V2X量產(chǎn)周期，車(chē)載遠(yuǎn)程信息的硬件設(shè)計(jì)面臨哪些挑戰(zhàn)？

      導(dǎo)讀：車(chē)載遠(yuǎn)程信息硬件設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)正在被逐漸攻破。

      車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)（AVN）與車(chē)載信息控制單元（TCU）集成后連接到車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，形成了車(chē)載信息服務(wù)終端，隨著其復(fù)雜性不斷增加，所面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越多。

      車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最開(kāi)始以車(chē)載信息服務(wù)的形式進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)，正如移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最開(kāi)始以信息服務(wù)的形式進(jìn)入消費(fèi)者市場(chǎng)一樣。

      其中，車(chē)載信息服務(wù)控制單元內(nèi)連電子控制系統(tǒng)，外連車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)平臺(tái)，可用于實(shí)現(xiàn)車(chē)輛監(jiān)控、管理、ECU軟件更新等遠(yuǎn)程控制類業(yè)務(wù)。

      與V2X協(xié)同通信單元集成，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)協(xié)同駕駛和協(xié)作式智能交通。同時(shí)，它與中控臺(tái)的車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)共同組成了車(chē)載信息服務(wù)終端。

      車(chē)載信息服務(wù)終端由汽車(chē)中控臺(tái)發(fā)展而來(lái)。中控臺(tái)加裝音視頻與導(dǎo)航一體化的車(chē)載主機(jī)構(gòu)成了車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)。

      隨蜂窩移動(dòng)通信與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)（AVN）通過(guò)與車(chē)載信息控制單元（TCU）集成后連接到車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，最終形成了車(chē)載信息服務(wù)終端。

      而通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)、車(chē)載信息控制單元TCU，以及車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)，駕駛員可獲取車(chē)載信息服務(wù)，也可通過(guò)USB/WIFI或HDMI接口將智能手機(jī)與汽車(chē)相連。

      而車(chē)身以內(nèi)的不同網(wǎng)絡(luò)或控制器間的交互，大多會(huì)通過(guò)CAN/LIN總線實(shí)現(xiàn)。隨著越來(lái)越多的電子控制單元（ECU）在車(chē)輛中實(shí)施，汽車(chē)電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加。

      這些ECU在更廣泛的層面上共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而增加了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，以太網(wǎng)便登上了車(chē)聯(lián)網(wǎng)的舞臺(tái)。

      目前，一些量產(chǎn)車(chē)型已出現(xiàn)百兆、千兆的以太網(wǎng)接口。未來(lái)，以太網(wǎng)將逐漸成為V2X的主流接口。

      另外，基于車(chē)載信息控制單元，也可構(gòu)成獨(dú)立的商業(yè)運(yùn)輸服務(wù)終端，為車(chē)隊(duì)或駕駛?cè)藛T提供商業(yè)運(yùn)輸服務(wù)。

      為了保障車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息網(wǎng)絡(luò)安全，一些整車(chē)廠有時(shí)會(huì)將車(chē)載信息控制單元與車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)在物理上獨(dú)立設(shè)置，此時(shí)，TCU也稱為車(chē)載信息控制終端，簡(jiǎn)稱T-BOX。

T-BOX相關(guān)硬件的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)及解決方案

      在T-BOX中，硬件的設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性。

      首先便是音頻系統(tǒng)的表現(xiàn)。例如，ecall的基礎(chǔ)是通話功能，而如何保證高質(zhì)量的通話質(zhì)量是非常關(guān)鍵的，對(duì)于其中的硬件設(shè)計(jì)有諸多考量：ADC的采樣精度、器件的噪音參數(shù)、功放輸出的信噪比等因素都會(huì)影響音頻系統(tǒng)的質(zhì)量。

      在音頻方面，德州儀器推出了92 dB (ADC) / 102 dB (DAC)， 96 kHz低功率單聲道音頻編解碼器，可通過(guò)均衡信號(hào)改善音頻質(zhì)量，同時(shí)支持高清語(yǔ)音/寬帶音頻；

      編解碼器不需要增加額外的模擬電路，降低了物料成本；同時(shí)還提供靈活的接口和能力，多路復(fù)用。同時(shí)也保障了ADC的最大動(dòng)態(tài)范圍。

      其中，3104-Q1與3109-Q1之間的插頭兼容性可以很大程度減少設(shè)計(jì)間的遷移工作量；為客戶提供的Wettable和non-wettable的成型技術(shù)也增加了設(shè)計(jì)的靈活性。

      另外，德州儀器還推出了8-W單聲道，帶有負(fù)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)和I2C診斷功能的車(chē)規(guī)D級(jí)功放芯片，可極大程度幫助供應(yīng)商縮短研發(fā)成本。

      而總體來(lái)看，整個(gè)T-BOX的控制器需要滿足低靜態(tài)電流與高工作效率的要求。因?yàn)門(mén)-BOX往往需要電池常電供電，在車(chē)輛非駕駛期間被喚醒進(jìn)行信息交互，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控或者遠(yuǎn)程操作；

      另一方面，ecall功能啟用時(shí)，需要滿足備用電池供電條件下保持要求的最短通話時(shí)間。因此，不論是初級(jí)的電源還是常電下休眠的芯片都需要保持盡量低的電流消耗。

      另外，EMC對(duì)于每個(gè)零部件來(lái)講都是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。

      EMC測(cè)試又叫做電磁兼容，指的是對(duì)電子產(chǎn)品在電磁場(chǎng)方面干擾大小（EMI）和抗干擾能力（EMS）的綜合評(píng)定，是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一。

      “遠(yuǎn)程通訊解決方案中的通訊模塊越多，EMI面臨的挑戰(zhàn)會(huì)更加大，所以我們需要在一些基礎(chǔ)的器件方面找到新的方法提高整體EMI的表現(xiàn)?！钡轮輧x器技術(shù)支持工程師鄧國(guó)輝表示。

      對(duì)此，德州儀器為汽車(chē)應(yīng)用提供了EMI優(yōu)化的降壓轉(zhuǎn)換器，通過(guò)擴(kuò)展頻譜特性、創(chuàng)新封裝、優(yōu)化布線布局等方法，用更小的芯片體積支持更寬的輸入電壓與更高的效率。

      其中，為了提高產(chǎn)品封裝的焊接質(zhì)量和滿足產(chǎn)線檢測(cè)的要求，德州儀器應(yīng)用了wettable flank的封裝工藝。該工藝可保證焊點(diǎn)處可靠連接，同時(shí)方便實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)焊接質(zhì)量的視覺(jué)檢查，提高生產(chǎn)效率。

      相較之下， 過(guò)去的電源芯片并沒(méi)有對(duì)整體電源模塊的布局和走線做更多的考慮，無(wú)法做出完全優(yōu)化的設(shè)計(jì)。而在德州儀器新的電源中，在管腳定義和分布方面，產(chǎn)品線做了非常多的考慮。

      “在一些新的器件上，我們不僅考慮到了器件本身，也考慮到了周?chē)谋粍?dòng)元器件的布局和走線。這些有助于工程師快速方便地完成性能優(yōu)異的設(shè)計(jì)?！编噰?guó)輝強(qiáng)調(diào)。

而降低設(shè)計(jì)成本，節(jié)省設(shè)計(jì)資源也是十分必要的。

      據(jù)此前高工智能汽車(chē)發(fā)布《2020年一季度前裝4G T-BOX新車(chē)搭載量市場(chǎng)報(bào)告》顯示，1-3月自主及合資品牌前裝搭載4G T-Box共計(jì)127.94萬(wàn)臺(tái)（搭載率為41.67%），同比上年同期增長(zhǎng)46.07%。。

      此外，國(guó)內(nèi)很多供應(yīng)商有能力做T-Box方面的設(shè)計(jì)，也希望可以參與其中。為此，德州儀器推出了Easy of Design的方案，可幫助部分新晉廠商更快上手，加速產(chǎn)品落地的進(jìn)程。

      多核異構(gòu)，實(shí)現(xiàn)芯片物盡其用

      由于半導(dǎo)體工藝的極限限制，繼續(xù)制造高性能的單核處理器將成為一道難以跨越的坎兒。隨之帶來(lái)的功耗與散熱問(wèn)題也難以得到解決。

      在此情況下，越來(lái)越多的半導(dǎo)體廠商傾向于制造功耗更低、性能均衡的多核處理器以提高處理器的綜合性能。

      按照內(nèi)核架構(gòu)是否相同，可以分為多核同構(gòu)與多核異構(gòu)。

      德州儀器采用的是多核異構(gòu)的方案。該方案常見(jiàn)于特殊應(yīng)用，如信號(hào)處理，采用功能不同的處理器。

      在異構(gòu)方式下，一部分處理器用于管理調(diào)度，另外一些處理器用于特定的性能加速。每個(gè)內(nèi)核針對(duì)不同的需求而設(shè)定，可提高應(yīng)用的計(jì)算性能或?qū)崟r(shí)性能。

      德州儀器的Jacinto ? 7系列首先面世了兩款汽車(chē)級(jí)芯片，分別應(yīng)用于ADAS的TDA4VM處理器與應(yīng)用于網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的DRA829V處理器，包含用于加速數(shù)據(jù)密集型任務(wù)的專用加速器，如計(jì)算機(jī)視覺(jué)和深度學(xué)習(xí)。

       其中， DRA829V處理器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸與交換，同時(shí)能夠幫助客戶在下一代軟件定義汽車(chē)上起到基礎(chǔ)作用。

     眾所周知，傳統(tǒng)汽車(chē)使用的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要連接CAN/LIN等低速接口，這些低速接口嚴(yán)重阻礙了整車(chē)中所有電控單元的升級(jí)效率。

      而如今，汽車(chē)過(guò)渡到了分域結(jié)構(gòu)，每個(gè)域之間需要非常高速的連接總線。

      DRA829V系列的出現(xiàn)極大程度滿足了高速率的傳輸要求。它無(wú)縫集成了現(xiàn)代汽車(chē)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)所需的計(jì)算能力，其創(chuàng)新方案可以總結(jié)為三點(diǎn)：

一、于業(yè)界是首款集成了片上PCIe交換機(jī)的處理器，在整個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更快的高性能計(jì)算網(wǎng)關(guān)處理和通信；

二、將MCU域和主域分離，增強(qiáng)了功能安全的操作；

三、集成了支持8端口千兆支持TSN的以太網(wǎng)交換機(jī)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)更快的高性能計(jì)算和整車(chē)通信。

      總體上講，DRA829V處理器為汽車(chē)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)帶來(lái)了實(shí)際性能，其最核心的優(yōu)勢(shì)在于保障高性能的同時(shí)，大大降低了所需功耗。有助于降低系統(tǒng)成本，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)的大眾化和普及化。