时间不知不觉中，快要来到初秋的九月。时间如白驹过隙，模糊间2024年已经快到第四个季度。
本文主要分享在新电子电气架构下，整车中央处置惩罚器HPC为软件界说汽车赋能。
一、背景信息
与汽车行业所见证过的别的技术不同，软件界说汽车技术的出现将为移动出行带来亘古未有的创新，汽车只需通过无线下载即可获得新的功能或加强的本领。然而，它的条件是软件必须要能够与汽车结合，才气将工程师的梦想酿成现实。
软件界说汽车技术的核心在于，汽车不再仅仅是硬件的堆砌，而是成为了一个可以不停升级、优化的软件平台。通过无线下载和更新，汽车可以像智能手机一样，轻松获得新功能、性能提升甚至驾驶模式的改变。这种本领极大地拓宽了汽车的创新边界，使得汽车制造商能够更快速地响应市场需求，推出更加符合消费者等待的产物。
要实现软件界说汽车带来的种种好处，条件是软件与硬件之间必须实现高度的集成和协同。这意味着汽车制造商需要构建一个能够支持复杂软件运行的硬件平台，同时确保软件能够无缝地融入并控制这个平台的每一个部门。这种深度集成不仅要求技术上的精深，还需要在设计和生产过程中进行大量的测试和验证，以确保体系的稳定性和安全性。
整车中央盘算平台HPC就可以继续这个角色。HPC可以是电源和车身控制器、推进和底盘控制器、数据网络路由器、网关、防火墙、地区主控制器和数据存储中央，集多项功能于一身，也可以仅实行此中的一些功能。更为紧张的是，它是将软件代码转换为物理操作的关键架构组件，实现从数字字节到移动出行的跨越。
HPC可以是一个高度集成的体系，包罗电源和车身控制器、推进和底盘控制器、数据网络路由器、网关、防火墙、地区主控制器以及数据存储中央等多种功能。这种高度集成的设计使得HPC能够更有效地管理车辆内部的各个子体系，确保它们之间的顺流畅讯和协同工作。
HPC是软件代码与物理操作之间的关键架构组件。它负责将工程师编写的软件代码转换为车辆可以实行的实际操作，实现从数字字节到移动出行的跨越。这种转换本领使得软件界说汽车成为大概，让车辆能够像智能手机一样，通过软件更新来不停获得新功能和改进。
作为车辆的核心盘算平台，HPC还负担着确保体系安全性和可靠性的重任。它内置的防火墙和加密技术可以保护车辆免受网络攻击和数据泄露的威胁。同时，HPC的高性能盘算本领也为车辆提供了更快的响应速度和更流畅的操作体验。
随着技术的不停发展和市场的不停变革，汽车制造商需要不停对车辆进行升级和改进。HPC的灵活性和可扩展性使得这种升级变得更加容易和高效。通过更换或升级HPC中的某些组件，汽车制造商可以快速地引入新功能或提升车辆性能，以满足市场和消费者的需求。
HPC可以事无巨细地处置惩罚与汽车中数百个组件的通讯信号，然后将这些功能抽象为软件应用程序的服务（相当于移动电脑的CPU）。有了它，开发人员就可以不必在处置惩罚车内通讯方面泯灭更多时间，而将更多的时间用在开发为消费者真正带来价值的功能上。没有HPC，软件界说汽车就不大概实现。
二、软件界说汽车的核心硬件载体HPC
举例，一名短跑赛手在起跑线上做好了准备姿势，等待角逐开始。当传令枪声传到赛手的耳朵时，她的大脑立即指令双腿用力推动身材向前奔驰。而此时赛手脑筋里想的却是速度、留意力、距离和步速，大概还有教练的建议。她并没有去想要激活哪些神经元，以便让肌肉按正确的顺序紧缩，也没有思索如何在弯道保持均衡。
就是说，她的大脑处置惩罚着更高层次的思维，而小脑则负责协调肌肉，实行大脑的动作指令。
当谈到软件界说汽车时，这个类比就特别恰当。在汽车的大脑和神经体系之间也需要一个“小脑”，它是将数字世界与模拟世界连接起来的中心层，快速有效地将大脑做出的决定转化为汽车神经体系实行的行动。
这个类比非常贴切地解释了软件界说汽车中各个体系之间的协作关系。在软件界说汽车的背景下，我们可以将汽车的“大脑”视为中央盘算平台（HPC），它负责处置惩罚复杂的决议和逻辑判断，雷同于短跑赛手在角逐中思索速度、距离等策略性题目。
而汽车的“小脑”则对应于那些负责直接控制车辆硬件和实行动作指令的底层体系，比如动力总成控制单位（ECU）、底盘控制体系、传感器网络等。这些体系雷同于人体的小脑，它们不需要进行高级的思维决议，但能够迅速且精确地协调和实行来自大脑的指令，确保车辆按照预期的方式行驶。
在软件界说汽车中，大脑（中央盘算平台）与小脑（底层控制体系）之间的协作至关紧张。大脑通太过析和处置惩罚来自车辆内外的大量数据，制定出最优的驾驶策略和控制指令。然后，这些指令被传递给小脑，由小脑负责将数字信号转换为物理动作，控制车辆的加速、制动、转向等。
这种协作机制使得软件界说汽车能够具备更高的智能化水平和更强的适应本领。通过不停更新和优化软件，汽车制造商可以轻松地为车辆添加新功能、改进性能，甚至调整驾驶模式，以满足不同用户和场景的需求。同时，由于底层控制体系的快速响应和精确实行，这些变革能够立即表现在车辆的行驶表现上，为用户带来更加安全、舒服和便捷的驾驶体验。
HPC从如下几个方功能方面包管软件界说汽车：
1、信号到服务的转化
在面向服务的架构中，车辆的功能被封装成一系列独立的服务，这些服务通过标准的接口（如API）进行通讯。这种设计使得不同的体系（如信息娱乐体系、气候控制体系等）能够以一种松耦合的方式协作，共同实现车辆的整体功能。
为了实现这一转换，HPC需要将信号世界和服务世界连接起来。恒久以来，汽车不停由信号控制，车身控制器向特定设备发送一帧数据，然后该设备将作出反应，实行特定功能。在面向服务的架构中，功能以更为通用的服务形式呈现，供任何需要这些服务的应用程序订阅。
如，OEM大概希望为用户提供这样一个功能：通过信息娱乐体系中的应用程序控制车内气温。该应用程序可以订阅HPC提供的气温控制服务（我们把它叫做HVAC），并通过应用程序编程接口(API)HPC进行通讯。
用户选择温度后，车载信息娱乐体系中的应用程序则通过这些API指示HVAC服务开始工作，比如将汽车右侧的温度设置为20度。HPC立即通过地区控制器向压缩机、风扇和风门等各种实行器发送信号。HVAC服务将确定何时打开或关闭压缩机、启动哪些风扇以及风门打开的程度，然后在得当的时间向相应的设备发送信号。
上述例子，用户通过信息娱乐体系中的应用程序选择温度，这个请求通过API发送给HPC。HPC作为服务的协调者，理解这个请求并将其转换为对HVAC服务的调用。HVAC服务根据请求调整车辆的气候控制体系，如压缩机、风扇和风门的操作，以实现用户设定的温度。
在本示例中，信息娱乐体系的应用程序与气候控制的机器操作完全分离，它将不清楚气候控制操作的位置，甚至意识不到它们的存在。通过这种抽离，信息娱乐体系的开发人员可以无需思量气候控制操作，而将精力专注于开发优化用户体验的功能，以及如何在各类应用程序中充实利用气温控制的操作进行创新。
这种架构的好处在于它的灵活性和可扩展性。面向服务的架构支持微服务的概念，即将大型服务进一步拆分为更小的、独立的服务单位。这些微服务可以独立地摆设、更新和扩展，从而提高了体系的可维护性和可扩展性。在气候控制的例子中，可以想象将HVAC服务进一步拆分为控制压缩机、风扇和风门的微服务，每个微服务都专注于一个特定的任务，并通过API与其他微服务进行通讯。
在面向服务的架构（SOA）中，将车辆功能封装成独立的服务并通过标准接口进行通讯，不仅提升了体系的灵活性和可扩展性，还极大地促进了不同体系间的松耦合和互操作性。这种架构模式对于当代汽车的电子体系来说尤为紧张，因为它能够应对日益复杂的车辆功能和不停变革的用户需求。
如下上风：
-> 各服务（如信息娱乐、气候控制等）之间通过界说良好的接口进行通讯，使得服务的修改、升级或替换不会对其他服务产生直接影响。这种松耦合的特性降低了体系间的依赖性和风险;
-> 面向服务的架构支持微服务的概念，允许将大型体系拆分为多个小型、独立的服务。这使得服务可以独立摆设、更新和扩展，而无需停止整个体系。此外，当需要添加新功能时，只需开发新的服务或扩展现有服务即可。
-> 开发团队可以专注于单个服务的开发和优化，而无需担心与其他体系的集成题目。这种分工相助的方式有助于加快开发速度，提高软件质量。
2、不同的时间调度表
此种分离在架构中将不需要频繁更新的功能与那些大概需要经常更新的功能设计在不同的平台上。HPC可以放置那些与整车的换代周期（一般5、6年）相同的功能，这将解放那些需要更频繁更新的应用，后者可以设置在开放式服务器平台（OSP）上，通过无线更新功能随需要进行更新。此外，随着更为强大的微芯片诞生（一般每两年），OEM 还可以升级OSP（开放式服务器平台），这将使更高级别的功能迎来与当前智能手机相似的升级周期。
思量到这一区别，HPC自然而然地成为了电源和车身控制等功能的不二之选。推进和底盘控制器 (PCC)等功能也可以放置在HPC上。
电源和车身控制器管理着与车身相干的全部设备，包罗内部和外部车灯、车窗控制器、门锁、气温控制器、警报灯和整体电源分配等。这些功能对汽车安全的影响虽然不像PCC功能那样紧张，但它们也不太需要经常更新。
PCC包罗制动、转向、悬架、发动机应用等更高级别的应用，以及用于实行操作的控制器（高级驾驶员辅助体系ADAS的组成部门）。这些功能是根据最严格的安全要求构建的，通常为ASIL-D级，代表最高的风险管理级别。因为它们对汽车安全至关紧张，所以它们必须得到羁系机构的答应，这大概需要长达18个月的时间，所以将它们与那些包罗大概需要频繁更新的、对安全影响不大的软件的平台分离开很紧张。
注：PCC包罗的功能（如制动、转向、悬架等）对汽车安全至关紧张，因此必须满足最严格的安全要求（如ASIL-D级）。这些功能的开发和更新需要经过严格的羁系审批流程，以确保其安全性和可靠性。
将PCC功能从频繁更新的应用程序中分离出来，可以制止因更新不妥而对汽车安全造成潜在威胁。这种分离策略有助于降低安全风险，并提高体系的整体可靠性。
这种分离可实现处置惩罚器与功能间的最佳匹配。HPC可以实现数据流加速、高速加密和解密，专门用于需要实时数据处置惩罚和实时操作体系的功能。相比之下，用户体验功能则更注意图形设计，需要图形处置惩罚器的协助。而复杂的ADAS功能则更多是随政策驱动，因此这些功能通常会在针对这些需求量身定制的平台上运行。
HPC能够实时关注并连接整个汽车中的设备，可以为全部的数据通讯过程充当路由器。它还可以处置惩罚网络流量的优先级和调度。
3、汇聚整车一切的中央
由于HPC能够实时关注并连接整个汽车中的设备，它成为了全部的数据通讯过程的路由器，处置惩罚网络流量的优先级和调度。它能够将来自控制器局域网和FlexRay等传统网络技术的流量发送至汽车以太网和 PCI Express (PCIe) 等新兴网络，再次将更高级别的应用程序与各种数据协议等细枝末节分离开来。
HPC还可以管理时间同步，这对于汽车内多个体系有效协同地运作至关紧张。它可以借助GPS确保时间准确，但如果GPS信号丢失，它也可以跟踪计时。在混合网络中，它可以确保更为紧张的流量（如雷达数据）实时通过。
HPC甚至还可以管理与云的通讯。包罗天线和调制解调器在内的远程收发器单位(RTU)通过4G、5G蜂窝、WiFi、蓝牙等与云进行通讯。HPC与RTU协同，对无线下载进行管理，并将诊断数据或分析上传到云。这种将处置惩罚向上集成到HPC中的做法可以让天线端的封装变得更为紧凑。
HPC因而可以通过RTU向汽车中的软件应用程序提供通讯服务。如，ADAS软件模块可以订阅“汽车到一切”服务（例如交通灯检测），而HPC将负责管理此类服务。
网络安全是一种必须集成到汽车全部软件和硬件中的本领，对于HPC而言尤为紧张，因为它是通往外部世界的门户。因此，HPC中也包罗防火墙。HPC将负责在将各类无线下载内容分发至别的体系之前确保其完备性，并收集任何网络安全变乱，上报到云。
最后，HPC照旧一个聚合点，收集来自汽车周身传感器（如雷达、摄像头和激光雷达）的全部数据。HPC压缩数据、实行传感器融合并通过另一项服务向ADAS应用程序提供信息。
总之，HPC作为数据通讯的路由器，能够实时关注并连接汽车内的全部设备，处置惩罚来自不同网络（如控制器局域网、FlexRay、汽车以太网、PCI Express等）的流量。它智能地管理网络流量的优先级和调度，确保关键数据（如雷达数据）能够实时传输，从而提升整体体系的响应速度和服从。
再者时间同步是汽车内多个体系有效协同运作的底子。HPC通过GPS或其他时间源确保时间准确，并在GPS信号丢失时能够自主跟踪计时。这种本领对于需要精确时间同步的功能（如自动驾驶中的路径规划和避障）至关紧张。
最后网络安全是汽车架构中不可或缺的一部门，尤其是对于作为通往外部世界门户的HPC而言。HPC中集成了防火墙等安全机制，负责在各类无线下载内容分发至其他体系之前进行完备性查抄，并收集任何网络安全变乱上报到云。这种集成化的网络安全本领有助于保护汽车免受外部攻击和数据泄露的风险。
另外再加上HPC照旧汽车周身传感器（如雷达、摄像头和激光雷达）数据的聚合点。它负责收集这些数据，进行压缩和预处置惩罚，并通过传感器融合技术将不同泉源的数据整合成更故意义的信息。这些信息随后被提供给ADAS（高级驾驶员辅助体系）等应用程序利用，以支持自动驾驶和其他高级功能。
4、地区主控制器
HPC是各类先辈的汽车架构的关键组成部门，尤其适用于地区架构。在地区架构中，汽车在物理上被分别为不同的地区，传感器、实行器和外围设备等的输入和输出被分别连接到局部的地区控制器以获取电源和数据。地区控制器可以实行一些车身控制功能，预处置惩罚别的数据，并将流量通过单个链路一起传回HPC，从而大大简化了数据网络架构。
在该情境中，HPC是地区主控制器，协调着汽车中全部地区控制器之间的活动。这种架构将I/O连接点与HPC分开，但仍然将大部门车身控制功能保存在CVC内，而不是将300到500个I/O直接连接到车身控制器。
比如，当应用程序请求服务器打开左火线的闪光灯时，HPC会确定要与哪个地区控制器通讯并发送信号启动闪光灯。HPC还为全部的地区控制器管理计时，使应用程序免受此类琐碎任务的干扰。
地区控制器负责各自地区内传感器、实行器和外围设备的I/O连接，实行基本的车身控制功能，并预处置惩罚数据。它们将收集到的数据通过单个链路高效地传回HPC，减少了数据传输的复杂性和延迟。这种设计使得汽车内部的各个体系能够更加精密地协同工作，提高了整体性能。
设想一下舱内摄像头和舱内用户体验应用程序之间的交互，如检测遗留物体的应用程序。在地区型架构中，摄像头大概会向地区控制器发送低压差分信号帧，地区控制器又将来自摄像头和别的设备的数据聚合到通往HPC的汽车以太网链路上。
然后，HPC将提取相干数据，并通过其服务将数据传输给专门负责舱内用户体验的OSP，大概会通过PCIe进行传输以尽大概确保最快的传输速度。CVC可以同时利用收集到的数据进行分析、处置惩罚，并通过以太网或PCIe连接将其发送到RTU，RTU又将通过 5G 蜂窝服务将该分析数据传送到云。这将使“检测遗留物品”应用程序能够有效利用车载盘算本领，同时有选择地应用基于云的对象辨认或连接在需要时通知用户。
在地区架构中，HPC（高性能盘算单位）作为地区主控制器发挥着核心作用，它有效地协调和管理了汽车内部各个地区控制器之间的活动和数据活动。这种架构不仅简化了数据网络结构，还提高了体系的整体服从和响应速度。
三、远景与规划
OEM 当前正操持开发下一代电气/电子架构，HPC的功能将必不可少。随着OEM着手对电子控制单位(ECU)进行整合，汽车中“盒子”的数量将被减少到10到15个，而HPC将在此中占据一席之地。以后汽车中的ECU大概只剩下地区控制器、门节点、座椅节点、制动箱、转向箱、电池管理体系、OSP和HPC。为实现3级自动驾驶而设计的汽车将要求CVC可以高效地支持冗余，尤其是当它包罗PCC功能时，因为PCC对汽车的安全运行至关紧张。
HPC作为EEA中的核心组件，其强大的处置惩罚本领使得车辆能够实时处置惩罚复杂的传感器数据、实行高级算法，并支持多个ECU的会合控制和通讯。通过减少ECU的数量，HPC不仅简化了车辆电子体系，还提高了体系的整体服从和可靠性。
直接连接到HPC的外部驱动器可以为汽车的全部数据提供汽车中央存储(CVS)单位。CVS 单位会席卷全部的软件、语言文件及别的数据密集型文件，如信息娱乐模块的地图数据库或用于自动驾驶的高清地图。这样解决芯片内存不足题目！
OEM已经开始将车身控制器与网关功能合二为一，但进一步进行向上集成，将PCC和数据网络路由器等实时功能整合到一个匣子中，将会带来更大的价值。进一步集成的关键在于要以合乎逻辑和可权衡的方式，对这些功能进行整合，同时以整个汽车架构为背景，对它们进行优化并将信号抽象化为服务。
针对3级及以上自动驾驶汽车的设计，确保体系的冗余性至关紧张。特别是当涉及到车辆控制盘算机（PCC）这样的关键组件时，冗余设计能够明显提升车辆的安全性和可靠性。通过CVC（中央车辆控制器）的支持，可以实现高效的冗余管理，确保在任何单一体系故障时，车辆仍能安全、稳定地运行。
外部驱动器直接连接到HPC，为车辆提供了一个强大的中央存储解决方案（CVS）。这一设计不仅解决了芯片内存不足的题目，还使得车辆能够会合存储和管理全部范例的软件、数据文件，包罗信息娱乐体系的地图数据库、自动驾驶所需的高清地图等。这不仅提高了数据访问的便捷性，还促进了不同体系之间的数据共享和协同工作。
随着技术的不停进步和市场的日益成熟，下一代电气/电子架构将成为汽车行业发展的紧张驱动力。HPC、冗余设计、CVS单位以及更深入的集成策略将共同推动汽车向更加智能化、安全化、高效化的方向发展。OEM需要密切关注这些技术趋势，不停创新和优化产物，以满足消费者对智能汽车日益增长的需求。
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