集中式架構-多集中算集中？

關于未來電子電氣架構的發(fā)展趨勢，目前普遍認可的方向是走向所謂的集中式架構，也就是所有的控制都集中在一個所謂的車載計算機內——由這個計算機控制車輛上的所有功能。我們先不對這個“美好的理想”進行評判，先來看看所謂的“集中式架構”究竟是什么，以及為什么。

回顧整個EEA發(fā)展的歷史，隨著車輛中電子電氣相關功能和部件的不斷增加，車上的電子電氣系統(tǒng)不斷地變得越來越復雜。（注：侯哥對于電子電氣系統(tǒng)的定義：車輛內所有消耗、存儲和傳輸電能的部件的集合。包括但不限于：控制器、傳感器、執(zhí)行器、線束、蓄電池、發(fā)電機等部件）。與此同時，芯片技術、軟件技術也在不斷發(fā)展，芯片的處理能力越來越強、存儲空間也越來越大，軟件的各種工具、架構形式、標準和流程等也不斷發(fā)展，于是，至少在理論上——在車內放置一個控制所有功能的計算機是可能的。

然而，關于這個計算機究竟應該承擔什么樣的功能，卻是各有各的見解。下面討論2種常見的關于什么是集中式架構的的觀點。

1.?物理集中

也就是車上只有一個計算機，所有的控制器都被這個計算機合并了。

讓我們先假設這種說法是合理的，那么問題來了。車上的各種執(zhí)行器和傳感器就只能接到這一個計算機上了。于是，這個強大的計算機就可能要有能力接入幾百上千根粗細不同的線纜，而且還有著巨大的發(fā)熱量。也就是把原來幾十個控制器需要接入的線束以及發(fā)熱量都集中在一處。

先不考慮發(fā)熱問題，單單想想這上千根線束怎么從車內的一個位置連接到全車各處就足夠讓人抓狂了。不但線束的重量和長度增加了，整車的布置工程師和線束3D工程師也一定會先吐血而亡的。而且，車內是否可以找到一個合適的地方來布置這么大的計算機還尚未可知。

另一方面，這個計算機究竟要使用什么樣的芯片呢？不但算力超強，而且還要有海量的I/O資源。如果我是芯片廠商，我肯定不愿意設計一個這么大的芯片，因為每個OEM的車上的配置都不一樣，而且差異巨大。我投入那么多的錢做這么一個芯片賣給誰去??！另外，芯片越復雜，良品率就越低，成本也就越高。而且I/O資源與車輛的配置相關性非常高，通用性也就非常差。因此，現在的芯片大都是針對某一類功能進行設計的。

如果真的做物理的終極集中，那么，這個計算機一定是類似我們的PC機一樣，有一個通用的處理器，然后外圍要配上顯卡、聲卡等各種外設板卡才行的。處理器及每個卡里面的軟件誰來負責？誰有能力做全車的軟件呢？

這種計算機就如同下面的軍刀一樣，看似啥功能都有，但無法攜帶，也無法使用了。

2. 邏輯集中

也可以稱為算力集中或控制集中。也即將整車的各種控制功能都放到一個控制器或計算機中，統(tǒng)一控制各個功能和系統(tǒng)的計算和存儲資源。同時，很多傳統(tǒng)的控制器仍然存在，只不過這些控制器變成了提線木偶——也就是無腦狀態(tài)——僅承擔簡單的硬件接入和驅動功能，不再有自己的控制邏輯了。于是，軟件的開發(fā)就只集中在計算機上，其他ECU的軟件將變得非常簡單

舉個例子：用戶按了一個關窗的按鍵，這個按鍵的信號被一個ECU處理后輾轉送到了中央計算機，計算機手段后進行邏輯處理，然后發(fā)送指令給相關的ECU，讓它們驅動相關的電機，從而完成了關窗的動作。但這個鏈路很長，有可能有時延問題，如果過程中發(fā)生了電機堵轉或者需要啟動防夾功能，則這種冗長的鏈路就會顯得力不從心了。因為防夾功能的實現需要實時采集大量的數據并通過一定的算法處理后才能實現，即使是十毫秒級別的延遲也可能會讓防夾出現錯誤。因此，這類功能一定要就近執(zhí)行——也就是在直接控制電機的ECU上執(zhí)行。類似的例子還有ESP、發(fā)動機的電噴和三電系統(tǒng)中的很多控制等。因此，上述的集中控制也沒有辦法真正實現。

實際的架構發(fā)展趨勢會是怎樣的呢？

盡管理想中的物理集中和邏輯集中都是不可實現的，但這不等于這兩個方向就是絕對錯誤的。

首先，兩種集中方向都有一定的可取之處，比如減少控制器和線束的數量、降低硬件成本、協同控制、計算資源共享，多域之間的通信實時性增加等。其次，如果OEM有能力自己承擔大量的軟件開發(fā)，就能夠簡化供應鏈，減少對供應商的依賴，從而形成一定的差異化等。

目前實際的架構也是在朝著這兩個方向發(fā)展的，只不過距離某些人描繪的烏托邦式的架構有點遠。正如柏拉圖在《理想國》中描述的場景只可能存在于想象之中一樣，絕對的集中式架構現在是不存在的，未來也一定不會出現。

EEA架構當前的發(fā)展趨勢可以總結為以下的四化：

控制集中化：在一定程度上將一些離散的功能集中到某幾個域控制器中

接入區(qū)域化：區(qū)域控制器的出現簡化了線束的布置，并且實實在在的減少了線束和控制器的數量，從而降低了成本。

體驗智能化：新增的功能大都是為了實現某些智能化的體驗，無論是座艙、智能駕駛還是其他的傳統(tǒng)功能的提升。

開發(fā)數字化：因為軟件量上升，而且系統(tǒng)越來越復雜，傳統(tǒng)的基于文本的設計方式已經完全無法應對當前的復雜性和快速迭代的要求，基于模型的數字化開發(fā)已經刻不容緩。

那，現實版集中式的解決方案是什么？

根據當前業(yè)內的實踐來看，絕對的集中式解決方案是不存在的。但部分功能領域的集中，以及區(qū)域的集中一直都在進行著。

在域控制器還沒有流行前，車身電子的集中就在不斷地展開了。從BCM出現開始，BCM中集中的功能越來越多。燈光、雨刮、門鎖、射頻接收、胎壓監(jiān)測、防盜、網關……等等一系列功能不斷地被集成，從某種意義上而言，BCM就是早期的車身域控制器。對于豪華車而言，由于車內的配置高，一個BCM可能無法覆蓋所有的功能，于是很多車開始配置兩個BCM，外加多個特定的控制器，如：PEPS、空調控制器、門控制器、尾門控制器、燈光控制器、座椅控制器等。當控制器的數量多了起來之后，有些OEM和供應商一起就開始了集成的工作，比如將上述控制器集成一個BDC（Body Domain Controller），但是這樣的BDC的PIN腳數量可能達到400個以上，而且軟件開發(fā)工作量巨大，于是，很多新的解決方案又出來了。比如IBCM（集成式BCM）將BCM與PEPS合在一起，配合門控制器就可以滿足大部分的普通車輛的需求，而且可以靈活拓展。

近些年，Model 3的架構提出了區(qū)域控制器的概念。基于Model 3的車輛電子配置低的特點，將一些小的控制器集中在了幾個區(qū)域控制器中，并將多媒體功能和智駕功能放到了一個盒子中。從此以后，集中式控制、區(qū)域控制的概念被炒得火熱，引來了一眾信徒瘋狂炒作，再加之互聯網造車新勢力的“崛起”，為了銷量通過各種渠道炒作電子電氣架構的概念，仿佛不集中不區(qū)域就是落后。由于無論是集中還是區(qū)域都沒有嚴格的標準，所以就出現了現在這種集中式架構泛濫成災的現狀。

集中式的方案從芯片的角度看，有3種主要的風格 ↓

一是單芯片（One chip）方案，也就是用一個強大的芯片來集成多個域的功能。比如現在很火的高通8295，現在有一些廠家在用它來實現艙駕融合的方案。將座艙和L2的智駕功能做到一個芯片上，通過Hypervisor來實現操作系統(tǒng)的分區(qū)。又或者有人在討論使用英偉達的Thor來實現所謂的全域融合。

二是同一個PCB板上（One Board）使用多個芯片。

三是將多個PCB被放到一個盒子中（One Box），每個PCB上都有自己的主芯片

如果從集中的功能角度來看，則還有艙駕一體、行泊一體、艙泊一體等。

一不小心又寫了三千多字，為了不給各位看官增添過多的壓力，還是先總結一下：

無論如何，架構是為了車服務的，是車輛實現功能和性能的重要組成部分。而車畢竟是一種商品，架構的先進不等于車賣的好，大家看看銷量遙遙領先的那些品牌就知道了。為了集中而集中，就如同為了吃飯而活著一樣，都是舍本逐末。但無論是企業(yè)還是個人，都應該保持對新事物的好奇心，要適當持續(xù)關注。只不過，不是所有的新事物都是有生命力的。

最后，送給大家一句莎士比亞在《亨利四世》中的名言“Uneasy lies the head that wears a crown.” 欲戴其冠必承其重。

侯哥工作感悟：侯哥?@Roy 專注汽車電子電氣架構開發(fā)