域控制器設計
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-17
域控制器設計的視頻教程
域控制器設計的實例教程
如上兩種數據連接Switch的作用主要有三個方面，其一是確保自動駕駛系統架構有效的實現雙冗余控制，其二是通過如上兩種線路Switch可以更好地實現時鐘同步，其三是通過線路可確保數據傳輸的帶寬足夠支撐整個自動駕駛數據的傳輸。
總結
自動駕駛高端域控制器的設計過程中需要涉及多個方面的內容，其中包含的硬件部分就有芯片、外圍存儲器、MCU車端邏輯控制、數據傳輸控制中介等方面。軟件部分更多的涉及如何在各個芯片內部放置不同的軟件算法模塊，以便在達到預期功能設定的同時更能提升軟件性能要求（這部分主要指軟件功能安全要求）。這兩方面設計要求系統工程師、軟件工程師、硬件工程師相互同理配合才能確保在設計之初能夠盡可能多的滿足后期開發需求。
展開 如何在愈發復雜的線路中，保證數據處理以及網絡安全的最優化成為難題，而用一個或幾個“中央大腦”來操控全車的ECU與傳感器正逐漸成為汽車電子電氣架構公認的未來。
但汽車領域從以零部件為導向的今天，跨越到以系統為導向的未來，仍需要很長的過渡期，而在這期間，以博世、大陸為首的Tier 1企業認為，以域為單位的DCU（域控制器）集成化架構是當前的最佳解決方案。
什么是域控制器？
域控制器（DCU，Domain Control Unit）的概念最早是由以博世，大陸，德爾福為首的Tier1提出，它是為了解決信息安全，以及ECU瓶頸的問題。
根據汽車電子部件功能將整車劃分為動力總成，車輛安全，車身電子，智能座艙和智能駕駛等幾個域，利用處理能力更強的多核CPU/GPU芯片相對集中的去控制每個域，以取代目前的分布式汽車電子電氣架構（EEA）。
域控制器的核心發展是芯片的計算能力快速提升，可以讓公用信息的系統組件，能在軟件中分配和執行，讓軟硬件分立，可實現以足夠的資源快速響應完成客戶需求，具備平臺化、兼容性、集成高、性能好等優勢。
雖然這樣的設計簡化了汽車電子網絡拓撲結構，但由于各種數據的相互融合也帶來了安全隱患。從現有控制器硬件架構看多顆/多核芯片以及冗余架構是域控制器設計主流設計，未來對于域控制器內部的硬件必定要根據功能安全等級劃分為不同類型的功能，根據不同類型的功能分配進入不同功能安全支持的芯片內。
展開 域控制器設計開發和量產落地面臨的挑戰
1） 硬件層面
傳統分布式ECU對接口、功耗或者算力相對來說要求不高，而現在的域控制器集成了更多的功能，需要處理的數據越來越多，所要求的的算力越來越大。因此，域控制器變得更加復雜，需要的電子元器件非常多 。做好內部所有硬件功能安全上的Fail-safe設計是比較有挑戰性的工作。同時，在電磁抗干擾能力、信號完整性層面也面臨很大的難題。
另外，大算力的芯片會產生新的功耗，產生較大的熱量，需要做好尺寸和散熱之間的平衡。
德賽西威副總裁李樂樂告訴九章智駕：“大算力域控制器用到的元器件物料數量要遠超于過去任何車上ECU內的元器件數量。在功能安全方面，需要做好WCCA（最壞情況電路）分析和失效概率分析以及對應的備份設計,在元器件非常多且系統復雜的前提下，要做好它的功能安全設計是非常有挑戰的。
“其次，由于整車本身布置空間比較有限，在充分滿足可靠性、電磁兼容和環境試驗要求的情況下把域控制器的外形設計控制在較小的尺寸范圍內也比較具備挑戰性。
“對于大算力域控制器往往發熱也比較高，目前的主流解決方案都是通過水冷的設計來解決散熱問題。這要求有很強的熱仿真能力，才能做好很精巧的水冷散熱管道方案，同時又能通過軟件監控主要芯片內溫度，并根據這些芯片內溫度來控制水冷系統入水溫度和流速。做好這樣一套溫度監控、入水溫度和流速的控制閉環系統，需要建立一套模型，并做好仿真和測試，避免水冷液過冷或過熱導致控制器內部凝水或無法及時散熱的問題。”
2）軟件層面
如何做好SOA服務化？多個核或者是多個SoC之間如何做好協同通訊、高速計算、算力的部署、實時調度等？
展開 以奧地利 TTTech 公司的 zFAS（首次在 2018 款奧迪 A8 上應用）為例, 這款基于德爾福提供的域控制器設計的產品，內部集成了英偉達 Tegra K1 處理器、Mobileye 的 EyeQ3 芯片，各個部分分處理不同的模塊。Tegra K1 用于做 4 路環視圖像處理，EyeQ3 負責前向識別處理。
在自動駕駛技術快速發展背景下，國內外越來越多的 Tier1 和供應商都開始涉足自動駕駛域控制器。
典型自動駕駛域控制器廠商及相應域控制器性能介紹
5.車身域（車身電子）
隨著整車發展，車身控制器越來越多，為了降低控制器成本，降低整車重量，集成化需要把所有的功能器件，從車頭的部分、車中間的部分和車尾部的部分如后剎車燈、后位置燈、尾門鎖、甚至雙撐桿統一連接到一個總的控制器里面。車身域控制器從分散化的功能組合，逐漸過渡到集成所有車身電子的基礎驅動、鑰匙功能、車燈、車門、車窗等的大控制器。
車身域控制系統綜合燈光、雨刮洗滌、中控門鎖、車窗控制；PEPS 智能鑰匙、低頻天線、低頻天線驅動、電子轉向柱鎖、IMMO 天線；網關的 CAN、可擴展CANFD 和 FLEXRAY、LIN 網絡、以太網接口；TPMS 和無線接收模塊等進行總體開發設計。
車身域控制器能夠集成傳統 BCM、PEPS、紋波防夾等功能。從通信角度來看，存在傳統架構-混合架構-最終的 Vehicle Computer Platform 的演變過程。這里面通信速度的變化，還有帶高功能安全的基礎算力的價格降低是關鍵，未來在基礎控制器的電子層面兼容不同的功能慢慢有可能實現。
車身域電子系統領域不論是對國外還是國內企業，都尚處于拓荒期或成長初期。國外企業在如 BCM、PEPS、門窗、座椅控制器等單功能產品上有深厚的技術積累，同時各大外國企業的產品線覆蓋面較廣，為他們做系統集成產品奠定了基礎。
展開 整體來講下一代自動駕駛系統的功能架構總體包含的系統功能列表如下：
平臺化系統架構
下一代自動駕駛平臺化系統架構設計的要點在于做到下幾個典型的控制處理方向。為了滿足功能安全設計要求必須實現控制器、傳感器、通信網絡、執行單元等全部雙冗余。從控制器層面講，實現雙冗余可以通過兩方面來實現，各自具備相應的優缺點。
下一代域控制器架構主要分為如下兩種：
一種是雙域控制器雙芯片，另一種是單域控制器單芯片。兩種設計方式各有優劣，且相應的設計原理主要考慮如下因素：
1）傳感器數據對于各個芯片的連接有何條件？
當兩片Soc的算力足夠時，設計所有傳感器進行雙鏈接，可以完全實現感知數據無遺漏傳輸處理。如果將所有傳感器均連接至雙芯片時，也可能由于兩個Soc的數據源均來自相同的傳感器，可能引發數據同源的風險。
2）是否可以做到真正的數據冗余處理及過程控制，并且可以從硬件安全等級上做到完全的防水、防塵、熱保護、高壓、過電保護等內容？
對于設計單控制器雙芯片來說，在一定程度上，特別是軟件上幾乎可以完全做到冗余保護作用，但是對于由于某些外部環境導致的機械性故障，確是無能為力的。特別是當防水、防塵過程中無法滿足需求時，兩片控制器軍可能失效。這是單控制器雙芯片設計的一大弊端。因此，為了更好的向高等級自動駕駛系統需求兼容，一般會選擇設計雙域控制器雙芯片單獨控制方案。
3）是否可以在數據處理結果中做到相互校驗，安全監測等？
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汽車智能底盤是影響車輛運行過程中安全性、舒適性與穩定性的重要因素，智能底盤的發展對自動駕駛量產落地有著極其重要的意義。因此，底盤域控制器的解決方案也受到越來越多OEM
來源 | 汽車ECU開發
車身控制器，車身一個名氣不咋大，但管理的功能卻遍布全車，主要是用于增強汽車的安全、舒適和便利性，以及與車外連接。
車身控制器的功能主要包括燈光控制、雨刮控制、門窗控制、后視鏡控制、PEPS、座椅控制等等，下圖是某主機廠車身控制器的拓撲圖，更直接的可以看出車身控制器功能的多樣性。
車身控制器的功能拓撲圖
作者：顧雙峰
作者單位：同濟大學汽車學院
摘要
:
文中以某款汽車座艙控制器為例，闡述了基于Icepak的電子產品散熱仿真分析方法，包括仿真模型的創建及求解分析的過程，并基于軟件自帶的響應面優化模塊，對產品散熱結構進行優化設計，從而得到最適合此案例的散熱結構參數。
結果表明:相較于原方案，芯片結溫降低了約4℃，散熱結構整體質量減小約25%
在各廠家的設計思路上，域控制器的設計也會有多個劃分，不同主機廠會由于設計理念的不同，將汽車的主體功能劃分為幾個不同的域。
“其次，由于整車本身布置空間比較有限，在充分滿足可靠性、電磁兼容和環境試驗要求的情況下把域控制器的外形設計控制在較小的尺寸范圍內也比較具備挑戰性。
“對于大算力域控制器往往發熱也比較高，目前的主流解決方案都是通過水冷的設計來解決散熱問題。
① 后融合算法，見下圖：
每個傳感器獨立輸出原始數據然后對每個傳感器的數據進行處理，輸出識別結果，最后在域控制器內設計合適的傳感器權重做最終的仲裁。可以簡單的理解為這種感知融合方式類似投票機制，每個傳感器有不同的話語權。
設計整車域控制器需要支持多路以太通信，從考慮縮小域控板子尺寸的角度出發考慮，通常將幾種不同的芯片布置于不同的板層。本設計的過程考慮行泊車低階控制過程中，兩大重點發熱芯片可能產生較大的發熱量，因此，分別將兩個MPU放在主板和副板上。此外，MCU放在主板上。主板和副板通過以太網Ethernet Switch連接至外部以太網通信端，整個Ethernet Switch的控制和配置由MCU完成。
