虹科方案 | 汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)仿真解決方案

導(dǎo)讀：本文將介紹面向服務(wù)（SOA）的汽車TSN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并探討RTaW-Pegase仿真與設(shè)計(jì)軟件在TSN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。通過RTaW將設(shè)計(jì)問題分解，我們可以更好地理解汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)的過程。

1 汽車E/E架構(gòu)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)

1.1面向功能信號(hào)→面向服務(wù)（SOA）的轉(zhuǎn)變

隨著智能網(wǎng)聯(lián)、自動(dòng)駕駛、電動(dòng)汽車的發(fā)展，軟件、計(jì)算能力和先進(jìn)的傳感器正逐漸立于統(tǒng)治地位。這一變革也促使汽車E/E架構(gòu)從以信號(hào)導(dǎo)向，變?yōu)橐赃\(yùn)算平臺(tái)為基礎(chǔ)、面向服務(wù)（SOA）的架構(gòu)。

Pic1. 汽車架構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變

面向服務(wù)的架構(gòu)有以下優(yōu)勢(shì)：

• 更易維護(hù)：建立在以 SOA 基礎(chǔ)上的信息系統(tǒng)，有著清晰的分層架構(gòu)。當(dāng)需求發(fā)生變化的時(shí)候，不需要修改提供業(yè)務(wù)服務(wù)的接口，只需要調(diào)整業(yè)務(wù)服務(wù)流程或者修改操作即可，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)也更容易被維護(hù)。

Pic2. 清晰的分層架構(gòu)

• 高可用性: 該特點(diǎn)是在于服務(wù)提供者和服務(wù)使用者的松散耦合關(guān)系上得以發(fā)揮與體現(xiàn)。使用者無須了解提供者的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

Pic3. 松散的耦合關(guān)系

1.2通過模塊化實(shí)現(xiàn)SW和HW的擴(kuò)展性和可復(fù)用性

• 模塊化的隱私和信任：橫跨整車的各個(gè)邊界，各個(gè)模塊的角色、能力以及權(quán)限必須能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理。
• 模塊化安全性的需求：需要建立故障控制區(qū)的模擬化安全庫，必須能夠保證某些區(qū)域發(fā)生錯(cuò)誤不會(huì)跨模塊傳播。

Pic4. 模塊化架構(gòu)

1.3持續(xù)高成本投入的集成和測(cè)試

• 整個(gè)系統(tǒng)的持續(xù)部署和測(cè)試，需要更關(guān)注自動(dòng)化測(cè)試
• 越復(fù)雜的系統(tǒng)在虛擬平臺(tái)上的早期驗(yàn)證和確認(rèn)是關(guān)鍵
• 測(cè)試覆蓋率必須以可變性和驗(yàn)證的執(zhí)行路徑來衡量，不只是以公里數(shù)來驅(qū)動(dòng)

Pic5. 執(zhí)行路徑及時(shí)間

1.4汽車全生命周期軟硬件的可擴(kuò)展性

Pic6. 如何面對(duì)場(chǎng)景不斷優(yōu)化

• 面向服務(wù)的轉(zhuǎn)變（SOA）：大數(shù)據(jù)和人工智能算法用于關(guān)聯(lián)許多現(xiàn)有的各種設(shè)計(jì)規(guī)范；
• 滿足模塊化的特性：集中式安全模型的傳遞性信任算法 ，故障遏制區(qū)域內(nèi)故障概率的數(shù)學(xué)模型及其產(chǎn)生的 "模塊錯(cuò)誤率"；
• 高投入的集成、測(cè)試：設(shè)計(jì)復(fù)雜性指標(biāo)和測(cè)試覆蓋率計(jì)算器 ；以不同的精度模擬 "全棧 "系統(tǒng)行為，可能插入真實(shí)的組件進(jìn)行軟件在環(huán)或硬件在環(huán)測(cè)試案例，以建立對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信任。

2面向服務(wù)（SOA）的汽車TSN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 RTaW-Pegase：用于TSN網(wǎng)絡(luò)全面的仿真與設(shè)計(jì)軟件

RTaW-Pegase? : 是汽車通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建模、自動(dòng)配置和仿真，支持汽車全生命周期的設(shè)計(jì)選擇和驗(yàn)證的解決方案。

Pic.7 RtaW的主要優(yōu)勢(shì)

Pic8. RTaW的工作流程

2.2基于TSN的仿真案例（BMW）

• 中央計(jì)算平臺(tái)+域控制的分布
• 冗余的中央計(jì)算機(jī)（應(yīng)用平臺(tái)）：車身、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)分析、安全、ADAS
• 3個(gè)域控制器
• 17 個(gè) ECU 節(jié)點(diǎn)：HMI、動(dòng)力系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、攝像頭、人工智能后端計(jì)算器、接入點(diǎn)等

Pic9. SOA架構(gòu)原型

使用RTaW-Pegase軟件仿真構(gòu)建SOA架構(gòu)原型，并進(jìn)行鏈路仿真與流量分析。

Pic10. RTaW下的網(wǎng)絡(luò)模型

2.3 RTaW將設(shè)計(jì)問題分解

RTaW-Pegase 將我們關(guān)注的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分解分析：

Pic11. RTaW問題分解

（1）過載分析

Pic12. 部署新服務(wù)時(shí)網(wǎng)絡(luò)過載概率

（2）架構(gòu)能力分析

Pic13. 基于TSN QoS的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性

（3）擴(kuò)展與成本分析

Pic14. 成本模型

（4）架構(gòu)優(yōu)化

Pic15. 基于 CPU 性能的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性

（5）核心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)探索

Pic16. 基于核心拓?fù)渖审w系結(jié)構(gòu)

3關(guān)于RTaW

Pic17. RTaW支持的功能模塊

Pic18. RTaW支持的TSN協(xié)議

現(xiàn)階段的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)使計(jì)算機(jī)輔助的 E/E 架構(gòu)設(shè)計(jì)成為可能。

RTaW-Pegase 可計(jì)算性能指標(biāo)，如網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、通信延遲和緩沖區(qū)利用率，從而有可能在所有情況下預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)性能，并且可以比較不同的設(shè)計(jì)和配置選項(xiàng)，使您能夠避免過度配置資源。另外，RTaW-Pegase 包括設(shè)計(jì)空間分配算法，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>，數(shù)據(jù)流路由以及在工作站上分配軟件功能。

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