未來的自動駕駛汽車將成為世界上有史以來最復雜的“移動”設備之一。它的復雜性源于每天需要自主操作來處理 TB 級的數(shù)據(jù)——部分來自車輛內(nèi)部、外部和周圍的大量傳感器和設備以及云——在運行一個億行軟件代碼。這正在改變工程師對車輛的看法，尤其是車輛系統(tǒng)如何相互交流。

自動駕駛汽車——一種新的設計范式

多年來汽車自動化的趨勢導致了用于車輛子系統(tǒng)的復雜的獨立計算機陣列。這些系統(tǒng)需要多個專用電子控制單元 (ECU)、不同類型的總線和協(xié)議，以及在總線之間轉換數(shù)據(jù)和信號的網(wǎng)關，以便系統(tǒng)可以相互通信。這種異構方法成本高昂，難以抵御網(wǎng)絡威脅，而且坦率地說，很重。電纜是汽車材料清單中成本第三高的部分，也是其構造中第三重的部件，在某些汽車中達到高達 110 磅的銅。

全自動駕駛汽車是一個更復雜的系統(tǒng)，需要大量實時數(shù)據(jù)、云連接以及快速、安全和可靠的決策。與今天的汽車相比，在汽車周圍移動的數(shù)據(jù)量將大幾個數(shù)量級，并且需要巨大的帶寬。自動駕駛將需要更多的視頻、雷達和 LiDAR 數(shù)據(jù)處理能力——而這些能力將需要數(shù)千兆比特的物理網(wǎng)絡吞吐量來支持實時決策。數(shù)據(jù)記錄、安全事務和與云的通信將增加 I/O 需求。

提供計算能力和管理復雜性需要重新思考汽車。車輛周圍的多個分布式區(qū)域 ECU 將運行數(shù)百萬行代碼來處理來自本地端點和云端的數(shù)據(jù)，并與一個或多個主 ECU 互連，而不是專用 ECU。當嘗試使用當今許多現(xiàn)有的網(wǎng)絡協(xié)議和電纜連接所有這些設備時，會出現(xiàn)帶寬、復雜性和成本等問題。

軟件定義車輛

汽車正在演變?yōu)樵诜植际接嬎闵线\行的軟件定義功能系統(tǒng)——軟件定義車輛 (SDV)。計算中值得信賴的標準是建立在以太網(wǎng)上的基于 IP 的網(wǎng)絡。以太網(wǎng)提供單一的通信總線并消除了車輛網(wǎng)關和電纜的復雜性，已被證明支持面向軟件的架構的靈活性和性能，包括軟件定義網(wǎng)絡和虛擬化。

SDV 帶來了許多好處。與面向硬件的系統(tǒng)相比，軟件的更新、更改和改進更容易、更快。使用虛擬化，SDV 成為一個更加動態(tài)的計算環(huán)境。例如，當一個 ECU 開始出現(xiàn)故障時，軟件定義的功能可以快速轉移到整個車輛的其他 ECU，從而保持所需的功能安全級別和關鍵操作。

SDV 為制造商創(chuàng)造了新的機會，使他們的產(chǎn)品與眾不同，增強安全性并改進他們的產(chǎn)品、服務和整體制造效率。SDV 要求制造商成為軟件強國。制造商已經(jīng)在“重新設計”他們的研發(fā)專業(yè)基礎設施，以包括以前從未存在的軟件開發(fā)團隊。

SDV 中的安全性

數(shù)字安全對于自動駕駛汽車來說至關重要，這是一個從制造商延伸到車主的連續(xù)體。機上的許多設備以及與乘客和云的連接極大地擴大了不良行為者的攻擊面。SDV 中采用的通用安全功能將基于支持安全啟動、身份驗證、加密（在需要時）、密鑰和密鑰管理以及安全飛地的開源解決方案。此外，特定于網(wǎng)絡的安全服務可能包括以下功能：

• 虛擬 LAN 將區(qū)域 ECU 與物理網(wǎng)絡隔離
  
• 訪問控制以僅允許區(qū)域網(wǎng)絡上的授權交易
  
• 深度數(shù)據(jù)包檢查以監(jiān)控交易并檢測和阻止不需要的數(shù)據(jù)
  
• 入侵檢測和預防，以阻止不良行為者獲得訪問權限
  

在現(xiàn)場，更新將需要防止黑客入侵，最有可能通過在生產(chǎn)車間建立并以車輛??所有者結束的安全信任鏈。

幫助確保功能安全的工具

為了在 SDV 中實現(xiàn)通信，市場需要用于以太網(wǎng)和其他協(xié)議的汽車專用物理設備 (PHY)。這些設備需要提供所需的帶寬和成本，并滿足行業(yè)制定和監(jiān)管機構設定的功能安全要求。Microchip 是汽車解決方案的主要貢獻者。該公司的目錄提供了許多用于汽車的“功能安全就緒”設備，包括符合汽車標準的以太網(wǎng)設備。

這些設備經(jīng)過精心挑選，可幫助制造商獲得 ISO 26262 認證，其中包含許多工具，包括故障模式影響和診斷分析 (FMEDA) 報告、功能安全手冊、診斷軟件和開發(fā)工具。

自動駕駛的全以太網(wǎng)視覺

汽車行業(yè)的愿景是向全以太網(wǎng) SDV 邁進，具有聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域 ECU、傳感器和由中央 ECU 控制的設備。與成熟的公司相比，這種遷移對于新制造商來說更容易。新建環(huán)境可以立即全部投入使用，以便輕松采用全以太網(wǎng)方法。對于其他汽車制造商而言，遷移到全以太網(wǎng)車輛可能需要時間，這需要 SDV 包括 CAN、LIN 和其他總線的混合網(wǎng)絡架構，以便通過主要以太網(wǎng)骨干網(wǎng)與某些組件進行本地連接。

以太網(wǎng)值得信賴、經(jīng)過驗證的標準、從 Mbps 到 Gbps 的高帶寬和簡單性支持 SDV 所需的必要性能、安全服務和輕松連接。以太網(wǎng)的串行布線選項降低了多個汽車網(wǎng)絡、布線和重量的成本和復雜性。減輕重量可以提高燃油效率——電動和汽油/柴油。而且，雖然以太網(wǎng)是一種成熟的標準化技術，但它會繼續(xù)發(fā)展以支持汽車等具有特定需求的市場，包括確定性和高帶寬——自動駕駛汽車的必需品。