车载计算平台设计

将车载计算平台的设计拆解，按照硬件和软件，展示其中的要素。干货满满，有需要的朋友赶紧收藏吧！

计算平台

• 概述
  • 平台架构
    • 软件系统
      • 应用层
      • 支持软件层
      • 操作系统层
    • 硬件系统
      • 异构分布硬件架构层
      • 硬件接口层
  • 硬件系统方案
    • 基于传统X86的CPU
    • 以ARM(Advanced RISC Machine)为CPU核心的SoC(System on Chip)
    • 基于特定运算的ASIC(Application Specific Integrated Circuit)
    • 协处理单元
      • GPU(Graphics Processing Unit)
      • FPGA(Field-Programmable Gate Array)
      • DSP(Digital Signal Processor)
• 平台硬件系统
  • 异构分布架构
    • 单板卡集成多种架构芯片
      • 奥迪zFAS（MCU、FPGA、CPU）
    • 单芯片集成多个架构单元
      • 英伟达Xavier（GPU、CPU）
  • 硬件构成
    • 通用计算单元
      • ARM Cortex-A76AE
        • 分核
          • 提高性能，用于ASIL-B级应用
        • 锁步
          • 提高安全性，用于ASIL-D级应用
    • AI计算单元
      • 可选用：GPU、FPGA、DSP、ASIC
      • MobilEye Q4
    • 控制单元
      • 基于传统车载MCU
      • 英飞凌Aurix TC3xx
    • 通信单元
      • 传感器数据通信
        • 收集传感器数据，进行简单的收发串并转化。
        • GMSL（千兆多媒体串行链路）、车载以太网
      • 无线通信
        • 用于车端与云端、其他车进行交互。
        • 4G、5G、V2X
      • 控制系统通信
        • 用于控制车辆底层
  • 硬件系统主流解决方案
    • 特斯拉FSD
      • FPGA芯片
        • 图像信号处理器ISP
        • 图像处理单元GPU
        • 神经处理单元NPU
        • 中央处理器CPU
      • 三星14nm FinFET工艺
      • 一块FSD主板上集成两块FSD芯片，相互独立，作为冗余。
    • 英伟达PX Pegasus平台
      • 包含两块Xavier单元
      • Xavier
        • 20 TOPS算力，功耗20w
        • 是一款通用计算平台
        • GMSL高速IO
        • 16nm FinFET工艺
      • 内置处理器
        • ISP（图像信号处理器）
        • VPU（视频处理单元）
        • PVA（可编程视觉加速器）
        • DLA（深度学习加速器）
        • CUDA GPU
        • CPU
    • 奥迪zFAS平台
      • 核心元件
        • MobilEye Q3
        • NVIDIA TK1
        • Altera Cyclone V
        • 英飞凌 Aurix TC297T
• 软件系统
  • 要求
    • 适用于异构计算平台
    • 能实现自动驾驶系统功能
    • 保证安全性、实时性、可靠性、可扩展性
  • 子系统
    • 高性能计算平台
    • 安全计算平台
  • 软件层次
    • 操作系统层
      • 实时操作系统
        • 按实时性分类
          • 硬实时
          • 软实时
        • 按内核分类
          • 微内核
            • 稳定性高，效率相对低。 适用于工业控制、自动驾驶。
          • 宏内核
          • 
      • 板级支持包
        • Board Support Package，BSP
        • 是操作系统与不同硬件平台的媒介。
      • 虚拟机监视器
        • 简介
          • Hypervisor，或者叫VMM（Virtual Machine Monitor）
          • 一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间层软件。
          • 运行在特权模式，用于隔离和管理上层运行的多个虚拟机，仲裁他们对底层硬件的访问，为每个客户操作系统虚拟一套独立于实际硬件的虚拟硬件环境。
        • 分类
          • Type 1
            • 直接从硬件芯片启动引导。性能好。
          • Type 2
            • 在基础操作系统（Linux）引导后才启动。功能性和可管理性好。
      • 操作系统的标准
        • OSEK
          • Classic AUTOSAR推荐的标准
        • POSIX
          • 可移植操作系统接口，Portable Operating System interface of UNIX
          • Adaptive AUTOSAR推荐的标准
      • 主流解决方案
        • Vector MICROSAR
          • 是一套Classic AUTOSAR解决方案
          • 支持安全域和非安全域的混合架构
        • TTTech MotionWise
          • 同时支持Classic和Adaptive AutoSAR
        • Windriver
          • 是一套Adaptive AUTOSAR解决方案
          • 实时操作系统：VxWorks
          • 非实时操作系统：WRLinux
    • 支持软件层
      • AUTOSAR
        • Why?
          • 设计标准化、模块化，易于集成
          • 组件可配置化
          • 针对运行环境（Run Time Environment, RTE）进行标准化设计
          • 具有标准的测试规范
        • 分类
          • Classic AutoSAR
            • 主要用于传统汽车域控制器。
              • 将固定的软件功能、计算复杂度与硬件计算平台进行深层次耦合。
          • Adaptive AutoSAR
            • 主要用于持续矜夸的自动驾驶领域
              • 保证软件架构灵活性的同时， 提供有效的通信手段和足够的处理能力。
        • Classic AutoSAR
          • 应用场景
            • 用户需要对ECU、MCU上运行的软件有深刻的理解。
            • 在构建系统时提出严格的约束，如每个任务的计算时间、任务数量与类型。
          • 层次
            • 分层式设计
            • AutoSAR运行环境
              • 隔离了上层应用软件（SWC）和下层的基础软件
              • 实现了底层基础软件与网络拓扑结构（软件组件之间的通信关系）的抽象
              • 依赖下层提供的API来实现功能。
            • 应用软件层SWC
              • 通过RTE提供的标准接口进行调用和通信。
            • 基础软件层
              • 服务层
                • 通信服务Communication Services
                  • 对所有通信实体进行统一封装和通信调度
                • 内存服务Memory Services
                  • 对控制器各类存储器进行封装。
                • 系统服务System Services
                  • 包括终端管理、资源管理、任务管理等。
              • ECU抽象层
                • I/O硬件抽象层
                  • 将不同的I/O设备通道进行封装并向服务层提供统一接口。
                • 通信硬件抽象层
                  • 将CAN、LIN、MOST等信道封装为统一接口。
                • 内存硬件抽象层
                  • 对片内、板上的内存资源统一封装。
                • 车载硬件抽象层
                  • 对ECU上一些特殊外设进行封装，如看门狗、时钟。
              • MCU抽象层
                • I/O驱动
                  • 对接模拟及数字信号，如ADC、PWM
                • 通信驱动
                  • 对接通信芯片，如SPI、CAN等
                • 内存驱动
                  • 对接Flash、EEPROM及外部映射设备
                • 微处理器驱动
                  • 向上提供统一接口，保证上层软件开发与具体的微处理器解耦。
              • 复杂设备驱动层
                • 用于对接对实时性有严苛要求的设备/子系统
                • 通过跨层设计模式，在底层驱动部署实时性保障等机制，以降低由于多层次软件调用产生的延迟。
                • 可用于看门狗（WatchDog）、时钟模块（Clock Unit）等
        • Adaptive AutoSAR
          • 应用场景
            • 用户由于各种原因无法对软件系统提出严格约束， 比如：软硬件系统和算法复杂度快速增加、多核系统的使用等。
          • 层次
            • 对Classic AutoSAR中的RTE层进行扩展， 变为ARA（AutoSAR Runtime for Adaptive Applications）
    • 应用层