，结合专业的 AI 计算芯片，及时有效地存储、传输、处理图像信息，帮助大幅度提升信息转化效率和用户体验。计算机视觉的底层技术可分为全图检测、目标跟踪、分类识别（粗细粒度）、Re-ID（行人重识别技术）、视频理解、3D 感知及特定任务回归等。结合应用可以进一步扩展为人体部位检测、活体检测、行为分类、人脸识别、手势识别和视线跟踪等方向，这些视觉感知结果为座舱的人机交互及图像识别提供了基础能力。座舱域控针对智能视觉识别框架封装服务接口，提供手势识别服务支持手势交互。同时也提供人脸图像识别接口，支持 DMS（驾驶员监测系统）和 OMS（乘客监测系统）等智能应用。c.多模智能交互框架
208、基于语音和视觉的多模智能交互是提升车载智能 HMI 体验的关键技术，其核心是多模态交互，对应技术是多模感知的算法融合技术，从被动交互走向主动交互，实现个性化推荐、多模意图理解、多模态输出等。多模语音是典型的多模融合技术，该技术深度融合了语音和唇部图像信息，有非常明显的优点，无论语音前端和后端都可以借助于多模技术提升算法性能。多模语音技术的主要优点主要体现在图像信息的引入、误唤醒的控制以及音区个数的增加。随着车载终端 AI 芯片的丰富算力能支持视频流和音频流的实时处理，结合视觉辅助的多模语音方案正成为技术演进的趋势。相较于纯语音算法日益趋缓的发展，多模语音方案不仅能够带来高噪声场景下指标的显著提
209、升，解决高噪环境语音方案难用的传统痛点，极大提高用户体验。座舱域控针对多模智能交互框架封装服务接口，提供手势、语音识别的融合服务。同时也提供人脸图像识别接口，支持 DMS（驾驶员疲劳监测系统）和 OMS（乘客监测系统）等第 3 章关键技术体系78智能应用。d.HMI 展示框架智能座舱 HMI 人机交互界面逐步朝着大屏、多屏、酷炫、智能等方向发展，针对不同形式的 HMI 展示需要，统一封装一套强大的 MVC（模型视图控制器）展示框架尤为必要。近年来中科创达提供的 Kanzi 展示框架在座舱车机领域应用广泛，Kanzi 框架包括 KANZI Studio和 KANZI Engine，以及由 KAN
210、ZI Connect、KANZI Maps、KANZI Particles、KANZIAutostereoscopy 构成的功能包，如图 3-7。基于 Kanzi 框架进行服务化封装，可以支撑 3D 仪表、HUD 抬头显示、AR 导航等应用的酷炫效果展示。图 3-7 Kanzi 框架示意4.安全域基础应用安全域基础应用安全域是指同一系统内有相同的安全保护需求，相互信任，并具有相同的安全访问控制和边界控制策略的子网或网络。将安全需求相同的接口进行分类，并划分到不同的安全域，能够实现域间策略的统一管理。例如车内网系统对外的安全接口包括了：近场通讯（wifi/bluetooth/rke/pke/）、
211、远端通讯（4g/5g/gps）、对外物理连接节点（bms）、对外物理连接端口（obd、USB 等）。针对车内通信数据进行传输控制，车载通信架构中引入防火墙，在整车架构外围及各安全域层之间进行监控隔离，根据既定的安全策略（如黑/白名单）对通信通路进行可靠性管理。5.管理平面管理平面管理平面是汽车操作系统实现的设计基石。管理平面是复杂嵌入式系统的通用概念，包第 3 章关键技术体系79含日志、管理、配置、监控等非强实时功能，存在于每个硬件单元。数据平面是实时控制平面，实现自动驾驶操作系统的主要功能和数据处理，运行自动驾驶通用数据、实时状态监控、数据收集、失效切换、网联、云控等功能模块。6.API应用
212、程序接口可以是基于面向服务（SOA）的订阅形式架构，也可以是使用统一开发接口（API）函数调用的形式，使用这些应用软件接口和 SDK（软件开发工具包）可以进行高效、灵活、敏捷的定制化开发。3.1.3.2 技术应用现状及前景展望3.1.3.2 技术应用现状及前景展望2019 年中国软件评测中心发布的车载智能计算基础平台参考架构 1.0白皮书，首次提出了自动驾驶操作系统功能软件概念和架构，即功能软件包含自动驾驶通用框架模块、云控模块和网联模块，该架构形成了车载智能计算基础平台的中国方案和行业共识。目前，ICT 行业、平台公司和整车企业纷纷投入人力物力，大力开展整体解决方案研究和产品研发，并共同促进
213、汽车行业功能软件相关技术的标准研制。2020 年国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司联合 16 家单位起草并发布了业界首个 智能驾驶功能软件平台设计规范，主要规定了智能驾驶功能软件平台的系统架构、功能模块和算法组件划分，以及感知融合、定位、预测和决策规划的功能服务接口，有利于缩短智能驾驶系统的开发周期并降低系统集成成本。但是由于处于发展初期，现阶段能单独提供功能软件的企业较少，国汽智控推出可实现操作系统与应用软件、硬件平台双解耦的智能驾驶基础平台产品家族，包含智能汽车操作系统、智能汽车域控制器、车路云基础软件和信息安全数据安全软件等；光庭信息构建以车载操作系统为核心的基础软件平台，涵盖了智能
214、座舱、智能电控和智能驾驶等领域；东软睿驰的汽车基础软件平台产品可以兼容最新版 AUTOSAR 标准，对基于域控制器和新电子电气架构的软件开发提供基础软件、中间件和开发工具；小鹏汽车等整车企业通过自行研发功能软件层，打造整车产品差异化功能。标准化将成为未来软件开发的最重要的前提，它贯穿功能软件开发及后期维护的全生命周期。且标准化概念将在不同维度上影响功能软件的形态。一是标准化的开发流程：符合功第 3 章关键技术体系80能安全和网络信息安全的开发流程。二是标准化接口：标准化接口的原则是汽车行业发展的过程中满足所有利益相关方实行求同存异的实际操作方法，对于功能软件而言，标准化的接口又显得尤为重要，基
215、于标准化接口的新的纯软件模块（自动驾驶、人机交互等）有助于提升汽车新型电子电气架构开发效率，在可见的未来，功能软件的商业化将迎来可观的增长趋势。功能软件中心化，依托于电子电气架构的演进，伴随着硬件集中化趋势的也必然是软件中心化，软硬件中心化将有效的做到软硬件资源整合，且支持整车级跨域功能的开发。在整车电脑层面，功能的划分已经逐渐明朗，主要聚焦为驾驶辅助（自动驾驶）功能模块、车身以及运动控制模块、智能座舱模块，而在功能软件中心化前提下，三大功能模块的融合将是未来车企功能软件发展面临的最大课题。功能软件服务化，从通信层看面向信号的通信因为其庞大的传输量以及未抽象化的特性，已经可以预见地不能满足未来
216、大算力对于底层通信的要求，在未来 SOA（面向服务的软件架构）下所支持的 SOC（面向服务的通信）将是解决大算力对于通信的最优方案，但这并不意味着面向信号的通信会完全消失。服务化的通信又将跟标准 API 进行完美的融合以支持软件下层解耦和上层功能软件的标准化开发。功能软件终端互通，为了让驾驶者在车内拥有更好的体验，汽车需要承担与个人电脑终端、手机终端等同等的服务支持，而让驾驶者在各个终端基于使用场景灵活切换也将是重要的消费者体验，因此横向打通各个终端的连通性也是未来汽车必须要完成的一点，但汽车作为新型个人终端与传统个人电脑、手机等又有较大区别，必须是以驾驶安全作为优先考虑，因此汽车互联化也必须
217、遵守符合功能安全以及信息安全的设计前提。3.1.4 软件远程升级软件远程升级3.1.4.1 关键技术关键技术在软件定义汽车的时代，汽车安装了大量的软件程序，从而变得越来越智能，但当出现一个程序问题或者更新升级时，传统模式将是一项繁重的任务，而远程升级技术会是解决汽车软件程序/系统升级的难题的有效方案。第 3 章关键技术体系81汽车远程升级，又称为 OTA（Over-the-air，空中下载技术），是指通过移动通信网络（3G/4G/5G 或 WiFi 等），对零部件终端上固件、数据及应用等“软件”进行远程管理的技术。OTA 贯穿了汽车软件系统最上层的应用软件、云服务，直到最底层的系统软件层，纵向
218、跨越了软件不同层次，将深刻影响汽车软件的开发和更新迭代。汽车 OTA 可分两类：一是 SOTA（Software-over-the-air，软件在线升级），在操作系统的基础上对应用程序进行升级，例如 UI 界面、车载地图、人机交互界面等。二是 FOTA（Firmware-over-the-air 即固件在线升级），在不改变车辆原有配件的前提下，通过写入新的固件程序进行设备升级，比如通过 FOTA 新增自动驾驶功能等。汽车 OTA 主要作用：一是降低汽车召回的成本。通过 OTA 修复部分软件 BUG，可以大大节省汽车厂家、4S 店和车主的费用及时间成本。二是增加汽车新功能和体验。具备 OTA功能
219、的车辆在使用期间可以增加新人机交互方式或功能、优化设备系统性能。三是拓展了汽车服务新空间。借助于 OTA，整车企业在完成车辆销售后可以继续和车主产生互动，并持续提升用户体验，拓宽了车厂用户运营及服务的范畴。汽车 OTA 升级流程，核心业务包括软件包研制、升级任务定义、车端版本下载和刷新等部分。升级过程一般可分为三步，首先将更新软件上传到 OTA 中心，然后 OTA 中心无线传输更新软件到车辆端，最后车辆端自动更新软件。汽车 OTA 业务可以划分为 OTA 云端、OTA 车端和整车企业 IT 系统，如下图 3-8 所示。OTA 的云平台用以管理 OTA 的业务，包括车型管理、车辆管理、零件管理、
220、升级固件管理、升级任务管理、用户管理、数据统计等功能。OTA 的车端主要负责处理升级管理，包括车端的人机交互、升级包的下载、升级条件判断、升级流程管理、升级结果通知等。汽车 OTA 业务还可以与整车企业现有的 IT 系统做整合从而实现车厂信息化系统的统一建设。第 3 章关键技术体系82图 3-8 汽车 OTA 业务汽车 OTA 关键技术：1.分布式部署随着以中央计算为核心的电子电气架构的普及，以及软件定义汽车的普及，要实现整车软件升级，OTA 软件功能将会在不同的域进行部署，来满足 OTA 的实时性与硬件资源的局限性。这就要求 OTA 软件功能的设计具有可移植性，OTA 软件的分布式设计技术尤
221、为关键。2.可靠性设计容灾备份：软件包仓库（软件包文件）及 OTA 云服务的关键数据（车辆、ECU 档案、最新版本号等）需要支持灾备，通过在不同数据中心、甚至不同城市之间做备份。加密及认证：加密和认证机制保证升级包完整可靠。支持断电续传、断电续升：车端 OTA 升级代理从云端下载升级包时，需要支持断电/短链续传功能，和具体实现方式，比如可以将升级包切分为多个数据块，每次下载之后记录当前最新的块序号，续传时从最新的块序号开始下载即可。断电续升是指车端升级代理刷写ECU 固件包时，断电恢复后可以按最新版本数据位置继续刷写。支持 A/B 块升级策略：在车端 ECU 模块中，只是先向备用目录刷写版本包
222、，刷写成功后再重启切换加载位置（bootloader 中控制），通过这种方式实现 A/B 块升级策略。如果升第 3 章关键技术体系83级后出现问题，可以确保快速安全回退。此外，车端针对同类 ECU，支持灰度升级策略，即先升级一个 ECU，验证正常后再批量刷写同类型的其他各个 ECU。支持升级回退：对于升级异常或成功的情况都支持回退操作，恢复到升级前的版本。支持重复升级：支持同版本号多次重复刷写，主要应用场景是对于升级结果不可信的情况，可以多次尝试，确保升级结果可信。3.差分升级差分升级又称“增量升级”，就是升级时并不会把所有的文件全部进行替换，而只是替换那些需要更新的文件。过程分为：（1）从两
223、个升级包通过差分工具，利用差分算法生成差分包。（2）在设备端升级时，通过还原算法把差分包还原后再进行升级。差分升级与整包升级相比，优势在于升级包的大小减少，缩减了下载时间节省了网络流量；劣势在于在升级过程的处理上更为复杂，流程控制上需要更严谨。4.无感升级无感升级是指在系统升级过程中，对于用户使用车辆没有影响。这种升级方式常用于车辆的智能设备，目前市场上多数案例还是集中体现在座舱域。无感升级对于设备的要求较高，需要有 A/B 两套均可正常工作的系统分区。例如，在域控制器内进行内存分区，一个区用于升级，一个区用于车辆正常运行，可实现在 A 系统正常提供各种应用功能的情况下，去升级B 系统，从而在
224、升级期间不影响车辆使用。对于集成了复杂功能的域控设备的车辆，无感升级可大大缩短车辆用户可感知的升级时间，减小了驻车升级时对车辆电量的消耗，缩短了车辆不可用时间，也保证了系统始终的可用性。不过，在车辆运行时执行完成 B 系统的升级过程，对设备系统的性能与安全性也提出了很高的要求。尤其是在 FOTA 层面，例如实现传统的电子控制单元 ECU 的“无感升级”，一方面需要解决数据包传输的问题，另一方面 ECU 本身要支持类似于“A/B”的系统特性，提供备份冗余，或者实现软件内容 A/B 区域的地址映射。5.OTA 通信协议OTA 的通信协议主要包括车云的通信协议，与车内控制器之间的通信协议。随着新的汽
225、车电子电气架构的发展，以及以中央计算为核心的电子电气架构的普及，OTA 的车云通信协第 3 章关键技术体系84议需要实现标准化，用于普及未来汽车软件生态的共享。同时通过统一的通信协议，更好的监管 OTA 的升级记录与 OTA 的安全流程。3.1.4.2 技术应用现状及前景展望技术应用现状及前景展望从应用现状来看，目前仅有少数车型能够提供整车 FOTA，大多数车型能够做到的 OTA还只是将软件升级包发送至车内的 T-BOX，而不能实现 ECU 层面的软件升级。FOTA 能够深层次改变汽车控制系统、管理系统及性能表现，比 SOTA 在技术实现上难度更大。FOTA 涉及控制器核心功能（控制策略）的系
226、统性更新，对整车性能影响较大，升级过程对时序、稳定性、安全性要求极高，同时升级前置条件包括挡位、电量、车速等要求，因而升级过程一般不支持车辆运行，也就是前文提及的“无感升级”在 FOTA 层面的实现颇具挑战。作为车辆应用软件的底层载体，操作系统是汽车 OTA 得以实现的关键支撑技术，尤其 FOTA 固件更新。传统碎片化的分布式电子电气架构导致车企严重依赖供应链，在控制器的工作逻辑、基础软件层和汽车芯片方面的理解和掌握不够透彻，难以实现系统性升级。因此，采用面向服务的新型电子电气架构、对基础软件的深度把握等成为车企适配最佳 OTA 解决方案的基础。随着汽车 OTA 技术升级快速增长，中国出台了多
227、项与汽车 OTA 升级相关的政策标准，对智能网联汽车软件升级相关工作和要求进行了明确，对 OTA 管理有了积极的进展。其中，工信部从生产企业及产品准入角度出台关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见、关于开展汽车软件在线升级备案的通知等政策；市场监管总局从产品召回、认证认可角度出台关于进一步加强汽车远程升级（OTA）技术召回监管的通知、关于汽车远程升级（OTA）技术召回备案的补充通知等政策。随着 OTA 技术的广泛应用，两部委的监管趋严，共同规范汽车 OTA 行业，整顿市场秩序，向标准化和规范化发展。3.2 硬件架构关键技术硬件架构关键技术表 3-2 硬件架构关键技术导读3.硬件架构3
228、.2.1 分布式架构下的硬件架构概述第 3 章关键技术体系85关键技术3.2.2 域 集 中架构下的硬件架构关键技术3.2.2.1 域集中架构下的硬件架构综述物理形态、连接方式、硬件组成、控制器内部结构（内部硬件组成）3.2.2.2 分域硬件架构关键技术-车辆控制域车控域控制器、线控底盘系统技术3.2.2.3 分域硬件架构关键技术-智能驾驶域智能驾驶域控制器、智能驾驶域控制器芯片、环境感知技术3.2.2.4 分域硬件架构关键技术-智能座舱域智能座舱域控制器、智能座舱域控制器芯片3.2.3 中 央 集中架构下的硬件架构关键技术3.2.3.1 中央计算架构的拓扑物理形态、连接方式3.2.3.2 中
229、央计算单元关键硬件技术异构多核计算芯片技术多 2SoC 芯片之间的高速可靠通信技术面向安全的硬件/模块技术硬件层面的数据预处理和计算分流高性能数据存储3.2.4 整 车 电气设计3.2.4.1 电源系统设计-智能配电技术3.2.4.2 线束设计和布置3.2.1 分布式架构下的硬件架构概述分布式架构下的硬件架构概述传统分布式电子电气架构主要以功能域进行划分，一般分为车身、底盘、动力、信息娱乐以及自动驾驶，每个功能域按网段进行设计，通过网关控制器进行跨域通信和路由，主干网和支路主要采用 CAN/LIN 通信，其硬件拓扑如下图 3-9 所示：第 3 章关键技术体系86图 3-9 分布式电子电气架构车
230、身舒适网段主要包括车身控制器 BCM、无钥匙进入系统 PEPS、座椅记忆模块 DSM、电动尾门模块 PTM、电动压缩机控制器 EAS、蓝牙模块 BLE、气囊控制器 SDM、胎压检测模块 TPMS 等；信息娱乐网段主要包括车机 HUM、仪表 ICM、独立功放 AMP、行车记录仪 DVR等；底盘动力网段主要包括发动机控制系统 EMS、变速箱控制单元 TCU、车身电子稳定系统ESP、电动助力转向 EPS、电子换挡控制器 ETRS 等；网联网段以远程终端控制器 T-BOX 为主。在传统分布式架构阶段，车辆各功能由不同的单一电子控制单元控制，一辆车往往分布着上百个控制单元，各个控制单元不但直接驱动执行器
231、和传感器，还承担了业务功能的很多控制逻辑。因此，功能的更新迭代，往往需要多个控制器配合修改，而各个 ECU 采购至不同的供应商，这导致软件变更周期长、难度大。这种关系下，传统分布式架构无法支持汽车在自己的生命周期里实现复杂功能的增加，而且伴随着汽车越来越智能化，分布式架构下的各控制单元如果无限制扩张，一来算力不能协同，产生极大浪费，二来内部也需要大量通信，导致线束成本和装配难度大幅增加。3.2.2 域集中架构下的硬件架构关键技术域集中架构下的硬件架构关键技术3.2.2.1 域集中架构下的硬件架构综述域集中架构下的硬件架构综述7为了进一步降低零部件数量和线束长度，系统功能集成度进一步提升，电子电
232、气架构向集中式 EE 架构演进。物理形态物理形态：将两个或者多个功能域，进一步合并为一个跨域控制器（Cross-Domain ControlUnit,CDCU），例如将动力域、底盘域、车身域合并为车辆控制域，或者将动力域与底盘域合并为动力底盘域。整体上，从集成度相对较低的“五域”（如包括自动驾驶域、动力域、底盘域、座舱域和车身域）逐步过渡到集成度较高的“三域”（如包括自动驾驶域、智能座舱域、车控域）。连接方式连接方式：在跨域集中的情况下，连接方式通常有两种常见方案，如图 3-10 和 3-11 所示：（1）基于中央网关的跨域集中式电子电气架构的网络架构，采用多条总线，如汽车以太7研究报告智能网
233、联汽车新型电子电气架构标准化需求研究，全国汽车标准化技术委员会，2022 年第 3 章关键技术体系87网、CAN、LIN 等，并通过中央网关互连集成；（2）基于骨干网的跨域集中式电子电气架构的网络架构，其中骨干网可采用高速车载网络，如汽车以太网，基于 1000BASE-T1、100BASE-T1 协议，可提供高达 1000Mbps/100Mbps 的通讯速率，子网络可采用 CAN/CANFD、LIN 总线作为辅助。硬件组成硬件组成：跨域集中式架构的硬件组成主要包括：跨域控制器（CDCU）、域控制器（DCU）、高速通信网络、中央网关（可选）。图 3-10 基于中央网关的跨域集中式电子电气架构的网
234、络架构示意图图 3-11 基于骨干网的跨域集中式电子电气架构的网络架构示意图控制器内部结构控制器内部结构（内部硬件组成）（内部硬件组成）：与域架构相比，在跨域集中式架构下控制器内部结构的变化主要体现在跨域控制器（CDCU）单元上。与域控制器相比，跨域控制器承担了更多、更复杂或更综合的功能，需要更高计算处理能力的芯片，比如：芯驰科技发布的一款车规控制单元（MCU）E3 系列，可以将动力域、底盘域、车控域集成为车控域，这款芯片主频最高可支持 800MHz，有四大优势：高可靠、高安全、高性能、广覆盖。是针对汽车安全相关应用设计的新一代高性能产品，集成多达 6 个 ARM Cortex R5 CPU
235、核心，其中 4 个内核可配置成双核锁步或独立运行，E3 MCU 不仅同时能处理更多的任务，处理每个任务的速度也会更快，同时也保证高可靠和高安全性。可以把 VCU（整车控制器）、BMS（电池管理）等单元，或 T-BOX、BCM（车身控制模块）集成在一起，实现更好的协同性能。此外，相比域控制器，跨域控制器与其它域控制器的通信需求也更高，需要更高带宽的车载网络接口。3.2.2.2 分域硬件架构关键技术分域硬件架构关键技术-车辆控制域车辆控制域整车控制包含动力系统控制、底盘系统控制、车身系统控制。动力系统负责动力总成的第 3 章关键技术体系88优化与控制，进行发动机、变速箱管理、电池监控、排放、限速和
236、节能管理等功能；底盘系统包含传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统，使用传感器检测车速、车身姿态和道路环境，控制车辆的行驶行为和行驶姿态；随着车辆智能化发展，车身系统功能越来越多，负责车灯、车门、车窗控制、天线、雨刮洗涤、智能钥匙、胎压监测、网关通信等功能管理。车控域的功能是将这些控制的逻辑运算集成在车控域控制器中，被控的单元仅执行控制命令及本地的功能。（一）车控域控制器图 3-12 车控域硬件结构车控域控制器的硬件架构设计车控域控制器的硬件架构设计主要包含下述内容，如图 3-12 所示：通讯接口设计：通讯接口设计：定义和设计各种通讯接口芯片和电路，包括 LIN 总线的收发器型号和数量的定义、
237、选择电路的设计工作等；CAN/CANFD 总线的收发器型号和数量选择和定义工作，外围电路元件数值的计算和布板；以太网 Switch 和 PHY 芯片的选型和定义，以及外围电路的设计工作。电源电路设计布置：电源电路设计布置：包含电源功能的设计，例如：是否有电源唤醒，是否有多路电源输出等，计算电源的功率、芯片型号选择、芯片的转换效率、自身功耗以及发热损害等。LIN外围电路CAN外围电路SWICH中央运算电路（MCU、MPU、多核、SOC、GPU）驱动放大电路输入信号处理电路EEPROM无 线高 频低频测点接地电路电源电路扩展预留电路晶振ESD EMC 电路接插件PHY输出第 3 章关键技术体系89
238、驱动电路设计：驱动电路设计：根据对驱动负载的功率计算，驱动芯片的内阻值、驱动的方式、驱动的自检等方面进行驱动芯片的选型和芯片的保护方法的设计工作等。信号处理电路设计：信号处理电路设计：对各种输入信号的处理电路的设计工作，包括数字电压信号、模拟电压信号、PWM（脉冲宽度调制）信号、电流信号、光电信号，高频和低频信号等等。EMC 电路设计：电路设计：对 ESD（静电保护）和各频段干扰电路的设计工作，进行 ESD 元件和干扰元器件的选择和位置设计工作。接地电路设计：接地电路设计：包括模拟接地和数字接地的区别，总线通讯接地的设计工作，以及大电流负载接地是设计等工作。中央运算及存储电路设计：中央运算及存
239、储电路设计：根据算力的计算外围 I/O 电路、外围设备（CAN 控制器、PWM、定时器等）和功能的需求，进行 MCU 或 MPU 或 SOC 的选型计算，了解各公司相近功能元器件的区别和优劣势的对比，以及代码量的大小、升级的需求等方面来确定存储器的大小和设计位置（内置还是外置）。无线高频和低频接收电路设计：无线高频和低频接收电路设计：对高低频接收电路的设计工作，高低频电路的 EMC 设计工作，以及对芯片的应用技术的工作。接插件设计：接插件设计：包括接插件型号的选择，插接件内电源接入的通道数量和接地的通道数量，总线输出的 pin 脚在接插件内的位置，小信号输入和大电流输出的 pin 脚在接插件内
240、的位置，接插件的防水性能，接插件的锁扣形式以及可维修性等设计工作。（二）线控底盘系统技术线控（drive-by-wire）技术，是底盘人机解耦的关键，也是实现高阶自动驾驶的基础支撑。线控系统摒弃了复杂的机械或液压链接，结构紧凑，系统仅含传感器、控制器、电机等。线控技术的实现通过传感器将驾驶员的操纵指令转换成电信号传送给控制器，控制器分析信号、并将指令发送给执行机构，最终由功能装置实现目标指令。线控转向、线控制动、线控驱动、线控悬挂为线控底盘的四大关键方向，而安全冗余是线控底盘的关键挑战，本领域的关键技术包含硬件基础、软件平台及控制算法。线控底盘作为自动驾驶汽车的核心零部件，综合了软件、硬件以及
241、机械的能力，具有较第 3 章关键技术体系90高的技术门槛。国际巨头如博世、采埃孚、大陆等在二十多年前就开始研发线控底盘系统，掌握了全球领先的核心技术。国内供应商已开始奋起直追，补缺本土线控底盘的短板，如亚太股份、联创汽车电子、格陆博、拿森等公司，均已取得不错的进展，同时近来还有一些新型创业公司以提供整体的滑板底盘作为自己的主业，相信在未来数年，国内的线控底盘厂商将迎来飞速发展期。3.2.2.3 分域硬件架构关键技术分域硬件架构关键技术-智能驾驶域智能驾驶域（一）智能驾驶域控制器早期大多数 L0-L2 级别的 ADAS 系统都是基于分布式控制器架构，整个 ADAS 系统由4-5 个 ADAS 子
242、系统组成，每个子系统通常是一体机整体方案（可以被看作是一个智能传感器），子系统独占所配置的传感器，通常相互之间是独立的。分布式架构的 ADAS 系统存在两个缺点：（1）各个子系统互相独立，无法做多传感器之间的深度融合；（2）各子系统独占所配置的传感器，因此无法实现跨多个不同子系统传感器的复杂功能。随着智能驾驶的来临，其所涉及的感知、控制、决策系统复杂性更高，与车身其它系统的信息交互、控制也越来越多，伴随着 EEA 从分布式向集中式的演进，催生了模块化、可移植、便于管理的智能驾驶域控制器。智能驾驶域控制器中配置了集成度更高、算力性能更高的计算处理平台，实现更复杂的传感器数据融合算法支撑，通过对摄
243、像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达等传感器信号的融合处理，结合高精地图和导航等信息，做出自动驾驶决策，并输出整车控制指令，从而实现更高级别的智能驾驶功能。第 3 章关键技术体系91图 3-13 智能驾驶域控制器示意8如上图 3-13 所示，硬件结构上，智能驾驶域控制器需兼容多类型多数量传感器，并具备高安全性和高性能。现有单一芯片无法满足诸多接口和算力要求，大批量、多类型的数据流入特征，使得智能驾驶域控制器应当是异构多核芯片的硬件方案，即传统的 CPU+AI 计算单元的解决方案。自动驾驶域控制器通常要连接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达以及 IMU 等传感器设备，并对来自这些传感器的大量数据
244、进行处理和计算。尤其是摄像头和激光雷达所产生的数据量非常大，因此需要核心运算性能强劲的主控芯片。自动驾驶域控制器对于主控芯片的算力要求很高，衡量智能驾驶域控制器芯片的关键指标如下：（1）CPU 算力。与其他域控制器芯片一样，以 DMIPS（Dhrystone MIPS）来测量 CPU核心的整数计算能力。CPU 对智能驾驶域主控 SoC 芯片的影响体现在对于前端感知的原始目标（图像、激光点云等）的前融合处理（这里不包含 AI 感知运算）。（2）AI 算力。除了理论硬件算力之外，实际的算力利用率也至关重要。不同 AI 加速器的架构设计通常会导致不同的硬件算力实际利用率，因而相同的神经网络模型在两款
245、具有相8高性能自动驾驶域控制器的关键要素设计，焉知智能汽车，2021 年第 3 章关键技术体系92同硬件理论算力的 AI 加速器上跑出不同的实测性能。（3）能效比。能效比是算力与 TDP 功耗之比，也即每瓦功耗所能贡献的理论算力值，这是衡量 AI 加速器设计好坏的一个非常重要指标。比如：NIVIDAOrin 芯片算力为 200TOPS，TDP 是 50W，其能效比约为 4TOPS/W。（4）内存带宽。智能驾驶芯片平台因为要接入大量的传感器数据，因此内存的压力非常大。整个系统往往呈现出 Memory-Bound（内存受限）系统的特点，因此内存带宽通常决定了系统性能的理论上限。常见的 256-bi
246、t LPDDR44266，其带宽为：（256*4266）/（8*1000）=136.5GB/s。256-bit LPDDR56400 的带宽为：（256*6400）/（8*1000）=204.8 GB/s。（5）视觉接口与处理能力。智能驾驶域控制器 SoC 芯片通常内置集成的 ISP（图像信号处理）模块。通过 MIPI-CSI-2 接口所连接的摄像头传感器，先把原始图像数据送给 ISP 进行处理，ISP 处理过后的 RGB/YUV 图像数据再送给其它模块，比如 CODEC 或 CV 加速器等。为了得到更好的图像效果，智能驾驶汽车对 ISP 的要求非常高。此外，跟视觉处理相关的重要特性还包括图像
247、绘制加速 GPU、显示输出接口以及视频编解码等。（6）丰富的 IO 接口资源。智能驾驶域控制器主控芯片接口包括传感器设备接口和高/低速总线接口。智能驾驶传感器主要有：摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、组合导航、IMU 以及 V2X 模块等。1）对摄像头的接口类型主要有：MIPI CSI-2、LVDS、FPDLink 等；2）激光雷达一般是通过车载以太网接口来连接；3）毫米波雷达都是通过 CAN 总线来传输数据；4）超声波雷达基本都是通过 PS15 或者 LIN 总线；5）组合导航与惯导 IMU常见接口是 CAN；6）V2X 模块一般也是采用以太网接口来传输数据。高速接口与低速接口包括
248、PCIe、USB、I2C、SPI、RS232 等。（二）智能驾驶域控制器芯片智能驾驶域控制器芯片方案从最早的四芯片方案，过渡到三芯片方案，再到两芯片方案，芯片趋向集成化。SoC 通过在单块芯片上集成多个微处理器、模拟 IP 核、数字 IP 核和存储器等部件来实现相关功能，包括 CPU、AI 计算、DSP、ISP、Codec、NPU（ASIC）、Modem 等模块，其中最核心的是计算单元和 AI 单元。第 3 章关键技术体系93从图 3-14 中的智能驾驶计算平台硬件架构可以看出，智能驾驶计算平台硬件智能驾驶计算平台硬件一般包括以下几个关键技术部分：图 3-14 智能驾驶计算平台硬件架构1.通用
249、计算单元通用计算单元计算单元可采用高性能的 SoC 芯片集成多个处理器，具有运算力高、功耗低、可编程等特点，计算单元执行了大部分自动驾驶相关的核心算法，根据 AI 单元整合完成的多传感器融合数据，完成路径规划、决策、控制等功能。当前主流 SoC 选择的多是 ARM 架构的多核 CPU。2.AI 加速单元加速单元AI加速单元采用并行计算架构AI芯片，并使用多核CPU配置AI芯片和必要处理。AI 芯片可选用 GPU、FPGA、ASIC（专用集成电路）AI 芯片等。当前完成硬件加速功能的芯片通常依赖内核系统（多用 Linux）进行加速引擎及其他芯片资源的分配、调度。通过加速引擎来实现对多传感器的数据
250、高效处理与融合，获取用于规划及决策的关键信息。AI 计算单元作为智能驾驶计算平台中算力需求最大的一部分，需要突破成本、功耗和性能的瓶颈以达到产业化要求。AI 算力衡量方法，其核心是衡量芯片对于数据处理的效能。这需要软硬结合，从三个维度来衡量：（1）峰值算力（由芯片架构、前后端设计和芯片工艺共同决定）；第 3 章关键技术体系94（2）峰值算力的有效利用率（由编译器和芯片架构决定）；（3）算力转化为 AI 性能比率（主要是速度和精度两方面，由算法决定）。3.控制单元控制单元控制单元使用性能强大的 MCU 芯片，又称为 Safety MCU，满足功能安全 ASIL D 要求，具有强大的运算能力。有多
251、路 CAN 总线接口和高速以太网接口，能与车身传感器连接，并接收和发送车身 CAN 总线和以太网消息，从而实现控制平台与整车其它节点进行交互。Safety MCU 是控制平台的大脑，通过监控温度、SoC 的工作状态、供电模块状态、通信状态以及交互节点的状态，从而决定车辆横向、纵向和制动控制的最终指令，保证行驶安全。当检测到控制平台或配合模块出现异常时，Safety MCU 能够及时进入安全状态，及时告知驾驶员或安全停车。在一些特殊情况下，例如 SoC 异常，Safety MCU 能够根据雷达的信号计算出前方的障碍物，能够继续执行辅助驾驶，提高了辅助驾驶的舒适性。控制单元主要特征以及趋势如下：（
252、1）包含高性能多核处理器，采用异构、模块化、可扩展式架构，计算能力可配置；支持多线程处理任务等；（2）硬件接口丰富，支持多路摄像头视频数据接入，多路以太网设备接入，多路 CAN接口设备计入，多路 LIN、FlexRay 的接口设备输入；（3）内置图像处理模块，随着图像分辨率的提高，摄像头尺寸小型化，散热要求增高，摄像头不适合单独增加图像处理模块，已逐渐形成往计算单元集成的趋势。摄像头图像数据的处理能力也会对算法效果造成直接影响；（4）内置温度传感器，计算单元模块要进行大量数据运算，芯片对温度要求也比较敏感，通常内置温度传感器，当温度过高时，会输出相应信号，核心模块根据温度结果，采取对应的温度策
253、略，以保证系统的稳定、可靠运行；（5）计算单元至少需要满足功能安全 ASIL B 等级，在 L3 级别以上的自动驾驶场景，系统需要整体满足 ASIL D 等级要求。自检（BIST）模块，支持故障注入；片上存储器支持错误检查和纠正（ECC）保护；内置错误信号监控（ESM）模块；运行时安全诊断；支持监第 3 章关键技术体系95控电压、温度、时钟、看门狗定时器、存储器循环冗余校验（CRC）等。（三）环境感知技术1.视觉系统视觉系统视觉系统作为汽车的“眼睛”，在智能汽车中扮演着举足轻重的角色，它在障碍物分类、横向距离检测等方面具有先天优势，无法被其他传感器取代。关键技术包含镜头、感光芯片、AI 芯片及
254、算法。车载摄像头主要有前视（安装在前挡风玻璃上）、侧视、后视摄像头、环视摄像头等，其中前视摄像头是使用频率最高的摄像头。摄像头的成像过程是光线首先通过镜头，到达感光元件 CMOS，将光线转换为数字信号，然后数字信号被传送到一个专门的外理器（DSP）或者内置的 ISP。随着城市自动驾驶的普及，自动驾驶对车载摄像头的性能要求进一步提升，L2 及以上的自动驾驶前视由 200 万像素摄像头提升到 800 万摄像头，侧视和后视也有逐步提高分辨率的趋势，对计算平台 SOC 的算力提出了更高的要求。2.毫米波雷达毫米波雷达毫米波雷达的优势在于可以提供精确的距离和速度信息，探测距离也比较远，可以全天候工作，穿
255、透雾、烟、灰尘的能力强，是摄像头传感器的必要补充。关键技术涉及 MMIC（单片微波集成电路）、天线 PCB、雷达整机集成。汽车前向探测以 77GHz 毫米波雷达为主。3.激光雷达激光雷达激光雷达由于其指向性指标的优势可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离，准确绘制出精度达厘米级别的 3D 环境地图，是技术可靠的的定位技术。激光雷达可增强感知系统的冗余性，补充毫米波雷达、摄像头缺失的场景，与高精地图配合发挥定位作用。在 L3 及以上级别的自动驾驶系统中，激光雷达的作用从辅助走向主导，配备个数也将增加。激光雷达的核心技术主要包含主要包括激光发生和探测、FPGA 芯片、模拟芯片、光学部件。
256、3.2.2.4 分域硬件架构关键技术分域硬件架构关键技术-智能座舱域智能座舱域第 3 章关键技术体系96（一）智能座舱域控制器智能驾驶舱集成了 DIC、HUD、IVI 和 RSE 等多屏融合为汽车带来更为智能化和安全性的交互体验，同时也是高级辅助驾驶（ADAS）、自动驾驶和人工智能等技术的关键接口。实现一芯多屏的难点在于芯片需要强大的处理能力以及复杂的软件操作系统，目前芯片厂商正加速技术迭代。智能座舱 DCU 内部芯片由主控制器芯片、MCU、存储、DSP、I/O、以太网口等组成。外部通过以太网接口与 DVR、DMS、AR-HUD、ETGW 等相连，通过 Fakra 接口与摄像头相连，通过 HF
257、M、HSD 接口连接外部显示器包括仪表、HUD、ACD，通过 Fakra 连接流媒体后视镜。在内部主控芯片通过 UART/SPI 接口与 MCU 相连，通过 RGMII 与以太网口相连，通过 I2C 和 I2S 与 DSP 相连。（二）智能座舱域控制器芯片目前智能座舱的芯片多以 ARM 打造的 CPU 以及 GPU、ISP、DSP 组成的 SoC 芯片为主，负责座舱内海量数据的运算处理工作包括多个摄像头的视频接入、车内音频处理、语音以及多个显示屏的图像渲染和输出、车内 WiFi/BT 互联以及与车内其他域之间的以太网数据交互。智能座舱域控制器芯片需要综合考虑芯片架构和芯片算力，其对座舱系统的响
258、应速度、启动时间、连接速度等具有重要影响。从 ARM 内核的发展架构来看，正在从单 SOC 多核变化到单 SOC 多核异构（图 3-15）。单 SOC 多系统共存技术趋于成熟，一体化程度更高。对于多核异构 CPU 而言，其整体算力可看成是多个核算力的总和。图 3-15 单 SOC 多核变化到单 SOC 多核异构示意3.2.3 中央集中架构下的硬件架构关键技术中央集中架构下的硬件架构关键技术第 3 章关键技术体系973.2.3.1 中央计算架构的拓扑9为了进一步提升集中处理能力、减少线束长度、简化通信等，电子电气架构的集成度进一步提高，软硬件进一步解耦，形成了中央集中式电子电气架构。与（跨）域集
259、中架构不同，中央集中式电子电气架构，不再按照功能去部署车内的电子电气系统，原有分布式架构下的ECU 的控制或计算功能被中央计算大脑收编，计算集中于中央计算大脑。物理形态物理形态：在中央集中式电子电气架构中，核心的物理形态体现为中央计算大脑，即通过将域集中式电子电气架构中的多个域控制器进一步的高度整合，拥有算力更强的多核芯片以及各种操作系统组合的的高性能计算平台。同时为了减少线束长度、简化通信、提高功率分配性能，可以按照物理位置划分区域并在区域内部署区域控制器（ZCU）或区域网关等。最终形成中央计算平台（1 个或多个高性能计算单元）+多个区域控制器（或网关）的架构。连接关系连接关系：在中央集中式
260、架构下，连接方式通常具有以中央计算平台为核心、区控制区为辅助的星型及星型+环形复合拓扑方案等，如图 3-16 和 3-17 所示。图 3-16 基于 SOA 的星型中央集中式电子电气架构的网络架构示意图图 3-17 双拓扑型中央集中式电子电气架构的网络架构示意图3.2.3.2 中央计算单元关键硬件技术中央计算单元关键硬件技术1.异构多核计算芯片技术异构多核计算芯片技术中央计算单元用异构多核 SOC 芯片，架构可以分为以下两类形态：硬件隔离式和软件虚拟式，如下图 3-18 和 3-19。9研究报告智能网联汽车新型电子电气架构标准化需求研究，全国汽车标准化技术委员会，2022第 3 章关键技术体系
261、98图 3-18 硬件隔离式多核控制器示意图图 3-19 软件虚拟式多核控制器示意图硬件隔离式是指，在统一的计算平台上采用虚拟化方案，同时运行多个操作系统，但是各个系统依然在硬件上进行隔离，每个系统都有自己的专属硬件资源。软件虚拟式是指，在统一的计算平台上采用虚拟化方案，同时运行多个操作系统，每个操作系统所使用的硬件资源，由 Hypervisor 层动态调配，每个系统并没有专属的硬件资源。硬件隔离式和软件虚拟式，都采用了虚拟化方案，唯一不同点在于硬件资源是否专属，如果是专属的，就意味着资源无法动态调配，容易产生资源浪费。虚拟化方案最大的好处是，硬件上的可拓展性，如果中央计算单元采用刀片式的设计
262、结构，可以很方便的拓展计算单元的算力，而不用替换整个计算单元。在中央计算单元中，只需要两个操作系统即可，用于自动驾驶、车控、网关的 RTOS，以及用于娱乐的普通 OS（如 Android、Linux）。用于娱乐的 OS 完全可以通过虚拟机的方式运行，用于自动驾驶、车控、网关的 RTOS，可以直接运行在 Hypervisor 层，这样在兼顾实时计算的要求的前提下也能获得丰富的娱乐系统功能。中央计算单元的核心芯片多采用高性能 SOC。SOC 在单块芯片上集成多个微处理器、模拟 IP 核、数字 IP 核和存储器等部件，比如 CPU、GPU、DSP、ISP、Codec、NPU、Modem等模块。此外，
263、为了提高功能安全，中央计算单元采用的高性能 SOC 还需要考虑功能安全的增强第 3 章关键技术体系99设计，采用独立于环境的功能安全要素（SEooc，Safety Element out of Context）开发方式。2.多多 SoC 芯片之间的高速可靠通信技术芯片之间的高速可靠通信技术（1）SPISPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种高速的、全双工、同步的串行通信总线，由摩托罗拉提出。SPI 至少需要 4 根线，分别是 MISO（主设备输入从设备输出）、MISI（主设备输出从设备输入）、SCLK（时钟）、CS（片选信号）。SPI 采用主从方式工
264、作，一个主设备可以互联一个或多个从设备。当主设备要和某个从设备进行通信时，主设备需要先向对应从设备的片选线上发送使能信号（高电平或者低电平，根据从机而定）表示选中该从设备。SPI 总线在进行数据传输时，先高位后低位，一个字节传输完成后无需应答即可开始下一个自己的传输。总线采用同步方式工作，没有起始信号、结束信号和应答位。时钟线在上升沿或者下降沿时，发送器向数据线上发送数据，在紧接着的下降沿或者上升沿时，接收器从数据线上读取数据，完成一位数据传输，8 个时钟周期即可完成一个字节数据的传输。SPI 的传输速率受到最大时钟频率和 CPU 处理能力的影响，一般最高可达 50Mbits/s。鉴于此，SP
265、I 可为多颗 SOC 芯片板级通信提供支持。如图 3-20 为多颗 SOC 芯片间采用 SPI 板级通信的示意图（一主多从模式，M 为主 SoC，Si 为从 SoC，i=1n）。图 3-20 SPI 板级通信示意图（2）IICIIC（Inter Integrated Circuit，集成电路总线）是一种由飞利浦公司开发的半双工串行总线。IIC 是各种总线中使用信号线最少，并具有自动寻址、多主机时钟同步和仲裁等功能的总线。它只有两根通信线，分别是时钟线 SCL（Serial Clock）和数据线 SDA（Serial Data），SCL 通过方波信号提供时钟节拍，SDA 使用高低电平传输二进制的
266、数据。SCL 和 SDA 线都第 3 章关键技术体系100是双向的，空闲时二者都为高电平，SDA 线上的数据在时钟线高电平期间必须是稳定的，只有当 SCL 线上的时钟信号为低电平时，数据线上的电平状态才可以改变。输出到 SDA 线上的每个字节必须是 8 位，每次传输的字节不受限制，但每个字节必须要有一个应答 ACK。IIC使用多主多从架构，允许多个器件并联在 IIC 总线上，每个器件有特定的地址，分时共享 IIC总线。其数据传输速率在标准模式下可达 100Kbit/s，在快速模式下可达 400Kbit/s，在高速模式下可达 3.4Mbit/s，在超高速模式下可以达到 5Mbit/s。IIC 也
267、可为多颗 SoC 芯片板级通信提供支持。如图 3-21 为多颗 SoC 芯片间采用 IIC 板级通信的示意图（多主多从模式，M 为主SoC，S 为从 SoC，M/S 为主或从）。图 3-21 IIC 板级通信示意图（3）车规级 PCIePCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一种高速串行计算机扩展总线标准，由英特尔在 2001 年提出的。它的主要优势是数据传输速率高、抗干扰能力强、传输距离远、功耗低等。PCIe 使用点对点的串行收/发链路将各 PCIe 设备连接到主机，每个设备单独占用通道带宽，数据传输速率得到提高。其数据发送端/接收端各
268、自独立工作，支持全双工通信，传输数据量的大小由通道数决定的。每个通道由两对数据线组成，一对发送，一对接收，每对数据线包含两根差分线。一个连接通道称为 X1，由 4 根数据线组成，每个时钟周期各方向可传输 1bit 数据，类似的还有 X2、X4、X8、X16 等。PCIe 协议已有版本包括 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 和 6.0，当前高性能的车规级 SoC 多采用 PCIe3.0 进行通信。PCIe3.0 采用 128b/130b编码，可抵抗外部干扰，保持数据传输的稳定性，每一条通道可支持最高 7.877Gbits/s 的传输速率。鉴于此，PCIe 可作为多颗 SoC 芯片板级通信的
269、方案。比如 Diodes 推出了车规级 PCIe第 3 章关键技术体系1014.0 频率产生器与缓冲器产品，可用于车载影音主机、ADAS、导航、信息娱乐等领域。如图3-22 为多颗 SoC 芯片间采用 PCIe 板级通信的示意图，主要包括 3 个 PCIe 端点（如 SoC#1、SoC#2、SoC#3）、一个 PCIe Switch、一个 PCIe Bridge、一个 PCIe RC（Root Complex）模块和一个个存储器。图 3-22 PCIe 板级通信示意图3.面向安全的硬件面向安全的硬件/模块技术模块技术（1）面向信息安全的硬件/模块技术面向信息安全的硬件/模块技术，如 MPC57
270、48G 配备 HSM 硬件安全模块，与传统的 CSE相比，CSE 只能完全按照 SHE 的规范来写，HSM 用户可以自己写加密算法，硬件上 CSE 和HSE 都有一个 32 位处理器，不过 HSM 有独立的 Flash/RAM。（2）面向功能安全的硬件/模块技术如图 3-23 所示，面向功能安全的硬件/模块技术，主要包括：1）通过车规级 MCU（较稳定）作为安全岛，实现以 SoC 为主的计算平台健康状态监控/及容错备份；2）采用具有锁步核监控的 SoC，实现任务处理的状态监控；3）存储独立性（分区管理、安全访问），保证数据安全；4）信号冗余采集（对同一功能设置多个控制端口），提高系统安全性。第
271、 3 章关键技术体系102图 3-23 面向功能安全的硬件/模块技术SoC 状态监控，状态监控，通过车规级 MCU 监控 SoC 的运行状态，确保区域控制器能正常执行功能。SoC 容错容错，锁步核与被监控的核监控，两个核运行同样的程序，将结果输入一个比较逻辑中，周期性比较两个核的输出结果是否相同。如果相同，则继续运行；否则，则需要采取一定的措施。如果一段时间后错误还是存在，可能重启或者重新检查。采用具有锁步核监控SoC 实现了高诊断覆盖度（检测错误发生的能力）。存储隔离存储隔离/分区（独立性），分区（独立性），有助于多道程序设计，从而提高系统的资源利用率，同时单个区块数据错误时，不影响其他区域
272、的数据，保证数据安全。接口冗余（信号），接口冗余（信号），对同一功能（同一按钮）赋予多个不同（moduleA，module B）控制端口（输入），通过功能冗余提高功能的可靠性。4.硬件层面的数据预处理和计算分流硬件层面的数据预处理和计算分流数据前融合在空间、时间同步的前提下，将传感器原始数据融合在一起，然后进行处理，得到一个具有多维综合属性的结果层目标，当前一般在 AI 加速芯片中由软件进行处理；这种将原始数据直接融合的方式，可以尽可能多的保留传感器信息，具有很高的精度，但由于传感器数据量大，所以处理时间较长，效率低下，实时性很难保证；对融合系统的通信带宽要求较高，采用 FPGA 方案将串行处
273、理改为并行处理，提高数据融合处理的实时性和处理效率。计算分流一般是指为了提高数据计算效率充分使用当前闲置的其他计算资源进行分布并第 3 章关键技术体系103行数据处理，主 SoC 将其他处理完成的结果再进行汇总决策，以充分提高计算效率。5.高性能数据存储高性能数据存储增强存储技术：在当前大数据背景下，大量数据的本地存储、校验、传输确实存在较大的问题，受限于 NOR Flash 的耐久性（产品寿命限制）、性能瓶颈（传输速率，协议兼容）、存储分区（频繁擦写数据而损坏全盘）、数据预烧录等问题，应用车规级 DDR、DDR2、DDR4、SSD 和 UFS 等存储技术能显见的提高数据存储性能、容量、安全性
274、和可靠性。（三）区域控制器的硬件组成及结构在汽车电子电气架构不断发展演进过程中，区域控制器（ZCU，Zonal Controller Unit）扮演了关键角色。在通常的架构设计中，区域网关控制器提供丰富的外部接口以及合适的计算能力，主要完成区域（Zone）的连接网关功能（包括 CAN/LIN/以太网关等），同时提供传感设备和执行机构的原子化服务（如电机控制服务、冷暖风门服务、灯控服务、制动控制服务、油门踏板服务、档位服务、转向服务、水泵服务、风扇服务等）。区域控制器主要配置实时域硬件，支撑各类实时控制操作，其中设备抽象代理是工程化适配的重点。同时考虑功能扩展以及 SOA 统一化部署，可以预埋性
275、能域硬件，当然也可以基于实时域硬件有条件地实现部分功能的服务化。在汽车电子电气架构中引入区域控制器 ZCU，主要目的包括：实现 ECU 的集成和整合，减少整车 ECU 数量；集成智能配电技术，实现设备的就近配电和智能化用电管理；实现设备抽象和原子服务定义，支撑软硬分离与解耦；实现通讯网关功能，支持 CAN/LIN/以太网的消息转换和路由转发。当前阶段，在汽车电子电气架构中区域控制器（ZCU）所承担的是一个区域中心的角色，具体包括如图 3-24 所示三类功能：第 3 章关键技术体系104图 3-24 区域控制器三类功能（1）区域 I/O 中心：接入各类传感器和执行机构，实现 I/O 控制与信号采
276、集；（2）区域供电中心：为区域内用电设备供电，并提供设备用电智能化管理（用电采集、用电策略配置、用电管理等）；（3）区域数据中心：传感器/执行器设备抽象和原子服务封装，支持 S2S，实现服务与信号映射。车控域控制器的硬件架构关键技术主要包含：（1）运算芯片选型技术：MCUMPUSoC 等运算芯片的作用、算力、应用场景、制程以及编程环境应用、编译工具应用等技术。（2）通讯电路应用技术：对各类通讯控制器和收发器的应用技术。（3）元器件的应用技术：对各类电子元器件的选型和应用技术。（4）电路原理设计技术：对电子电路的工程设计技术。（5）硬件电路测试技术：对电路板的测试技术以及根据功能对电路板上测点（
277、Test Point）的设计技术。（6）电路板的布板技术：多层板的设计能力，元器件的布置能力，了解各种和不同厂家元器件的封装和尺寸，接地层的布置，高低频电路等设计能力。（7）电磁兼容设计技术：EMC 和 ESD 元件的选型和应用技术。（8）电路板的加工技术：电路板的加工工艺水平。第 3 章关键技术体系1053.2.4 整车电气设计整车电气设计3.2.4.1 电源系统设计电源系统设计-智能配电技术智能配电技术随着整车电气负载的增加、电气架构的发展、新型能源的涌现，电源系统设计也随之变革和优化，从开始的保障电网用电平衡、用电安全，逐步发展到电网的智能、绿色。电源系统设计已从电源部件的组合，转型为电
278、源网络的系统设计和电源网络的控制设计。在汽车电子领域配电方面，随着 MOSFET 和 HSD 芯片的迅速发展，目前已经可以做到使用单一芯片取代诸如继电器、保险丝、继电器驱动器等众多组件了。从芯片的角度来看，MOSFET 寿命更长，因此配置与组装组件时具有更多弹性。传统保险丝和继电器都属于机电件，属于材料和机械电气结合的领域，而基于半导体技术的 MOSFET 和 HSD 芯片则是电子器件，二者是有本质的区别的。智能配电技术就是采用 MOSFET 等芯片类产品取代传统的继电器保险，对相应的设备进行供电，并通过信号采集对设备用电进行智能监控和用电管理。基于半导体器件的智能配电方案根据应用场景主要有如
279、下两种：（1）驱动芯片加 MOSFET 分立方案。这种方案的复杂度很高，突出表现在：电流检测难度大，电路保护复杂，诊断功能复杂，保护功能少，保护速度慢，保护策略复杂。该方案的综合成本较高，适用于大电流场合。目前车载应用较少，车载大电流应用还是以保险丝+继电器为主。（2）HSD 智能高边开关集成方案。单芯片集成了驱动、MOSFET、电流检测、热保护、电压保护、EMC、各种诊断等功能。此方案十年前已开始普及，至今仍限于小电流负载应用。以特斯拉为例，其 FBCM（前车身控制模块）中大量使用低 RDS_ON（即低导通阻抗，大电流）的 MOSFET 用于电源分配，总数在 50 颗以上；小电流采用了英飞凌
280、的 HSD 芯片，而作为二级配电的 LBCM（左车身控制模块）中则只用了 20 颗左右的 MOSFET。相较于传统配电方式，智能配电技术存在较大的优势：第一，能源管理。根据用户场景进行智能化精准配电，减少不必要的电力浪费，让电力得到最优化的利用。可以智能化管理设备休眠与唤醒，降低整车功耗。第二，独立控制和模块化管理。采用可编程的半导体器件分别控制每个回路后，可实现第 3 章关键技术体系106整车复杂的 VMM（Vehicle Model Management，车辆模块管理），并且当需要设计变更时，还可支持 OTA 升级。第三，智能配电具备明显的安全优势。采用智能配电方式，发生短路故障时，可实现
281、微妙（S）级保护，瞬间切断故障回路，保证重要设备的正常使用。如表 3-3 所示，除了短路保护之外，基于 MOSFET 的智能配电在过流保护、过压保护、过温保护以及相关异常检测方面都有传统配电所不具备的天然优势。表 3-3智能配电与传统配电保护功能分类传统配电基于MOSFET智能配电过流保护过压保护短路保护过温保护过压检测欠压检测输出开路检测输出对电源短路检测电源输出可配置脉冲电压抑制第四，采用智能配电方式，可以有效避免线束冗余设计，降低线径、成本和重量。第 3 章关键技术体系107当前，对于汽车电子而言，智能配电的应用还存在一定的技术难度，特别是在软件控制策略、保护机制、容错管理、线束老化检测
282、等方面存在一些挑战，这也是影响着车端智能配电技术广泛应用的主要因素。不过，随着软硬件技术的不断成熟，智能配电在车控领域的应用会逐步扩大。3.2.4.2 线束设计和布置线束设计和布置1.线束设计关键技术（线束设计关键技术（1）概述）概述线束是汽车电路中连接各电器设备的接线部件，由绝缘护套、接线端子、导线及绝缘包扎材料等组成，汽车线束是汽车电路的网络载体，是整车电器零部件的血管和神经系统，没有线束也就不存在汽车电路。随着整车电子电气系统增加，车辆电动化、智能化、网联化、共享化及5G技术的应用，导致线束的质量、体积急剧增加，进一步的增加了线束的布置难度。线束对整车电器电子功能的实现起着至关重要的作用
283、。汽车线束主要用于连接汽车的蓄电池、分电盒、执行器、控制器、传感器、动力电池等部件，为整车电器电子部件提供电能、信号传输，并为控制回路提供基础连接，使之实现所有的电器功能。电气安全和信号精度对线束的连接稳定性要求极高，确保线路不产生过载、短路、断路、电压波动以及信号传输衰减。在线束布置的总体设计中要充分考虑各相关的边界条件，对车身、动力总成、仪表台、底盘、内饰件必须充分、系统的了解，充分考虑各相关件对线束布置可能产生的影响，并对相关件的设计提出相应合理的要求。同时，我们要充分考虑整车的温度分布和震动，避免线束通过高温区，避免线束剧烈震动，从而提高线束布置的可靠性。（2）整车线束布置设计的几种基
284、本走向）整车线束布置设计的几种基本走向传统车型在线束的布置中，通常有H、L、E、R 型等多种布置形式，最具有代表性的为H型与E型，如图3-25所示。第 3 章关键技术体系108图 3-25 线束布置H型（左）和E型（右）新能源车型在线束布置中通常采用川型布置，如图3-26所示，即高压线束在中央，低压线束分布两侧，避免了因高低压线束布置导致的EMC问题。图 3-26 线束布置川型（3）整车线束的基本分类）整车线束的基本分类在整车的线束中，我们可以将线束按区域和功能划分成：前舱线束总成、前保险杠线束总成、仪表板线束总成、顶棚线束总成、蓄电池正极线束总成、蓄电池负极线束总成、地板线束总成、发动机线束
285、总成、变速箱线束总成、左前门线束总成、右前门线束总成、后门线束总成、尾门线束总成、行李箱线束总成和高压线束等。常见的线束分段见下图3-27。第 3 章关键技术体系109图 3-27 线束拓扑图（4）线束布置的确认）线束布置的确认线束的划分和整车的结构和装配工艺有很大的关系，不必拘泥于以上的划分形式。力求达到结构简单、拆装方便、布局美观、固定保护良好。同时，在线束中尽量采用模块化设计，减少回路。此外、在线束的设计中，局部的线束需要采用转接线等形式，需要具体车型而定。要充分考虑线束的走向、过孔、固定及温度震动等，把所有可能出现的情况尽可能的在设计初期考虑周全，避免以后出现颠覆性错误。明确输入输出信
286、息。把以后所有可能的出现的重大问题解决完毕。在对以上所有的资料进行充分的分析以后，进行线束的总体布置。要求线束结构简单、便于线束制造、装配及后期维护。把主要的电器件初步连接起来，并确定大概的线束划分方法。在方案形成以后，对线束布置方案进行可行性分析从而确认整车线束的走向类型及分段信息。2.汽车线束技术前景展望（汽车线束技术前景展望（1）轻量化及低成本）轻量化及低成本各汽车厂家都致力于降低整车制造成本的同时降低客户的使用成本（油耗），轻量化已经成为各汽车生产厂家的重要课题，也是各车型能否进一步占领市场的关键。线束作为整车的重要零部件，占整车总重量的5%，而且随着汽车电子设备的逐渐增加而继续扩大。
287、在新能源车第 3 章关键技术体系110型中，轻量化也意味着行驶里程的增加，平均每5kg的质量节约意味着1km行驶里程的增加，整车线束轻量化具有重大意义。（2）集成化）集成化上世纪90年代以来，欧、美、日整车企业不断推广使用模块集成化生产方式。作为模块集成内配线介质，采用平面配线材料例如柔性化印刷电路（FPC，Flexibleprinted Circuit）或柔性化平面电缆（FFC，Flexible Flat Cable）。模块集成化应用在配线空间非常有限的车顶、车门及配电板（Console）中，作为兼顾扩大车厢空间与提高线束布置有效性方法，预计今后将会进一步推广。柔性化印刷电路应用于模块，以及
288、电子部件装配或传感器部件集成化，使配线材料向高功能方向发展。例如FPC仪表板上应用与膜片（Membrane）支承传感器或天线上应用，就是很好的实例。目前国内自主车厂在保险丝盒设计时主要采用传统的线束与保险丝盒一体的方式，线束与保险丝盒不可拆卸。一个车型通常采用2-4个保险丝盒，内置几十个继电器。在线束总成中，保险丝盒所占空间、重量比重较大。随着技术的不断发展、产品质量的不断提升，自主品牌整车企业将更多地应用线束与保险丝盒分体可拆卸式，以及更多的继电器、控制单元等元件集成在一起的BCM（车身控制器）。随着生产线自动化程度的高度发展，模块化装配将大大降低装配时间，提升工作效率。（3）智能化）智能化
289、汽车电子电气架构已迎来升级，汽车架构从分布式向域集中式再向中央计算式逐渐进化，控制功能迅速集中。域控制器通过集成多个 ECU，减少车辆线束，有利于降低线束布局复杂度和整车成本。随着车载数据传输量的不断增加，数据传输频率、速率呈现一种快速增长的态势。高速数据传输线束（如以太网、同轴线缆等）作为信号传输的主要媒介的应用越来越多，是适应未来自动驾驶车辆大数据体量、高传输速率的主要且关键的技术。3.3 通信架构关键技术通信架构关键技术第 3 章关键技术体系111随着汽车智能化、网联化的发展，汽车通信架构包括车内网络通信、车车通信、车路通信及车云通信。车内网络通信，是通过车载以太网/CAN（FD）/LI
290、N 等多种车载总线信息传输技术来实现功能需求在各个电控单元之间的交互，即对用户功能需求进行信息交互层面的传输规则定义、网络参数配置、软件平台适配、诊断、软件升级等；车与外部通信，主要通过 V2X 等技术，实现本车与其他车辆、行人、路侧设施和云端的信息交互。通信架构贯穿在软件架构和物理架构（硬件架构）之中。表 3-4 通信架构关键技术导读3.3 通 信 架构关键技术3.3.1 车内网络通信关键技术3.3.1.1 传统车载网络技术（一）传统车载网络技术综述（二）CAN XL 技术3.3.1.2 车载以太网技术（一）车载以太网技术综述（二）车载以太网物理层技术（三）车载时间敏感网络（TSN）技术（四
291、）DDS 技术（五）汽车内部 IP 技术（六）透明化的以太网分析方法（七）总线负载测试（八）接口/软件灵活组合的重要性3.3.2 车载无线通信技术3.3.3 诊断技术（一）DoIP 诊断（二）多场景下的智能云诊断3.3.4 车载网络通信应用现状及前景展望3.3.1车内网络通信关键技术车内网络通信关键技术3.3.1.1 传统车载网络技术传统车载网络技术（一）传统车载网络技术综述CAN 总线可应用于汽车动力系统、底盘和车身电子等领域，已经成为各汽车制造商车载网络设计应用的首选网络。然而 CAN 总线属于共享式总线，通信速率相对较低，已不能满足第 3 章关键技术体系112汽车总线带宽日益增加的需求。
292、CAN FD 总线在继承了 CAN 总线的绝大多数特性的同时，提高了 CAN 总线带宽，最高通讯速率可达 8MBit/s 甚至更高（一般 5MBit/s），降低总线负载。CAN FD 可以兼容传统 CAN 网络，目前车内的控制网络正逐步由 CAN 网络转向 CAN FD 网络。LIN 总线采用单主多从的模式架构，使用单信号线进行传输，主、从节点间的通信有具体的规则，只有主节点需要，从节点才能发送信息，不需要总线仲裁。LIN 总线带宽比较低，最高约 20Kbps，适合用于汽车车窗、天窗、座椅、车内照明等通信速度较低的应用场景，因此在汽车应用中通常作为 CAN 总线的补充网络。FlexRay 是一
293、种共享式总线技术，是继 CAN 和 LIN 之后的新一代汽车控制总线技术，带宽可达 10Mbps，是一种具备时间可确定性的、分布式时钟同步的、故障容错的总线标准，于2005 年应用于汽车领域。FlexRay 提供两个独立信道，采用双信道冗余结构，基于时间发送报文，所有节点共享高准确时基，实现最高级别的可靠性，该总线用于满足汽车环境下独特的网络需求，支持重要的安全线控技术应用，例如线控转向、线控制动等。FlexRay 相比较于 CAN总线要复杂许多，带宽增加，安全性相对较高，但其成本过高，除了德系车厂在量产车上使用过，其他国家量产车型极少见，我国吉利部分车型也有应用。MOST 是由德国 MOST
294、 组织于 2001 年制定的一个针对汽车领域的多媒体应用通信标准，由于 MOST 通信物理层使用的是光纤传输，采用环形网络拓扑结构，其线束质量轻、抗干扰性强、带宽高、信号衰减少，最新的 MOST-150 标准速率可达 150MBit/s，内置流媒体数据信道，高数据带宽，支持多种光纤电缆布线方式，EMC 性能良好，主要应用于汽车音频、视频数据传输，但是 MOST 为多媒体定向系统传输，其采用环形结构，只能朝着一个方向传输数据，MOST 最多可连接 64 个节点。如果其中一个节点故障中断，其他节点也无法传输数据，系统鲁棒性差，扩展性差，同时技术开发周期长，成本昂贵，难以得到普及，也仅仅应用于国外的
295、中高端车。（二）CAN XL 技术1.CAN XL 技术优势第 3 章关键技术体系113CAN FD 与 100BASE-T1 以太网之间存在较大的比特率差距。因此有必要开发一种新的CAN 协议，以达到以下目标：针对初始目标提供优异的 10Mbit/s CAN 解决方案，低成本，安全性，服务质量保留 CAN 的现有属性。CAN XL 具有如下优点：（1）拥有12 Mbit/s 的高比特率：使用 CAN SIC（具有信号改进能力）收发器，速度可达 8 Mbit/s；使用 CAN SIC XL 收发器，速度12 Mbit/s，最高可达 20 Mbit/s（实际极限取决于拓扑结构，目前正在评估中）。
296、（2）有效载荷多达 2048 个字节，可按一个字节粒度进行配置。（3）与 CAN FD 的互操作性（CAN FD 节点忽略 CAN XL 帧）。（4）以太网隧道：完整的以太网帧适合于 CAN XL 帧；在 CAN XL 节点中启用 TCP/IP SW功能。（5）安全性：在汉明距离为 6 的帧中有 2 x CRC；固定的比特以提高鲁棒性；正在开发二层安全解决方案 CANSec（类似于 MACSec）。（6）服务质量：优先级总线访问（如 CAN FD 中的仲裁域）；分片功能（选项）正在规范中，以减少低比特率下大型 CAN 帧引起的总线占用时间。（7）新报头字段有很大的灵活性：DU Type（8 位
297、）显示负载内容（如隧道式以太网帧）；虚拟 CAN 网络标识符（8 位）允许划分流量并简化 RX 过滤；接受字段（32 位）是一个用于寻址的字段；在 CAN XL 中，消息标识符放在接受字段中。（8）应用实例全面：基于内容寻址（消息标识符）的 CAN 实例；现代概念，如面向服务的体系结构（SOA）。（9）技术成熟：CAN 总线已用于数百万辆汽车；鲁棒性、安全性（CRC）、CAN 仲裁（CSMA/CD）。（10）增量升级：重复使用线束，使用 CAN XL 节点扩展现有 CAN FD 网络；重复使用现有组件，如收发器、电缆、PCB、连接器。（11）EEA 设计自由：“混合 FD/XL”或“纯 XL”
298、网络。（12）混合 CAN FD/XL 网络：CAN XL 和 CAN FD 在同一总线上有不同的数据比特率。第 3 章关键技术体系114（13）低成本解决方案，12Mbit/s：收发器只有 2 个引脚连接；收发器集成电路（引脚与现有引脚兼容）；带宽/价格优化的终端；使用现有的线束、连接器、收发器、设计、PCB（布局）、SW（转换引脚）；可采用长接线柱（可达 1-2 米），减少布线，降低成本。2.混合 CAN FD/CAN XL 网络技术特点CAN FD 与 CAN XL 兼容，可在同一网络中使用，如图 3-28 所示。在混合 CAN FD/XL网络中，可以在同一总线上使用 2 个数据比特率。
299、可选择带宽和价格最优化的终端。（1）Arbitration-Phase（仲裁段）：500 kbit/s。（2）FD Data-Phase（CAN FD 数据段）：2 Mbit/s。（3）XL Data-Phase（CAN XL 数据段）：5 to 8 Mbit/s（NO mode switch），取决于所使用的 CAN SIC 收发器。（4）Error Signaling（错误标定）：ENABLED（允许）。图 3-28 混合 CAN FD/CAN XL 网络，SIC and FD 收发器3.纯 CAN XL 网络技术特点所有的 CAN XL 节点具有相同的比特率，如图 3-29 所示：（1）
300、Arbitration-Phase（仲裁段）：650 kbit/s。（2）FD Data-Phase（CAN FD 数据段）：not used（未使用）。（3）XL Data-Phase（CAN XL 数据段）：12 to 20 Mbit/s，取决于所使用的 CAN SIC XLCAN BusCAN XLCAN XLCAN XLSICCAN FDFDCAN FDFDCAN FDFDSICSIC第 3 章关键技术体系115收发器。（4）Error Signaling（错误标定）：DISABLED（不允许）。图 3-29 纯 CAN XL 网络,只有 CAN SIC XL 收发器4.CAN、CAN
301、 FD、CAN XL 对比车载网络 CAN、CAN FD、CAN XL 规格对比见下表 3-5。表 3-5 CAN、CAN FD、CAN XL 对比属性属性ClassicalCANCAN FDCAN XL数据域数据域0.8 byte0.64 byte1.2048 byteID11 bit&29bit11 bit&29 bit11 bitBus 监听监听CSMA/CDCSMA/CDCSMA/CD接收域接收域32 bit（消息 ID）VCAN ID8 bitSDU Type8 bitCANBusCAN XLSICCAN XLSICCAN XLSICCAN XLSICCAN XLSICCAN XLS
302、IC第 3 章关键技术体系116位填充位填充动态动态CRC 固定动态（仲裁域）固定（数据域）CRC15 bit17 or 21 bitPCRC:13 bitFCRC:32 bit错误标识错误标识ONON软件可配:ON/OFF收发器模式转换收发器模式转换不支持不支持软件可配:ON/OFF比特率比比特率比:data/arb接近 16可达 40（e.g.,500 kbit/s&20Mbit/s）判决位比特率数据位比特率判决位比特率数据位比特率0.1 Mbit/s0.1 Mbit/sarb.phase bit rate.8 Mbit/s0.1 Mbit/s2x arb.phase bit rate.2
303、0 Mbit/s3.3.1.2 车载以太网技术车载以太网技术（一）车载以太网技术综述随着汽车智能化的发展，CAN、CAN-FD 和 FlexRay 等总线依然占据主要地位，不过车载以太网不仅可以满足汽车制造商对带宽的需求同时还能降低车内的网络成本，从技术层面已经占据优势地位，是未来整车网络架构设计的趋势。传统总线和以太网的对比见下表 3-6。表 3-6 常见的车载总线对比总线名称通信速度通信介质成本应用范围LIN小于20Kb/s（车身）单线缆低大灯、灯光、门锁、电动座椅等CAN125K1Mb/s（状态信息）非屏蔽双绞线低汽车空调、电子指示、故障诊断等CANFD8Mb/s非屏蔽双绞低汽车空调、电
304、子指示、故障诊断等第 3 章关键技术体系117线FlexRay1M10Mb/s（实时控制）双绞线/光纤中引擎控制、ABS、悬挂控制、线控转向等MOST/1394150Mb/s双绞线/光纤高汽车导航系统、多媒体娱乐等Ethernet（以太网）100Mb/s1Gb/s非屏蔽或屏蔽双绞线低汽车多媒体通讯、主干网和诊断车载以太网目前已是排在 CAN 之后应用很普遍的局域网技术，工作在 1010000Mbps 之间，可广泛应用于信息娱乐、ADAS、车联网、诊断等系统中。以太网目前有十兆以太网（10Mbps）、百兆以太网（100Mbps）、千兆以太网（1Gbps）、以及未来推出的万兆以太网（10Gbps）
305、和 100Gbps 以太网。近年来，车载以太网技术受到了通信企业、汽车制造商与半导体公司的广泛关注。OPEN、AVnu、IEEE、AUTOSAR 等联盟和标准化组织致力于车载以太网推广与使用，积极讨论和制定适用于车载环境及应用的以太网标准，支持车载以太网技术应用与发展。车载以太网物理层 BroadR-Reach 技术能够提供 100Mbps 及更高的宽带性能，同时实现30%的线束减重、80%通信连接成本的降低。车载以太网上层协议包括 TCP/IP、AVB、SOME/IP 等。以太网音视频桥接（AVB）在传统以太网的基础上，新增了精准时钟同步、流预留、队列控制等协议，可提升传统以太网音视频传输的
306、实时性。车载时间敏感网络（TSN）是 AVB 的进一步拓展，TSN 引入时间触发式以太网的理念，能满足汽车控制类数据的传输的超低时延要求。SOME/IP 定义了面向服务的通信传输方法，与传统 CAN/LIN 等总线面向信号的通信方式有显著的差别，是新一代面向服务汽车网络架构（SOA）的关键通讯技术。此外，1Gbps 速率通信标准的高速车载以太网将实现以太网供电（POE）功能和高效节能以太网（EEE，Energy-Efficient Ethernet）功能，POE 功能可在双绞线发送数据的同时为网络的终端设备提供电源，省去终端外接供电，降低了线束复杂度。目前市场上成熟的车载以太网技术标准包括10
307、0BASE-T1和1000BASE-T1。100BASE-T1第 3 章关键技术体系118（IEEE802.3bw）为 100Mbps 带宽，1000BASE-T1（IEEE802.3bp）为 1Gbps 带宽。1000BASE-T1不仅能提高数据的传输速率，同时满足汽车行业高可靠性、低电磁辐射、低功耗以及同步实时性等方面的要求。此外，更高带宽的车载以太网总线协议是 2.5Gbps、10Gbps，OPEN 联盟现在正在定义这些标准。车载以太网分层协议模型与 OSI 模型（开放式系统互联通信参考模型）的对应关系如图3-30 所示。图 3-30 车载以太网协议模型（二）车载以太网物理层技术物理层，
308、即 OSI 模型的最底层，是开放系统的基础，其作用是确保原始数据可在各种物理媒体上传输。车载以太网中，主要应用 100BASE-T1 及 100BASE-TX 两种规格。100BASE-T1多用于车辆内部以太网网络，而 100BASE-TX 多用于诊断系统，如 DoIP 等。Broadcom 公司提出的百兆以太网技术 BroadR-Reach，原名为 OABR（Open AllianceBroadR-Reach）。现在 OABR 已经由 IEEE 标准化，并命名为 100BASE-T1。100BASE-TX 为传统百兆以太网技术，和 100BASE-T1 对比二者在物理层上有所差别。100BA
309、SE-T1 在物理连接上使用了一对双绞线实现全双工的信息传输，而 100BASE-TX 则使用了两对双绞线实现全双工，一对用于收，另一对用于发。100BASE-T1 和 100BASE-TX 物理连接示意图分别如图3-31 和图 3-32 所示。第 3 章关键技术体系119图 3-31 100BASE-T1 示意图图 3-32 100BASE-TX 示意图101.100BASE-T1100BASE-T1 利用回音消除技术（echo cancellation）实现了在一对双绞线上的全双工通信。回音消除技术的大概过程为：作为发送方的节点将自己要发送的差分电压加载到双绞线上，而作为接收者的节点则将双
310、绞线上的总电压减去自己发出去的电压，做减法得到的结果就是发送节点发送的电压。100BASE-T1 的物理层在 ISO/IEC/IEEE 8802-3-2017 第 96 章节中规定。在100BASE-T1 中，链路上建立了主从关系，在每个物理链路上，只能有一个主节点连接到一个10图 3-31 和 3-32 来自 Vector（维克多汽车技术(上海)有限公司）。第 3 章关键技术体系120从节点。为了提高链路建立的速度，主、从属性必须预先配置，不能自动协商。100BASE-T1 物理层采用单对非屏蔽双绞线线缆双向传输数据（全双工），特性如下：（1）与以太网 MAC 兼容的全双工通信。（2）采用脉
311、冲幅度调制（PAM3）来提供带宽和 EMI 性能之间的权衡。物理编码子层 PCS 接收来自 100BASE-T1 的 PMA 上的信号，并向媒体独立接口 MII 发送该信号，或者接收来自 MII 的信号，并发送至 100BASE-T1 的 PMA 上。其中，PMA 支持单对平衡双绞线介质。PMA可通过最长15米的单对平衡双绞线提供66.666Mbaud的全双工通信，向/从 PCS 发送/接收信号到单对平衡双绞线电缆介质上，并支持链路管理和 100BASE-T1 PHY控制功能。100BASE-T1 物理层接口由收发器模块（包括：收发器、可选的低通滤波器、可选的 ESD保护设备、电源滤波器等，均
312、符合收发器制造商的相关数据）、共模电感（CMC）、直流阻断电容（DC）、共模终端网络（CMT）、可选 ESD 位置（ESD）和 ECU 连接器（CON）等组成。2.100BASE-TX100BASE-TX 使用两对阻抗为 100的 5 类非屏蔽双绞线，最大传输距离是 100 米。其中一对用于发送数据，另一对用于接收数据。采用的是 4B/5B 编码方式，然后将 4B/5B 编码成NRZI 进行传输。与 100BASE-T1 相比，100BASE-TX 物理层多包括以下两个子层：（1）物理媒介相关子层（PMD）（2）自动协商子层（AUTONEG）100BASE-TX 物理层界面应根据 DoIP 实
313、现。与车辆连接的部分常使用 OBD 连接口，连接 Tester 的部分常使用 RJ45 连接口。100BASE-TX 规定了通过 5 类双绞线进行操作的规范。整个 100BASE-TX 链路（从 ECU 到诊断仪）必须满足 IEEE802.3-2018 标准的第 25.4.9 章节中关于“线缆”部分的要求。（三）车载时间敏感网络（TSN）技术时间敏感网络（TSN），即在非确定性的以太网中实现确定性的最小时间时延的协议族，第 3 章关键技术体系121是由 IEEE 802.1 TSN 任务组制定的一系列 IEEE 802 以太网子标准集。正因其符合标准的以太网架构，具有精准的流量调度能力，可保证
314、多种业务流量的共网高质量传输等技术及成本优势，TSN 技术从最初的视频音频数据领域延伸至工业领域、汽车领域，成为下一代网络承载技术的演进方向之一。在汽车控制系统中，用支持低延时且具有实时传输机制的 TSN 进行统一管理，可以降低给汽车和专业 A/V 设备增加网络功能的成本及复杂性。目前，IEEE、IEC等组织均在制定基于 TSN 的车载以太网、工业互联网等的网络互操作性标准与规范。TSN 技术在车载以太网中的应用，包括底层交换芯片、PHY 接口、MAC 层控制协议等。此外，还可以和上层应用协议（如 DDS）配合，支持多种 QoS 策略的高可靠、确定性时延条件下的数据传输。TSN 相关协议包括
315、IEEE 802.x 系列化协议簇，涵盖时间同步、高可靠性、确定时延、场景增强、资源管理等方面。这些系列化的协议也在不断改进和完善中，如下图3-33 所示，不同底色标记了当前已经完成并正式发布的协议以及还在标准制定和完善中的协议。图 3-33 TSN 相关系列协议标准化状态TSN 在汽车上的应用主要使用了基于 802.1AS-Rev 的时钟同步协议，以及随后推出的802.1Qbv、802.1Qbu、802.1CB、802.1QCi 等一系列满足车载网络流量调度需求的协议规范（如下图 3-34）。第 3 章关键技术体系122图 3-34 TSN 相关系列协议特征1.时间同步时间同步IEEE 80
316、2.1 工作组参考 IEEE 1588 协议制定了 IEEE 802.1AS 协议，定义了广义精确时钟同步系统（generalized Precision Time Protocol，gPTP）用于 TSN 中的时钟同步。IEEE 802.1AS提供了准确可靠的时钟同步机制，该标准所规范的协议严格保证时延敏感的业务（例如音视频）在基于以太网的桥接网络或虚拟桥接网络等时延固定或对称的传输媒质中的同步传送。2.调度延时调度延时IEEE 802.1Qbv 协议通过基于类型的流量整形门机制实现网络中业务流量的转发控制，实现确定性时延的传输。该标准中定义了时间感知整形器（TimeAware Shaper
317、，TAS），TAS 通过一种类似于现实生活中的门结构，通过门的打开和关闭来对网络流量进行实际的控制，并减小由突发或异常请求而产生的某个流的流量超过预留带宽资源的情况所带来的影响。802.1Qbv和 802.1Qbu 同时使用，可以在保证链路延时和带宽相对确定的情况下，对高实时报文进一步降低传输延时。3.可靠性可靠性IEEE 802.1CB 主要是通过交换机硬件的报文复制功能，实现发送端数据帧在交换机指定转发端口处的复制，并通过不同的交换机传输路径发送至最终目的节点所在的交换机连接端口，然后在该交换机端口利用交换机硬件对特定协议复制帧重复消除，进而利用网络拓扑中的冗余路径实现在传输链路中实时的可
318、靠性数据备份，并且不增加软件收发数据产生的额外第 3 章关键技术体系123负载，可以满足高实时高可靠性的应用场景。IEEE 802.1Qci 协议主要通过过滤和控制策略限制异常流量对正常流量的影响，以保证网络健壮性和可靠性。4.资源管理资源管理IEEE 802.1Qat 协议中，定义了流预留协议（Stream Reservation Protocol，SRP）。该协议提供了一套完整的沿路预留机制，目的是解决网络中音视频实时流量与普通异步流量间的资源竞争问题。对于应用了 SRP 的设备，设备上各业务流在实际发送之前，需要先在传播路径上预留出必需的资源。当且仅当路径上各节点均能够预留成功后，才允许
319、实际业务流的传送。此外，在 TSN 中设计了一些冗余方案，包括链路冗余和节点冗余等方式。链路冗余和节点冗余需要增加额外的节点资源和网络链路，是一种以资源换取可靠性的方式。常见的冗余结构是环形结构，它可以实现较高等级的网络可靠性。车载 TSN 应用场景举例如下：1.ADAS 域控制器安全控制信号转发（1）场景子类描述：ADAS 域控制器转发发动机控制、制动、转向等信息到 PowerTrain 域控制器，为了保证关键安全数据传输的低延迟特性，数据被封装在一个单独的帧里。另外也需要对关键数据的无缝冗余切换，对控制报文按照 IEEE 1722-2016 里定义的格式封装。在云端，对中央网关发动 DDo
320、S 攻击。（2）数据流要求：安全相关的控制信息；传输周期小于 20ms；输延迟小于 1ms；不允许数据有丢失情况；数据帧长度 64 个字节；数据安全关键程度高。（3）应用的TSN协议标准：802.1AS-Rev，802.1Qbv，802.1Qbu，802.1CB，IEEE 1722-2016。ADAS 域控制器安全控制信号转发详见下图 3-35。第 3 章关键技术体系124图 3-35ADAS 域控制器安全控制信号转发示意图2.ADAS 域控制器传感器融合数据传输（1）场景子类描述：雷达、激光雷达、超声波、摄像头等环境感知传感器数据融合，对数据传输带宽要求很大，传感器数据融合尤其是采用后端数据
321、融合的解决方案，要求来自不同传感器的数据可以实时同步的传输到中央计算平台。（2）数据流要求：安全相关的多媒体数据流；传输周期小于 10ms；传输时延小于 1ms；不允许有数据丢失的情况；最大帧长度 64-1500 字节之间；数据安全关键程度高。（3）应用的 TSN 协议标准：802.1AS-Rev，802.1Qbv，802.1Qbu。域控制器传感器融合数据传输详见下图 3-36。第 3 章关键技术体系125图 3-36 ADAS 域控制器传感器融合数据传输示意图3.L4 以上自动驾驶全冗余备份线路（1）场景子类描述：L4 以上自动驾驶，需要保证数据传输链路的可靠性，通过全冗余链路传输路径的设计
322、保证关键信息流的可靠传输。（2）数据流要求：链路全冗余设计；无缝切换。（3）应用的 TSN 协议标准：802.1CB。冗余备份路线详见下图 3-37。图 3-37 冗余备份线路示意图4.信息娱乐系统的应用场景第 3 章关键技术体系126（1）场景子类描述：高清地图和定位信息通过 T-BOX 经过中央网关传递给车机 HUT 和仪表；HUT 车机上的多媒体视频流通过网关传输到两个后座的娱乐屏，要求在两个屏上同步播放同一个视频内容。（2）数据流要求：数据带宽要求大；快速冗余切换；精确时钟同步。（3）应用的 TSN 协议标准：802.1AS-Rev，802.1CB，802.1Qci，802.1Qbv，
323、1722-2016。信息娱乐系统应用详见下图 3-38。图 3-38 信息娱乐系统的应用示意图5.L4 以上自动驾驶场景下冗余备份主时钟（1）场景子类描述：L4 以上自动驾驶场景下，为保证主时钟源的可靠性，采用双时钟源设计，当其中一个时钟源出现故障后，备份主时钟可以无缝切换为当前系统的主时钟。（2）数据流要求：备份时钟；无缝切换。（3）应用的 TSN 协议标准：802.1AS-Rev。冗余备份主时钟详见下图 3-39。第 3 章关键技术体系127图 3-39 冗余备份主时钟示意图（四）DDS 技术111.DDS 简介OMG（Object Management Group，对象管理组）成立于 1
324、989 年，是一个开放性的非营利性计算机行业标准联盟。OMG 多年来致力于为工业分布式系统提供可互操作的，可移植的，可复用的软件标准。它的成员包括 IT 行业的设备供应商、终端用户、政府部门以及学术组织等。DDS（Data Distribution Service）是 OMG 在 2004 年发布的用于数据分发/订阅的通信中间件协议和应用程序接口（API）标准，它为分布式系统提供了低延迟、高可靠性、可扩展的通信架构标准。DDS 目前在工业、医疗、交通、能源、国防领域都有广泛的应用。中间件位于操作系统和用户应用程序之间的软件层，将操作系统提供的资源进行抽象和封装，为应用程序提供各种各样的高级服务
325、和功能，比如通信或数据共享。中间件的存在简化了应用程序开发者的工作，这使他们能够将注意力放在应用程序本身，而不必在不同应用程序之间或不同系统之间的数据传输上花太多精力。2.DDS 体系结构11OpenDDS 学习笔记（2）：DDS 概述，CSDN，2019第 3 章关键技术体系128DDS 采用 DCPS（Data-Centric Publish-Subscribe，以数据为中心发布/订阅）通信机制，提供一个与平台无关的数据模型。它允许应用程序实时发布拥有的信息，并订阅需要的信息，能较好处理不可靠网络通信中数据自动发现、可靠性和冗余性等问题。该规范分为两层，数据本地重构 DLRL（Data L
326、ocal Reconstruction Layer）层和以数据为中心发布订阅 DCPS 层。DCPS 层是 DDS 的核心和基础，提供基本通信服务，DLRL 层将 DCPS 层提供的服务进行抽象，在 DLRL 层建立与底层服务的映射关系。（1）DLRL 层DLRL 层建立在下层 DCPS 基础上，通过 DCPS 提供的服务，简化编程实现，把服务简单整合到应用层，使用户能直接访问变更的数据，达到与本地语言结构无缝连接。具体实现机制：如下图 3-40，将 DCPS 层提供的服务以类的形式封装，建立每个类与DCPS 层相应服务的映射关系，在 DLRL 层用本地语言结构对类进行操作。简单地说，相当于在
327、 DLRL 层建立了一个对 DCPS 层服务的索引表。图 3-40 DLRL 层和 DCPS 层（2）DCPS 层DCPS 层是 DDS 规范核心，提供了数据分布的基础架构，确保正确有效地传输信息给适当的接收者。如图 3-41，该层建立了一个全局数据空间（类似共享内存的概念扩展到网络节点，所以在同一主机内，很容易使用共享内存的方式实现 DDS）的概念，发布者和订阅者在全局空间中分别发布和订阅自己需要的数据类型，通过中间件处理后，再进行数据传送，将传统 C/S（Client/Server 结构，即客户机和服务器结构）模式转为以数据为中心的服务模式。第 3 章关键技术体系129图 3-41 DDS
328、 通信模型DCPS 层提供了发布和订阅数据的功能。发布和订阅通过主题关联发布信息，创建发布者和订阅者实体，并为这些实体设定 QoS 参数。DCPS 层将用户对资源的需求情况和资源的可用情况都转化为服务质量 QoS，QoS 包括多种策略形式，每种策略形式通过与一个赋值的名字关联来描述服务的行为。在 DDS 中，QoS 参数贯穿整个 DDS 通信过程，应用开发者只需要指明想要什么 QoS 并进行设定就能程序化服务器的行为。DCPS 模型分为平台独立模型（Platform Independent Model，PIM）和平台专门模型（Platform Special Model，PSM）。PSM 是以
329、 PIM 为基础的 OMG 接口定义语言（InterfaceDefinition Language，IDL）平台。PIM 主要组成内容：数据写入者（DataWriter）、数据读入者（DataReader）、发布者（Publisher）、订阅者（Subscriber）、领域（Domain）和数据对象。领域代表通信范围，只有同一个领域的发布者和订阅者才能交互。PIM 平台总体框架如下图 3-42：第 3 章关键技术体系130图 3-42 PIM 平台总体框架DataWriter 是上层应用程序必须使用的对象，用来向发布者传递给定类型的数据对象的存在和数值。每个发布者都有一个关联的 DataWri
330、ter，当数据通过 DataWriter 与发布者通信时，发布者负责发布 DataWriter 描述的数据类型的数据（根据自己的 QoS 或根据相应DataWriter 的 QoS）。当发布者与 DataWriter 关联时形成一个发布。此关联表明应用程序有发布数据的意图，该数据由发布者提供的上下文中的 DataWriter 进行描述。订阅者负责对发布的数据进行接收并使数据能被接收应用程序（根据订阅者的 QoS）使用。订阅者能接受并分发不同类型数据。应用程序必须使用和订阅者关联的 DataReader（指定了数据类型）来访问被接收到的数据。当订阅者与 DataReader 关联时形成一个订阅。
331、该关联表明应用程序有订阅数据的意图，该数据由订阅者提供的上下文中的DataReader进行描述。主题用于联系发布和订阅。发布方在中间件上发布一个主题后，订阅方根据主题查阅发布方发布的信息。中间件服务检查发布方发布的主题是否满足订阅方的要求，并检查其 QoS 策略是否兼容，如果是就在发布方和订阅方建立连接，进行点对点数据传送；否则就提示异常。主题对象在概念上适合发布和订阅。必须以订阅可以明确引用的方式了解发布。一个主题就是为了实现这个目的：它将一个名称（在域中是唯一的）、一个数据类型以及与数据本身相关的 QoS 关联起来。除了主题 QoS 之外，与该主题关联的 DataWriter 的 QoS
332、和与DataWriter 关联的发布者的 QoS 控制着发布端的行为，而相应的主题、DataReader 和订阅者的 QoS 控制着订阅端的行为。当应用程序希望发布给定类型的数据时，它必须创建具有所需发布的所有特征的发布者（或重用已创建的发布者）和 DataWriter。类似地，当应用程序希望接收数据时，它必须创建订阅者（或重用已创建的订阅者）和 DataReader 来定义订阅。除了主题和数据类型之外，订阅者有时还需要根据数据本身的内容进一步细化他们感兴趣的数据。这些所谓的基于内容的订阅在大型系统中越来越流行。3.DDS 通信过程DDS 数据发布动作，包括注册数据类型、生成主题、比较并设置合
333、理的 QoS、预分配资源（缓存区等）、根据订阅资源生成消息（包含订阅者地址）、通知侦听（Listener）接口等；第 3 章关键技术体系131还要根据 QoS 要求，在规定时间发送数据。基于消息中间件的应用程序进行通信过程，如图3-43。图 3-43 DDS 通信过程首先建立并初始化 DCPS 信息仓库，包括域的建立、QoS 和传输的初始化。然后，发布者/订阅者端建立域参与者工厂（Domain Participant Factory），由域工厂建立域参与者，各个域靠 ID 区分，发布者/订阅者域 ID 必须与 DCPS 层建立的域 ID 一致才能通信。发布者在中间件注册数据类型 DataType，然后设置主题 QoS 便能建立主题。同样订阅者设置 QoS 也能建立主题。主题建立后，经过中间件服务的检查机制，若符合连接要求，发布者/订阅者便建立连接。连接建立后发布者设置数据写入者 QoS 并
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