英飞凌韩颖：新架构下域控制器的应用

8月26日，由盖世汽车主办的“2021行业首届智能汽车域控制器创新峰会”于上海汽车城瑞立酒店隆重召开。本次会议持续两天，将围绕智能汽车、智能驾驶域控制器、智能座舱域控制器、底盘及车身域控制器、智能驾驶计算平台、电子电器架构、软件定义汽车、车规芯片等行业焦点话题展开。会议期间，英飞凌汽车电子事业部 电子电气架构负责人韩颖发表了《新架构下域控制器的应用 》的主题演讲。以下为演讲实录，供参考。

图为：英飞凌汽车电子事业部 电子电气架构负责人 韩颖

大家下午好，非常感谢盖世汽车为我们提供这样一个好的交流平台。刚才听说线上观看人次超过20万，这里我也跟线上小伙伴先打个招呼。今天演讲的题目是《新架构下域控制器的应用》。

首先，我们来看一下是什么在驱动电子电气架构的变化。原来传统分布式的布局，一个ECU控制一个功能，一个车上可能集成了几十上百个ECU，每一个ECU之间又没有相互沟通和互联，基本上是封闭的系统，采用软硬件一体化设计。随着新四化的发展，越来越多的应用需要集成到整车系统当中，在传统架构下，车厂要更改或者增加新的功能是非常困难的。

软件定义汽车的概念越来越多地被提及，未来汽车应用当中软件比重会越来越大，针对此就需要对我们的软件和硬件进行解耦，把软件上层尽量中心化，硬件部分尽量做集成模块化，同时产生出一些标准的接口供软件调用。针对此需求，原来这种分布式的布局也没有办法去实现。

线束角度出发，目前一辆车里面把所有线束连接起来会有几千米长，这个空间越来越狭小，有很多部分需要人工手工布置，同时自动化生产也没有办法提高效率，种种原因就使得电子电气架构的变化势在必行。

在这个过程中，我们也看到来自各方面的压力和挑战，尤其是对主机厂来说。

首先，它要建立自己的软件团队构建自己的软件开发能力，这是需要一定时间的积累和过程。不仅如此，人才缺口也是一大棘手问题，我们看到很多原来互联网行业，IT行业，消费电子行业的软件人才进入到汽车领域，他们也带来了很多成功的经验和开发的成功流程，但是这些软件开发的经验怎么样适应于汽车领域和需求，这也需要一定的磨合和配合的。

另从组织架构而言，现在传统的主机厂组织架构还是按照原来功能划分的，比如说动力部，底盘部，车身电子部等等，对于未来架构中，很多开发是需要功能融合的，这可能需要主机厂打破原有组织架构的界限，在组织架构上也进行一定的融合，目前来看也是相当有挑战。

从供应链成熟度来讲，原来传统的大部分Tierl-1更加熟悉的成熟模式是交钥匙模式，但是现在对于新的电子电气架构来讲是需要更加开放的生态，要更好的配合主机厂做融合开发，提供更多灵活配合的解决方案和合作模式，这也需要一定的探索。

实际上电子电气架构未来终极目标就是走到全Zonal架构，就是由中央电脑和几个控制器完成，其中，中央大脑主要负责上层复杂的数据处理和计算，几个区域控制器主要承担的功能是网关，配电，数据采集，负载控制。达到这样一个架构，根据我们目前的分析和判断大概需要十年左右的时间。

在十年周期里面，根据我们刚才介绍到种种压力和挑战，我们会看到产生几个中间的架构形态。首先，在未来1-2年一些新的车型上会落地量产的是Domain架构，会把相关和相近功能ECU整合在一起，所有高端的算法上移到Domain控制器负责相关区域协调和控制。目前看到比较多会形成4-5个大的Domain，车身域，底盘域，座舱域，ADAS域，在这之上会有中央网关负责域控制器之间的协调和通讯。它可以帮助车厂实现软件在线升级，在一定程度上也做到了软件和硬件的集成，它的控制逻辑也是比较清楚的，但是它有一个最大问题就是没有办法解决线束的问题。

为了进一步减少线束的复杂度，同时进一步进行ECU集成，车厂接下来就开始探索融合式的架构。首先，会考虑到把比较容易实现的车身域控制器分成几个区域控制器，采用就近控制的原则。一些复杂的系统，ADAS，动力底盘，座舱还是维持原来Domain的形式，紧接着会把动力底盘和ADAS部分功能慢慢集成到区域控制器里面，进一步减少线束和ECU，终极目的就是走到全Zonal架构。

那么，在开发域控制器平台的时候需要考虑哪些方面的因素？下面将主要是从四个方面进行讨论。

首先是性能方面，域控制器需要实现多大的算力？启动时间和动态响应速度，功耗，以及在域控制器之中会不会需要集成特别的硬件模块，比如网络加速模块，AI加速模块，信号预处理模块，这是性能方面需要考虑的。

第二是安全，这里分为两个层面：功能安全和信息安全。功能安全方面，如果现在我们只开发车身域，基本上它的功能安全等级到ASIL-B就足够了，如果要集成ADAS功能在域控制器中功能安全等级就要上升，最高需要到D。未来网联汽车不再是封闭系统，会从外部接收大量网络通讯信号，如何足够安全地接收这些信号，保证信息可靠性，这就需要硬件和软件一起配合，来保证信息安全。

第三是硬件平台是不是支持Hypervisor模式？在新E/E架构的开发过程当中会有这样的应用场景，需要不同的软件团队基于同一个硬件平台做并行同步的开发，对每一个软件团队来说又需要相对独立的开发环境和自己独立支配的外设以及资源。这样的话，就需要在硬件本身支持Hypervisor，有相关机制配合开发情景。

第四是接口，在传统的汽车网络里面通常是以CAN和LIN网络通讯为主，但是新的E/E架构中会有更多的大数据的处理，还有大量图形以及其他的数据需要快速的低延时的通讯，这时候通常会以千兆以太网作为主干网络，这就需要百兆千兆以太网接口会成为未来硬件标准化接口，同时需要拓展更多的功能，需要更多的外设和SOC进行连接，这里面还需要加入更加丰富的接口，比如说PCIe和xSPI。

除此以外，在架构平台的搭建之初还需要考虑这个平台的灵活性，拓展性以及开发平台的周期和成本。昨天诺博李总有谈到做一个座舱域控制器需要适配一二十款不同车型，这些车型又需求不同，那么如何构建一套域控制器平台覆盖这么多复杂的不同的需求，这就需要我在开发过程当中构想这个平台可以覆盖到高端、中端，低端不同应用场景。同时在平台做系统升级以及迁移过程当中尽量复用原来积累下来的硬件和软件的资源与经验，这样可以帮助客户节省大量的开发周期和开发成本，所以灵活性，拓展性和开发周期与成本也是域控制器设计过程当中需要考虑的非常重要的因素。

这里以英飞凌MCU AURIX分享一下，作为半导体元器件怎么样支持客户实现平台搭建，增加它的灵活性和可拓展性。

左图是AURIX TC3系列家族列表，从最低端单核TC32，到最高6核TC39，整个分布资源也是非常丰富。而且AURIX全系列都满足功能安全ASIL-D的，可以实现密钥管理，对称和非对称加密，同时也支持SOTA功能。TC3系列做到了全系列的覆盖。

纵向表示封装，同样一个封装系列里面，从高端6核产品到低端单核产品可以做到硬件100%兼容，同时软件也可以实现大部分的复用。现在客户倾向的开发模式是先用全资源的最高端产品进行平台化开发，再往下逐渐的裁剪，这也给客户提供了很好的延展性和灵活性。

我们还有另外一个家族产品是TVII，它主要针对的应用是包括座舱、仪表、中低端域控制器，TVII和AURIX家族是有一个很好的互补。

这里展示的是区域控制器系统框图，除了中间的MCU作为主控单元以外，外围还有很多其他的电子元器件，包括电源部分，通讯部分，驱动部分。区域控制器的主要功能之一是负载的控制。实际上，在负载控制的部分会有各种各样不同种类的负载，包括座椅，门窗，锁，灯，LED，尾门等等类型，在这样的负载控制中传统设计都会采用继电器，继电器最大问题是功耗比较大，占板面积比较高，还有就是没有办法监测负载的状态。在做智能化自动化网联化的整车设计的时候是没有办法实现的，因为我们需要实时的了解整个负载的状态进行判断。

现在新的设计基本上都会用电子元器件（智能高低边器件），它集成了丰富的诊断和保护功能，比如说过压，过流，短路，过温的诊断，同时会把诊断的状态负载的状态实时反馈给单片机，里面也集成了自动保护的机制。

这是英飞凌在高低边器件的系列，包括PROFET+2, SPOC和Power PROFET几大系列。

这是IO口控制的PROFET +2 12V家族列表，涵盖单通道和双通道，这个系列设计之初也考虑到灵活可替代性的概念，所以我们在500毫安到20安等级采用同样的封装，方便客户灵活使用。

这是SPOC系列，它是采用SPI口设计的，尤其在区域控制器，如果全部采用单通道或者双通道产品需要很大的占板面积，同时也较为占用MCU I/O资源，通过集成化处理可以大大节省资源和成本。

下面是Power PROFET，这是针对大电流的，在车里有加热部分和工况比较恶劣的部分是需要大电流的驱动能力，基本上这个家族从24A一直驱动到40A。

介绍完高低边产品，我们还有另外一类驱动产品，这一类驱动产品主要是针对小电机类的负载，在车子里面有很多小电机，平均一辆车大概有几十个，这些电机位置有在车窗的，有在座椅的或门锁的，是需要多路半桥驱动的。我们推出了4路半桥和8路半桥集成的芯片，可以针对多电机负载驱动的应用场景来使用的。

一个域控制器系统有了大脑，有了四肢，它也需要有供电和通信。这里都会采用集成式的方案，就是把电源和通信集成在一个芯片上，这样设计的好处是成本上可以节省，器件可靠性会增加，可以省掉外围很多复杂的电路。这种SBC产品我们也是有多种选择，针对简单的ECU单元会集成一个供电电源和一路CAN FD，在一些复杂的系统里面通道数会比较多，可能需要CAN接口，LIN接口或者多路CAN接口，这里面我们有相对集成度比较高的产品。这一系列产品也是采用相同的封装，客户可以根据不同系统级要求进行灵活的选择。

在结束演讲之前，我还想跟大家再分享一下英飞凌对未来智能网联汽车的三个信念。第一，我们相信零排放最终一定会实现。第二，我们相信未来的驾驶员会最终变成乘客。第三，我们相信无车不智能。

谢谢大家。