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一文解析Zonal架構下動態配置切換

電子設計 ? 2021-04-29 13:47 ? 次閱讀
和友人一起交流 Zonal 架構這樣未來 5-10 年才會普及的架構到底有多少好處,我覺得這個問題是可以理一理的,特別是之前在 EE 架構方面比較沉默的豐田,也很明確會在 2025 年以后導入 Zonal 架構并且圍繞座艙和自動駕駛兩個核心的計算平臺進行大幅度的改動。特別是今天在讀 BMW 的 Florian Oszwald 有關于《Evaluation Methodologies in the Development of Dynamically Reconfigurable Systems in the Automotive Industry》,圍繞著動態可重新配置的系統,如果可以滿足安全性要求,也就是在 Zonal 控制器層面可以進行動態的配置,使得這些作為網關中轉的模塊可以快速和之前的圍繞硬件設計的 ECU 進行兼容,并且予以替換。

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01Zonal 架構的基本好處

總的來說,EE 架構是從分布式架構到域集中架構,從域集中到跨域融合,從跨域融合再到最終的中央計算平臺。Zonal 架構有別于目前 MEB 以傳統 Domain 和后續 PPE 的多個 HPC 下 Domain 的進化,主要的優化空間闡述來看,有以下的好處:

1)整車線束在電源需求增加和網絡復雜度增加方面,可以達到簡化線束復雜度和減少線束用量效果,有助于線纜的重量和成本的下降。隨著車輛智能化的要求,還有電子化的配置越來越多,車上不斷增加的執行器和傳感器,和相應不斷增加的算力和數據傳輸帶寬,正在不斷挑戰集中式配電單元和整車輸送電源的難度,通過 Zonal 在物理上可以減小這些的困擾。

2)整車制造方面:Model Y 的 100 米的牛,可能是需要 Zonal 架構的線束整體層面簡化來實現的,在 Zonal 架構下,線束可以往產線自動化方向去考慮,在整體的空間和安裝位置也會大大節約。軟件層面不多說了,這個后續都是發展的重點。

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圖 1 豐田有關于 Zonal 架構的好處

這些好處其實不足以讓我們拋棄原有的東西,剩下來的配線和林林總總的,其實在汽車的成本和投入面前都是小錢。這里的核心問題還是可動態配置,可以在復雜性和安全方面做平衡,大量算力和功能涌入車里面,一個不好就是開發上的災難。在完全集中控制的 Zonal 架構里面,絕對的中心是車載計算平臺,Zonal 控制器所扮演的角色主要是充當網關的角色,提供并分配數據和電力,并實現車輛特定區域的功能,如下圖所示的對應關系,器最重要的特性是承上啟下,和中央計算平臺完成基于服務的功能,然后和我們熟悉的 ECU 和執行器協同工作完成任務。Zonal 架構里面的 Zonal ECU 的作用,是保證功能在不同 ECU 或區之間的可移植性;增加軟件的復用性;傳統通信機制得以保留;比如關鍵任務 ECU 能夠保留,并仍舊使用基于信號的通信,保留 Classic-AUTOSAR,但是把服務映射到傳統的 ECU 中。

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圖 2 Zonal 控制器

02 動態配置

第二部分 可進行動態配置的安全系統 在下圖里面,動態可重配置系統(DRS)由以下所組成:1) 最底下的部分是依賴于硬件設計的 HDS,主要代表制動和轉向模塊,由三個與 Zonal 控制器進行 CAN 通信的 ECU 所組成 2) 面向服務的架構(SOA)系統代表面向服務架構,基于以太網進行通信,基于(SOME /IP) 3) 最頂層是控制系統:這個我們不多說了,目前是 2-3 個,以后變成一個中央的計算平臺 Dynamic Simplex Architecture(DSA)概念的目標是實現基于處理器的 Fail Operational,目標是檢測下面 HDS 和 zonal ECU 本身的故障,然后采取措施予以處理。

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圖 3 DRS 動態重構的 EE 系統概覽

從控制框圖的角色來看,這些 Zonal 控制器在任務層面是起到執行和備份的作用,當一個復雜系統出現問題的時候,對應的 Fallback System 可以實施動態的重新分配和替代。這里也是把 IT 系統里面,集中運算分布可替代重構實施的定義拿了出來,如下圖所示。

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圖 4考慮故障的系統

這里動態的概念,最主要是自我檢測是否有問題,然后實施動態的切換,單個 Zonal 的算力也不算低,它能承擔一定的邏輯執行的任務,主要兼容控制平臺的輸出檢查。

The Control System entity is implemented on the PMU of the Xilinx ZCU 102, which provides fault tolerance by applying a triple-redundant processor and error correction check (ECC) on the RAM interface. In response to lockstep error notifications from the Real-time Processing Unit (RPU), it performs a context switch from c_complex to c_fallback.

SOA 系統的主要功能是提供冗余管控,在管理和控制兩個 DSA 切換過程中。在原文中,重點使用蒙特卡洛的方法模擬多個問題,基于這種管控,可以在系統層面得到一個很高的安全性。

The main functionality of the SOA system is to provide redundancy in terms of managing and control the context switch between two DSAs. Its functionalities can be extended to provide services for each DSA or even allow the implementation of new functionalities during run-time through reconfiguration.

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小結:我覺得印象最深刻的還是,除了特別重要特別分不開的比如 ESP 這樣和整車安全不能換的,大部分的 ECU 的設計在未來都是要重新去考慮的,特別是當大量的軟件給拿走以后,真的是可以實現一個汽車平臺的軟件大部分用于下個汽車平臺。汽車上之前由于復雜性解決不了的安全性問題,可以通過類似的動態重構來實現,這個差異化還是我們仔細去探索的。

編輯:hfy

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CAT-RTD0006 卡口式尖端敏感 RTD 探頭

CAT-RTD0007 柔性鎧裝尖端敏感 RTD 探頭

看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 軸承探頭 元件材料? 鉑, 銅, 鎳 引線導線種類? PTFE 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼探針,銅質尖端 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0007...
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CAT-RTD0007 柔性鎧裝尖端敏感 RTD 探頭

CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 軸承嵌入式探頭 元件材料? 鉑, 鎳 引線導線種類? PTFE, 護套電纜 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼, 鍍錫 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0008...
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CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 點傳感探頭 元件材料? 鉑 引線導線種類? PTFE 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼和鋁 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0009...
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CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0010 帶壓縮配件的點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0010 帶壓縮配件的點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0014 空氣傳感 RTD 探頭面板

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CAT-RTD0014 空氣傳感 RTD 探頭面板

CAT-RTD0015 壁掛式 RTD 溫度傳感器

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CAT-RTD0015 壁掛式 RTD 溫度傳感器

CAT-RTD0016 室外空氣傳感 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0016 室外空氣傳感 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0018 帶壓縮配件的平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0018 帶壓縮配件的平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0019 雙螺紋平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0019 雙螺紋平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0020 12 MNPT 平均化 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0020 12 MNPT 平均化 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0021 帶導管盒的平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0021 帶導管盒的平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0023 帶壓縮配件的不銹鋼 RTD 探頭

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CAT-RTD0023 帶壓縮配件的不銹鋼 RTD 探頭

CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

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CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器
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