1.設(shè)計下一代面向服務(wù)的E/E架構(gòu)

當今汽車上多達數(shù)以百計的ECU（電子控制單元），MCU（微控制處理器單元）及其上面運行著的大量的嵌入式軟件代碼，以及復雜的CAN、LIN、FlexRay等整車通訊網(wǎng)絡(luò)決定了汽車不同于其他的IOT設(shè)備或智能手機。汽車上的電子電氣架構(gòu)一直在朝著為智能化和體驗服務(wù)的方向在演化和迭代，只是這個過程相比消費電子行業(yè)需要更長的時間?，F(xiàn)今主流的汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展的三個階段：以控制器為中心的階段、域控制器階段、中央計算機階段。

1.1 OEM視角的SOA和中央計算平臺

SOA和中央計算平臺的優(yōu)點：

• 硬件和軟件解耦 （面向不同的客戶和具體的服務(wù)需求）

• 服務(wù)的重新使用和模塊化（構(gòu)建塊）
  

• 簡化基于軟件的創(chuàng)新方式
  

• 定制化，新業(yè)務(wù)模式，借助軟件更新

SOA和中央計算還能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的通信模型：借助多平臺中間件（例SOME/IP）、網(wǎng)絡(luò)配置更加靈活和自動化、保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腝oS。

1.2 服務(wù)和應用程序的層次結(jié)構(gòu)
服務(wù)執(zhí)行方式有以下幾種：

• 用于專用電子控制單元，例如：攝像頭和雷達
  

• 用于基本服務(wù)的區(qū)域控制器，例如：傳感器數(shù)據(jù)處理

• 用于組合服務(wù)的高性能計算ECU，例如：ADAS
  

• 用于云端，例如：信息娛樂
  

• 用于基礎(chǔ)架構(gòu)，例如：速度限制
  

這些服務(wù)可分組使用，以定義可重復使用的軟件組件或完整的虛擬ECU。

SOA用例1：Lighting Service

當數(shù)百個服務(wù)生成的數(shù)千個數(shù)據(jù)流爭奪網(wǎng)絡(luò)資源時，配置通信服務(wù)如下圖所示：

SOA用例2：智能傳感器融合用例

智能傳感器：將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為服務(wù)通信（例如攝像頭和雷達） 使用（硬件或軟件中的）CBS整形解決方案，預整形脈沖信號

2.E/E架構(gòu)：拓撲、協(xié)議棧、服務(wù)特征及其QoS要求

2.1 E/E架構(gòu)的以太網(wǎng)仿真模型
下圖是RTaW-Pegase中建立的以太網(wǎng)仿真模型，其中包括：

• ??? 1臺中央計算機（物理計算單元：Physical Computing Unit）→ PCU服務(wù)器組合服務(wù)及應用程序；
  

• ??? 17個以太網(wǎng)上的ECU，包括3個前置/后置攝像頭、2個雷達、3個顯示屏、車外模塊+專用ECU，例如用于PIU后的5個拆分CAN上的I/O和底座；
  

• ??? 5個區(qū)域控制器（物理接口單元：Physical Interface Units）→PIU服務(wù)器基本服務(wù)

?2.2 用于流量分段和整形的協(xié)議棧

• TCP：可靠且分段的傳輸，但不是實時的；
  

• SOME/IP TP：可預測時序和分段傳輸，但沒有整形功能；對不使用SOME/IP
  TP的服務(wù)器，將服務(wù)器報文劃分為多個Events可能是一種解決方法；
  

• CBS：流出端口中的存儲有限，可能需要對發(fā)送端通信堆棧中的軟件進行其他整形，但尚未有標準解決方案。

2.3 通過服務(wù)配置TSN QoS機制
在配置時應確保所有流（不僅是服務(wù)）都滿足其時間限制

服務(wù)的配置挑戰(zhàn)：

• 請求-響應處理的截止時間，不僅是單獨傳輸
  

• 一些報文和typ. resp.可能需要分段和整形
  

• 在大量數(shù)據(jù)流傳輸時需要一個自動化處理的模型
  

2.5 服務(wù)的特性

單獨一項服務(wù)可以產(chǎn)生大量流量，例如，組合服務(wù)的100個單播流和5個多播流可為10個客戶提供10種方法和5個事件。

3.針對服務(wù)的優(yōu)化TSN配置,最大化網(wǎng)絡(luò)容量并減少內(nèi)存消耗

3.1 過載分析

網(wǎng)絡(luò)過載意味著一個或多個連接的負載高于100％，沒有TSN協(xié)議能滿足其時序約束，從過載分析圖我們可以得知：

• 超過75個服務(wù)（3920個流）上10％的網(wǎng)絡(luò)超載
  

• 建議無論采用哪種TSN策略，此架構(gòu)最多支持60-80個服務(wù)

• 連接：從CGW到PCU2。將其切換到1Gb/s增加網(wǎng)絡(luò)容量
  

3.2 手動配置
手動配置時流量優(yōu)先級：

• TSN機制：優(yōu)先級、無整形
  

• 根據(jù)截止時間手動調(diào)整流量分類：緊急服務(wù)的截止時間應小于10ms

整形對于ADAS服務(wù)的數(shù)據(jù)流傳輸幾乎沒有作用：因為ADAS服務(wù)為低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流，且對不分段的報文包進行整形并沒有多大用處；另外搶占式處理的機制也是無效的，因為超過截止時間的數(shù)據(jù)流都不會是高優(yōu)先級的。由上圖可以得知，數(shù)據(jù)流數(shù)量越多，相應在最壞情況下傳輸?shù)慕刂箷r間也會不斷縮短。

3.3 基于算法的配置
具有簡潔優(yōu)先級算法的流量優(yōu)先級

• ??? TSN機制：優(yōu)先級機制，無整形
  

• ??? 自動化流量分類：不同類型的數(shù)據(jù)流將混合在所有優(yōu)先級中

在此過程中，8個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流全部都有傳輸，發(fā)現(xiàn)高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流反而在截止時間之后到達；和手動配置一樣，搶占式處理依然無效，這是因其受到延遲受限的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的阻塞，另外整形僅對內(nèi)存有一點作用。整形降低內(nèi)存使用的效果如下所示：

?由上圖可知，使用CBS減少每個設(shè)備的內(nèi)存使用量最大值：97％，平均：12.3%。