导图社区 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！
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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
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
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
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
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。
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
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。
对Classic AutoSAR中的RTE层进行扩展， 变为ARA（AutoSAR Runtime for Adaptive Applications）
