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车载软件架构 --- CP和AP作为中央计算平台的软件架构双核心

我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。

老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:

简单,单纯,喜欢独处,独来独往,不易合同频过着接地气的生活,除了生存温饱问题之外,没有什么过多的欲望,表面看起来很高冷,内心热情,如果你身边有这样灵性的人,一定要好好珍惜他们眼中有神有光,干净,给人感觉很舒服,有超强的感知能力有形的无形的感知力很强,能感知人的内心变化喜欢独处,好静,清静,享受孤独,不打扰别人不喜欢被别人打扰,在自己人世界里做着自己喜欢的事。

时间不知不觉中,来到新的一年。2024结束,2025开始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的灵魂,独自敲击一些文字算是对这段时间做一个记录。

这个时间很多人已经在回家的路上,祝大家一路顺心!

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在软件定义汽车(SDV)的架构中,中央计算平台确实扮演着至关重要的角色,它负责处理各种复杂的计算任务并协调各个系统之间的运行。而关于CP(Classic Platform,经典平台)和AP(Adaptive Platform,自适应平台)的分布,这主要涉及到AutoSAR(AUTomotive Open System ARchitecture)架构的不同版本和应用场景。

一、CP(Classic Platform)

CP是AutoSAR架构的早期版本,主要针对分布式ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)架构。在SDV的早期阶段,车辆通常采用分布式E/E(Electronic/Electrical,电子/电气)架构,每个ECU负责控制一个单一的功能单元,彼此独立并通过CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)或LIN(Local Interconnect Network,局部互联网络)总线连接在一起。CP版本采用的是典型的分层软件体系结构,软件需求在设计时通过每一层的静态配置来实现,因此其灵活性较低,难以适应运行时环境的动态变化。然而,在物理世界向数字世界演进之前,这一不足通常可以被接受,因为被控制的传感器和执行器的应用逻辑不会经常改变。

二、AP(Adaptive Platform)

随着E/E架构的变化以及智能化汽车的发展,AutoSAR组织推出了AP版本,专门应用于域集中式E/E架构。AP的核心是自适应应用程序(Adaptive Application),它可以根据运行时环境动态调整软件组件。AP构建在POSIX操作系统之上,由不同的功能模块组成,这些模块被划分在服务模块和基础模块上。其通信是面向服务类型的,会将网络绑定到DDS(Data Distribution Service,数据分发服务)或者SOME/IP(Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP,可扩展的面向服务的IP中间件)上,使用以太网与其它ECU通信。

AP遵循SOA(service-oriented-architecture,面向服务的架构)的架构,并遵循以下基本概念:

-> 1、系统由一组服务构成,其中一个服务可使用另外一个服务,应用程序可根据自己的需要使用一个或者多个服务。

-> 2、服务可以在应用程序运行的本地ECU上,也可以运行在另一个AP实例的远程ECU上。

-> 3、AP旨在与CP或非AUTOSAR平台及外部后端系统(如路边基础设施)互动,共同构成一个完整系统。在SDV架构中,AP通常部署在中央计算平台上,负责处理复杂的计算任务和协调各个系统之间的运行。通过AP,SDV可以实现功能的快速迭代和远程更新,从而满足用户不断变化的需求。

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三、CP和AP在SDV架构中的分布

在SDV架构中,CP和AP的分布通常取决于车辆的具体需求和E/E架构的设计。一般来说,随着E/E架构从分布式向域集中式演进,再到跨域融合阶段形成位置域(Zonal)架构,CP和AP的分布也会发生相应的变化。

在分布式E/E架构中,CP可能仍然占据主导地位,因为每个ECU都相对独立,且功能相对单一。

在域集中式E/E架构中,AP开始逐渐取代CP,成为中央计算平台上的主要软件架构。域控制器负责将不同功能域的逻辑进行集成和协调,而AP则提供灵活的软件组件和动态调整能力,以适应不断变化的运行时环境。

在跨域融合阶段形成的位置域架构中,AP将进一步发挥其优势,实现不同功能域之间的无缝集成和高效协调。中央计算平台将承担更多的计算任务和协调工作,而AP则提供强大的软件支持和动态调整能力。

CP平台:

1、安全分区:

在中央计算平台中,CP可以部署在一个安全分区中,负责处理安全关键功能, 例如车辆控制、制动系统和安全气囊等。这样可以确保这些功能的安全性,即使其他非安全功能发生故障也不会受到影响。

在中央计算平台中,将CP部署在一个安全分区内是一个关键的设计策略。这个安全分区专门用于处理安全关键功能,如车辆控制、制动系统和安全气囊等。通过物理或逻辑上的隔离,这些安全关键功能能够免受其他非安全功能故障的影响。这种设计确保了即使在系统其他部分发生故障的情况下,安全关键功能仍然能够可靠地运行,从而保障车辆和乘客的安全。

2、区域ECU:

CP也可以用于构建区域ECU,负责处理特定区域的控制任务,例如车身控制、底盘控制和动力总成控制等。区域ECU可以通过高速总线(如以太网)与中央计算平台进行通信,实现数据共享和功能协同。

CP还可以用于构建区域ECU,这些ECU负责处理特定区域的控制任务。例如,车身控制、底盘控制和动力总成控制等都可以通过区域ECU来实现。这些区域ECU通过高速总线(如以太网)与中央计算平台进行通信,实现数据的高效共享和功能协同。这种区域化的控制策略有助于提高系统的灵活性和可扩展性,同时降低系统复杂度。

3、传感器/执行器ECU:

CP还可以用于构建传感器/执行器ECU,直接连接传感器和执行器,负责数据采集和控制指令的执行。这些ECU可以通过汽车总线与中央计算平台通信,将传感器数据传输到中央计算平台,并接收来自中央计算平台的控制指令。

CP还可以用于构建传感器/执行器ECU,这些ECU直接连接传感器和执行器,负责数据采集和控制指令的执行。传感器ECU负责收集车辆内外的各种数据,如温度、压力、速度等,并将这些数据通过汽车总线(如CAN、LIN或以太网)传输到中央计算平台。执行器ECU则负责接收来自中央计算平台的控制指令,并驱动相应的执行器(如电机、电磁阀等)执行相应的动作。这种设计使得传感器和执行器能够高效地与中央计算平台进行交互,实现车辆的智能化控制。

AP平台:

1、高性能计算:

AP部署在中央计算平台的高性能计算单元(HPC)上,提供计算能力,支持复杂的计算任务,例如自动驾驶算法、车辆网络管理和数据分析等。

AP平台部署在中央计算平台的高性能计算单元(HPC)上,这一设计旨在提供强大的计算能力,以应对现代汽车中日益复杂的计算任务。这些任务包括但不限于:

自动驾驶算法:自动驾驶技术的实现依赖于高精度的传感器数据融合、复杂的路径规划以及实时的环境感知与决策。AP平台的高性能计算能力为这些算法提供了必要的支持,确保了自动驾驶系统的稳定性和可靠性。

-> 车辆网络管理:随着车辆内部电子设备的增多,车辆网络管理变得愈发复杂。AP平台通过高性能计算单元,实现了对车辆内部网络的高效管理和优化,确保了信息的实时传输和系统的稳定运行。

-> 数据分析:在智能网联汽车中,大量的行驶数据需要被收集和分析,以优化车辆性能、提升驾驶体验并保障行车安全。AP平台的高性能计算能力使得这些数据的实时处理和分析成为可能。

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2、功能安全和网络安全:

AP提供功能安全和网络安全机制,确保汽车软件的可靠性和安全性。

(1)、功能安全

功能安全是汽车软件设计中不可或缺的一环,它确保了汽车在面临各种故障或异常情况时仍能安全地运行。AP平台通过以下方式提供功能安全保障:

-> 冗余设计:在关键的计算和控制模块中,AP平台采用了冗余设计,即多个独立的系统或组件同时工作,以确保在某一系统或组件出现故障时,其他系统或组件仍能继续执行任务,从而保障汽车的安全运行。

-> 故障检测和诊断:AP平台内置了先进的故障检测和诊断机制,能够实时监测系统的运行状态,及时发现并定位潜在的故障点,为维修人员提供准确的故障信息,以便快速排除故障。

(2)、信息安全

随着汽车智能化和网络化程度的提高,网络安全问题日益凸显。AP平台通过以下措施确保汽车软件的网络安全:

-> 加密通信:AP平台采用了先进的加密技术,对车辆与外部网络之间的通信进行加密处理,以防止数据在传输过程中被窃取或篡改。

-> 防火墙和入侵检测系统:AP平台内置了防火墙和入侵检测系统,能够实时监测并阻止潜在的网络攻击,确保车辆网络系统的安全稳定运行。

软件更新和补丁管理:AP平台支持远程软件更新和补丁管理功能,能够及时发现并修复软件中的安全漏洞,从而提升整个系统的安全性。

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三、CP和AP作为中央计算平台的软件架构双核心

CP负责处理安全关键功能和实时任务,AP负责处理非安全功能和复杂计算任务。CP和AP共同构成中央计算平台的软件架构,为SDV提供计算能力和灵活的软件平台

CP与AP:中央计算平台的软件架构双核心

在智能网联汽车(SDV)的中央计算平台中,CP(Control Processor,控制处理器)和AP(Application Processor,应用处理器)共同构成了其软件架构的核心。这两者在功能定位上各有侧重,但又紧密协作,共同为SDV提供强大的计算能力和灵活的软件平台。

CP:安全关键功能与实时任务的守护者

CP主要负责处理安全关键功能和实时任务。安全关键功能通常涉及到车辆的行驶安全,如制动控制、转向控制等,这些功能的稳定性和可靠性至关重要。CP通过专门的硬件和软件设计,确保了这些功能在极端情况下仍能正常工作,从而保障了车辆的安全。

同时,CP还负责处理实时任务。在智能网联汽车中,许多任务需要在严格的时间限制内完成,如传感器数据的实时处理、控制指令的即时下发等。CP具备强大的实时处理能力,能够确保这些任务在预定的时间内得到执行,从而保证了车辆的整体性能和响应速度。

AP:非安全功能与复杂计算任务的承担者

与CP不同,AP主要负责处理非安全功能和复杂计算任务。非安全功能通常包括娱乐系统、导航系统等,这些功能虽然对车辆的行驶安全没有直接影响,但能够提升驾驶体验和乘坐舒适度。AP通过其强大的计算能力,为这些功能提供了流畅的运行体验。

此外,AP还承担了复杂计算任务的处理工作。随着智能网联汽车的发展,车辆内部的数据量日益庞大,且需要进行复杂的算法处理,如自动驾驶算法、路径规划算法等。AP通过其高性能的计算单元和先进的算法优化技术,能够高效地处理这些复杂计算任务,为车辆提供智能化的决策支持。

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CP与AP的协同工作

CP和AP虽然功能定位不同,但它们之间并不是孤立的。在实际应用中,CP和AP通过高效的数据通信和协同工作机制,共同为SDV提供全面的计算支持。例如,在自动驾驶场景下,CP负责处理与安全相关的实时任务,如紧急制动、避障等;而AP则负责处理复杂的自动驾驶算法和路径规划任务。两者通过紧密协作,实现了对车辆行驶状态的全面监控和智能决策。

CP和AP作为中央计算平台的软件架构双核心,各自承担着不同的功能定位,但又紧密协作,共同为SDV提供了强大的计算能力和灵活的软件平台。这种设计不仅提升了车辆的整体性能和安全性,还为智能网联汽车的未来发展奠定了坚实的基础。

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