1、什么是域控制器
過去十多年的汽車智能化和信息化發(fā)展產(chǎn)生了一個顯著結(jié)果就是ECU芯片使用量越來越多。從傳統(tǒng)的引擎控制系統(tǒng)、安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)；再到智能儀表、娛樂影音系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)；還有電動汽車上的電驅(qū)控制、電池管理系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)，以及蓬勃發(fā)展的車載網(wǎng)關(guān)、T-BOX和自動駕駛系統(tǒng)等等。傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)都是分布式的，汽車?yán)锏母鱾€ECU都是通過CAN和LIN總線連接在一起，現(xiàn)代汽車?yán)锏腅CU總數(shù)已經(jīng)迅速增加到了幾十個甚至上百個之多，整個系統(tǒng)復(fù)雜度越來越大，幾近上限。在今天軟件定義汽車和汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢下，這種基于ECU的分布式EEA也日益暴露諸多問題和挑戰(zhàn)。
汽車分布式EEA
為了解決分布式EEA的這些問題，人們開始逐漸把很多功能相似、分離的ECU功能集成整合到一個比ECU性能更強(qiáng)的處理器硬件平臺上，這就是汽車“域控制器（Domain Control Unit，DCU）”。域控制器的出現(xiàn)是汽車EE架構(gòu)從ECU分布式EE架構(gòu)演進(jìn)到域集中式EE架構(gòu)的一個重要標(biāo)志。 
域集中式EE架構(gòu)
域控制器是汽車每一個功能域的核心，它主要由域主控處理器、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件及算法等三部分組成。平臺化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心設(shè)計(jì)思想。依托高性能的域主控處理器、豐富的硬件接口資源以及強(qiáng)大的軟件功能特性，域控制器能將原本需要很多顆ECU實(shí)現(xiàn)的核心功能集成到一起來，極大提高系統(tǒng)功能集成度，再加上數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)化接口，因此能極大降低這部分的開發(fā)和制造成本。對于功能域的具體劃分，各汽車主機(jī)廠家會根據(jù)自身的設(shè)計(jì)理念差異而劃分成幾個不同的域。比如BOSCH劃分為5個域：動力域（Power Train）、底盤域（Chassis）、車身域（Body）、座艙域（Cockpit/Infotainment）、自動駕駛域（ADAS）。
（一） L0-L2級別的ADAS方案
早期大多數(shù)L0-L2級別的ADAS系統(tǒng)都是基于分布式控制器架構(gòu)，整個ADAS系統(tǒng)由4-5個ADAS子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)通常是個一體機(jī)整體方案（可以被看作是一個smart sensor），子系統(tǒng)獨(dú)占所配置的傳感器，通常相互之間是獨(dú)立的。
以智能前視攝像頭模塊（Intelligent Front Camera Module，F(xiàn)CM）為例，整個子系統(tǒng)ECU主板上包含2顆芯片：一顆是安全核（Safety Core）；另一個顆是性能核（Performance Core）。安全核一般由英飛凌TC297/397之類的MCU充當(dāng)，承載控制任務(wù)，因此需要較高的功能安全等級需求；性能核通常是具有更高性能算力的多核異構(gòu)MPU，會承載大量的計(jì)算任務(wù)。
下面是一個對L0-L2級別方案的總結(jié)：
-
L0級別方案：實(shí)現(xiàn)各種ADAS報警功能，比如：FCW、LDW、BSW、LCA等。分布式架構(gòu)，通常由FCM、FCR、SRRs、AVS、APA等幾大硬件模塊組成。
- L1級別方案：完成各種ADAS單縱向核單橫向控制功能，比如：ACC、AEB、LKA等。也是分布式架構(gòu)，硬件模塊組成與L0級別方案大致相同。
-
L2級別方案：完成ADAS縱向+橫向組合控制功能。比如：基于FCM+FCR融合系統(tǒng)，融合前向視覺感知和前雷達(dá)目標(biāo)感知信息，實(shí)現(xiàn)TJA/ICA等功能；或者基于AVS+APA的融合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動泊車功能。
分布式架構(gòu)的ADAS系統(tǒng)存在兩個致命缺點(diǎn)：1）各個子系統(tǒng)互相獨(dú)立，無法做多傳感器之間的深度融合。2）各子系統(tǒng)獨(dú)占所配置的傳感器，因此無法實(shí)現(xiàn)跨多個不同子系統(tǒng)傳感器的復(fù)雜功能。
當(dāng)整車EE架構(gòu)演進(jìn)到域集中式EEA之后，ADAS域控制器中配置了集成度更高、算力性能更高的計(jì)算處理器平臺，進(jìn)而可以支撐更復(fù)雜的傳感器數(shù)據(jù)融合算法，以實(shí)現(xiàn)更高級級別的ADAS功能，比如：HWP、AVP等。
集中式ADAS域控制器方案從最早的四芯片方案，過渡到三芯片方案，再到當(dāng)前業(yè)界主流的兩芯片方案，如下圖所示：
由于不同類型的域控制器市場定位不同，因此針對于不同類型的智能駕駛域控制器，主機(jī)廠在與Tier1合作過程中的訴求也是不一樣的。
中低算力域控制器：主機(jī)廠若是在前期沒有做好自研準(zhǔn)備，現(xiàn)在多半是不會再去搞自研或者聯(lián)合開發(fā)。對主機(jī)廠來講，做好自己的需求定義，比如在控制器里面，主控芯片選什么，需要有什么樣的功能，然后直接交給供應(yīng)商去做就好，這樣效率會更高。對他們而言，現(xiàn)在最需要的是能夠快速交付，盡快地把新功能推向市場，以保證產(chǎn)品在市場上的競爭力。因此，對于中低算力域控制器，主機(jī)廠大多會選擇讓供應(yīng)商提供“交鑰匙”的方案。
對于中低算力的輕量級域控制器，行業(yè)內(nèi)有基于TDA4平臺的方案，也有基于TDA4 +地平線J3的方案。不管是哪種方案，產(chǎn)品定位基本相同——主要用于實(shí)現(xiàn)L1~L2+級別的輔助駕駛功能。此功能應(yīng)用場景相對簡單，對功能安全要求也相對較低。對于此類域控制器，主機(jī)廠比較看重供應(yīng)商的成本管控和落地效率，其競爭力在于是否能夠提供一款高性價比的產(chǎn)品。
德賽西威副總裁李樂樂舉例說：“對于中低算力的行泊一體域控制器，比如低速場景只是實(shí)現(xiàn)APA和HPA功能 ，不需要人在車外，功能安全等級要求較低。高速場景上做L1到L2+，方向盤不脫手，人可以隨時介入，這種輕量級域控上所集成的功能就需要重點(diǎn)打磨。開發(fā)這類域控制器的主要挑戰(zhàn)是如何在算力和成本有限的情況下，把性能做到極致。因?yàn)槠渖蠈討?yīng)用算法、中間件和底層軟件要聯(lián)合優(yōu)化，耦合度高，軟硬難以解耦。“
大算力域控制器：在量產(chǎn)時間上還有一個緩沖期，主機(jī)廠還有時間和精力與Tier1一起去搞聯(lián)合開發(fā)。更何況頭部的主機(jī)廠大都希望能夠全棧自研，即使自己現(xiàn)在搞不定全棧，也希望在與Tier1的合作中能夠更多地參與進(jìn)去，從而在雙方的合作過程中去不斷地去補(bǔ)足自己的短板。
大算力域控制器用于配置在中高端車型，是作為技術(shù)高點(diǎn)和品牌宣傳的亮點(diǎn)。 因此從受重視程度上來講，是中低算力的輕量級域控所不能比的，這是能夠體現(xiàn)品牌力和影響力的重要因素。
德賽西威李樂樂解釋道：“中低算力域控需要不斷打磨和優(yōu)化策略來彌補(bǔ)算力的不足，在有限成本下把性能做到最好，也就是追求性能和成本的平衡。但是大算力域控目前不用擔(dān)心算力不足的問題，由于算力本身就非常強(qiáng)大，即使不用對算法做特別的壓縮和模型簡化，大網(wǎng)絡(luò)也能運(yùn)行的非常流暢，體現(xiàn)出極強(qiáng)的性能。"從這一層面來看，可以理解成大算力域控的硬件與算法功能的耦合性相對會低一些，主機(jī)廠和Tier1之間的協(xié)同性要求比輕量級域控開發(fā)低很多。因此，大算力域控制器適合Tier1和主機(jī)廠進(jìn)行協(xié)同開發(fā)，主機(jī)廠可以專心做上層軟件去打造差異化，不用因?yàn)閾?dān)心算力不夠用而把雙方大量的資源和精力投入到裁剪優(yōu)化上?！?/span>
靈活多樣的合作模式
由于各家主機(jī)廠實(shí)力水平參差不齊，并且各自的戰(zhàn)略規(guī)劃也不同，因此對于域控制器的需求也是多樣化的。Tier1要保證自己的產(chǎn)品能夠盡快量產(chǎn)落地，快速地實(shí)現(xiàn)自己的數(shù)據(jù)閉環(huán)，能夠不斷地去迭代自己的產(chǎn)品，就需要盡量地去滿足客戶差異化的需求。
因此，域控制器Tier1在與主機(jī)廠合作的過程中，產(chǎn)生了多樣化的合作模式。主要有以下幾種形式：
-
硬件+底層軟件
-
硬件+底層軟件+中間件
-
硬件+底層軟件+中間件+部分應(yīng)用算法（行車 or 泊車 or DMS）
-
硬件+底層軟件+中間件+全部應(yīng)用算法 （全棧交付）
德賽西威李樂樂告訴九章智駕：“ 對于智能駕駛域控制器，客戶在軟硬件層面均會存在一些差異化的需求。"
“在軟件層面，有的客戶希望短平快，選擇Linux操作系統(tǒng)，因?yàn)長inux的生態(tài)系統(tǒng)比較完善，可以滿足功能快速實(shí)現(xiàn)。但是選擇Linux，功能安全就沒辦法實(shí)現(xiàn)，這種情況我們會盡量增加一些冗余設(shè)計(jì)，包括芯片內(nèi)部的出錯診斷，做一些能做的安全相關(guān)的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，也有些客戶基于功能安全層面的考慮會選擇QNX實(shí)時操作系統(tǒng)。同樣，除了需要提供底層軟件外，有的客戶希望我們提供中間件，也有客戶需要我們提供全棧工程的交付。這就需要我們基于客戶的不同需求去做好邊界的劃分和接口的定義。
“在硬件層面，基于算力需求的不同，客戶會選擇不同類型的芯片或不同的組合形式。有的客戶選擇單Orin 110TOPS，也有選擇單Orin X的254 TOPS，更有選擇雙Orin X的508 TOPS，甚至有客戶要求兩個雙Orin X的板子背靠背集成到一起達(dá)到1016TOPS算力。
“另外，從整車架構(gòu)集成角度來看，不同的OEM也有不同的規(guī)劃，有一些客戶希望在大算力自動駕駛域控平臺上集成網(wǎng)關(guān)、VCU，也有一些客戶希望能集成IMU、GPS定位模塊，甚至也有一些希望能集成V2X模塊。這些都可以配合客戶去提供差異化定制開發(fā)的支持?！?/span>
總之，主機(jī)廠需求不同，域控制器供應(yīng)商Tier1在服務(wù)客戶的方式上也會存在差異。無論雙方選擇哪種合作模式，最終都是以硬件為載體，并以產(chǎn)品的形態(tài)給到主機(jī)廠，只是在分工上會有差別。
對Tier1的挑戰(zhàn)在于前期做系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)的時候，需要能夠結(jié)合客戶的差異化需求，提供一個完整的平臺化設(shè)計(jì)，并且能夠在平臺基礎(chǔ)上可進(jìn)行差異化定制的更改，確保能提供一個最適合客戶需求的設(shè)計(jì)方案。
4、域控制器設(shè)計(jì)開發(fā)和量產(chǎn)落地面臨的挑戰(zhàn)
1） 硬件層面傳統(tǒng)分布式ECU對接口、功耗或者算力相對來說要求不高，而現(xiàn)在的域控制器集成了更多的功能，需要處理的數(shù)據(jù)越來越多，所要求的的算力越來越大。因此，域控制器變得更加復(fù)雜，需要的電子元器件非常多 。做好內(nèi)部所有硬件功能安全上的Fail-safe設(shè)計(jì)是比較有挑戰(zhàn)性的工作。同時，在電磁抗干擾能力、信號完整性層面也面臨很大的難題。
另外，大算力的芯片會產(chǎn)生新的功耗，產(chǎn)生較大的熱量，需要做好尺寸和散熱之間的平衡。
德賽西威副總裁李樂樂告訴九章智駕：“大算力域控制器用到的元器件物料數(shù)量要遠(yuǎn)超于過去任何車上ECU內(nèi)的元器件數(shù)量。在功能安全方面，需要做好WCCA（最壞情況電路）分析和失效概率分析以及對應(yīng)的備份設(shè)計(jì),在元器件非常多且系統(tǒng)復(fù)雜的前提下，要做好它的功能安全設(shè)計(jì)是非常有挑戰(zhàn)的。
“其次，由于整車本身布置空間比較有限，在充分滿足可靠性、電磁兼容和環(huán)境試驗(yàn)要求的情況下把域控制器的外形設(shè)計(jì)控制在較小的尺寸范圍內(nèi)也比較具備挑戰(zhàn)性。
“對于大算力域控制器往往發(fā)熱也比較高，目前的主流解決方案都是通過水冷的設(shè)計(jì)來解決散熱問題。這要求有很強(qiáng)的熱仿真能力，才能做好很精巧的水冷散熱管道方案，同時又能通過軟件監(jiān)控主要芯片內(nèi)溫度，并根據(jù)這些芯片內(nèi)溫度來控制水冷系統(tǒng)入水溫度和流速。做好這樣一套溫度監(jiān)控、入水溫度和流速的控制閉環(huán)系統(tǒng)，需要建立一套模型，并做好仿真和測試，避免水冷液過冷或過熱導(dǎo)致控制器內(nèi)部凝水或無法及時散熱的問題。”
2）軟件層面
如何做好SOA服務(wù)化？多個核或者是多個SoC之間如何做好協(xié)同通訊、高速計(jì)算、算力的部署、實(shí)時調(diào)度等？如何保證軟件架構(gòu)的靈活性以及軟件的功能安全和預(yù)期功能安全？這些都是域控制器設(shè)計(jì)開發(fā)在軟件層面面臨的挑戰(zhàn)。
東軟睿馳劉威博士提到：“從整個軟件的功能上來看，現(xiàn)在大家都在做SOA。實(shí)際上SOA服務(wù)化對算力是有影響的。雖然大家都說自己在做SOA，但差異還是挺大的。比如，哪些信號能夠服務(wù)化，哪些信號不能服務(wù)化，到目前為止尚無統(tǒng)一的定論。因?yàn)?，第一，它要依賴于整個的應(yīng)用需求；第二，需要依賴于整車架構(gòu)；第三，還需要依賴于整個硬件的算力性能?！?/span>
從整個軟件的實(shí)現(xiàn)角度來看，除了硬件考慮功能安全，軟件的功能安全也是必須要考慮的，并且工作量非常大。從底層的驅(qū)動到基礎(chǔ)軟件，再到上層一些中間件，一直到最上層的應(yīng)用，所有的這些軟件都要考慮功能安全。并且，對于高階自動駕駛功能，還要考慮軟硬件的預(yù)期功能安全。
3）技術(shù)工程化層面
智能駕駛域控制器系統(tǒng)相對來說比較新，對系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)能力要求很高。如果系統(tǒng)在開發(fā)的過程中出現(xiàn)問題，需要有能夠透過問題的表象，看到問題本質(zhì)的能力，能夠把產(chǎn)生的問題逐層分解下去，最后把它解決掉。這對于整個團(tuán)隊(duì)的技術(shù)工程化理解能力的要求還是很高的。
福瑞泰克喻清舟認(rèn)為：當(dāng)出現(xiàn)功能和體驗(yàn)問題的時候，團(tuán)隊(duì)是否能夠從應(yīng)用算法端一直挖到最底層的傳感器。問題的根源有可能是芯片驅(qū)動導(dǎo)致，或者感知導(dǎo)致，能不能在這個鏈條里面從前到后把所有鏈路都打通，對團(tuán)的能力是最直接的挑戰(zhàn)。”
4）開發(fā)周期層面
在軟件定義汽車的時代，明顯可以看到，產(chǎn)品迭代速度都在加快。為了將其快速地推向市場，主機(jī)廠在拼命地想辦法壓縮新車的開發(fā)周期，因此Tier1不得不去改變其傳統(tǒng)的開發(fā)模式，借鑒互聯(lián)網(wǎng)科技公司的開發(fā)理念去形成自己新的開發(fā)模式，來進(jìn)行快速響應(yīng)。
智能駕駛域控制器作為一個比較新的軟硬件一體的產(chǎn)品，牽涉的合作方也比較多。當(dāng)問題出現(xiàn)的時候，需要有人能夠把問題定位出來，然后再進(jìn)行拆解分配給不同的責(zé)任方去解決。尤其是一些深層次的問題，定位問題本身就比較消耗時間，同時對于新系統(tǒng)，后期出現(xiàn)的問題也會很多。這在一定程度上也耗費(fèi)了很多開發(fā)周期上的時間。
宏景智駕蔡文利講到：“由于主機(jī)廠都有嚴(yán)格的量產(chǎn)時間節(jié)點(diǎn)，所以很多ADAS項(xiàng)目都對工期要求特別緊張，這對ADAS服務(wù)商是一把雙刃劍。我們需要具有為客戶定制化開發(fā)的服務(wù)意識和技術(shù)能力，又要有資源調(diào)配的靈活性，愿意配合自己的客戶，共同打磨出一款能夠量產(chǎn)并且讓客戶滿意的產(chǎn)品。這里面的挑戰(zhàn)主要還是在于如何協(xié)調(diào)好企業(yè)內(nèi)部的資源，有條不紊、把握節(jié)奏按時保質(zhì)保量地交付產(chǎn)品。這是對整個企業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、項(xiàng)目管理、資金投入等全方位的挑戰(zhàn)?！?/span>
知行科技硬件研發(fā)總監(jiān)認(rèn)為：“在短開發(fā)周期的壓力下，Tier1的工程基礎(chǔ)能力是否足以來應(yīng)付開發(fā)過程中出現(xiàn)的問題，并快速地解決。同樣也考驗(yàn)Tier1的生態(tài)，你的合作伙伴能不能快速地來支撐你，以及是否有資源來支持你去解決這些問題?！?/span>
5）供應(yīng)鏈保障層面
較大的市場需求導(dǎo)致半導(dǎo)體供應(yīng)鏈和產(chǎn)能緊缺，包括疫情在內(nèi)的各種“天災(zāi)人禍”不斷擾亂半導(dǎo)體的正常生產(chǎn)節(jié)奏，而需求與產(chǎn)能之間的矛盾在短期內(nèi)難以解決。在全球芯片供應(yīng)鏈如此緊張的背景下，對于域控制器供應(yīng)商而言，供應(yīng)鏈的保障也是十分的具有挑戰(zhàn)性。整車廠在選擇域控制器供應(yīng)商的時候，其合作伙伴芯片廠商的供貨能力也是重要的考量指標(biāo)。
轉(zhuǎn)自汽車電子與軟件
