《電子技術(shù)應(yīng)用》
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汽車計(jì)算平臺(tái)綜述

《電子技術(shù)應(yīng)用》2007年第4期
2008-02-01
作者:呂京建1,何玉軍2,趙珀璋3,楊

摘 要:本文回顧了近20年來國際上汽車總線技術(shù)和汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)" title="網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)">網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史,得出網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī),網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)就是計(jì)算平臺(tái)" title="計(jì)算平臺(tái)">計(jì)算平臺(tái)的觀點(diǎn)。尤其通過對(duì)FlexRay和AutoSAR的技術(shù)性綜述,闡明未來汽車電子工業(yè)將推動(dòng)汽車向更安全、更智能化的方向快速發(fā)展。汽車網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與Internet計(jì)算平臺(tái)的結(jié)合將推動(dòng)智能交通領(lǐng)域出現(xiàn)一場技術(shù)革命。
關(guān)鍵詞:汽車計(jì)算平臺(tái)" title="汽車計(jì)算平臺(tái)">汽車計(jì)算平臺(tái)? FlexRay? CANopen? J1939? ISO BUS? AutoSAR

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汽車網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的歷史與現(xiàn)狀


??? 目前,世界上有多達(dá)十多種車輛網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),其中最主要的有:控制器局域網(wǎng)CAN(Controller Area Network)、CANopen、本地互聯(lián)" title="互聯(lián)">互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LIN(Local Interconnect Network)、車輛多媒體網(wǎng)絡(luò)IDB1394和美國汽車工程學(xué)會(huì)制定的協(xié)議SAE-J1939等。值得注意的是具有高速容錯(cuò)功能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議FlexRay,它的發(fā)展非常迅速。FlexRay標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟的出現(xiàn),以及面向?qū)ο舐?lián)接的CANopen標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用,預(yù)示著汽車電子技術(shù)向智能化邁出了重要一步。
??? 在汽車工業(yè)巨頭和電子信息技術(shù)公司的合力推動(dòng)之下,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1992年基于CAN發(fā)布了ISO11898標(biāo)準(zhǔn),為日后汽車計(jì)算平臺(tái)聯(lián)盟和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)奠定了工業(yè)化基礎(chǔ)。CAN經(jīng)過20年的發(fā)展,目前在汽車動(dòng)力總成中已占據(jù)85%的市場份額。在2008年全球主要汽車生產(chǎn)廠商生產(chǎn)歐III/歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)以上的汽車以后,采用CAN的汽車將超過95%?;贑AN和ISO11898標(biāo)準(zhǔn),美國汽車工程學(xué)會(huì)(SAE)在10年前組織制定的SAE-J1939被認(rèn)為是全球范圍內(nèi)最開放和最具影響力的汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之一,在歐Ⅲ以上的商用車型中,100%采用J1939構(gòu)造汽車計(jì)算平臺(tái),主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、燃料箱和儀表等傳動(dòng)系統(tǒng)的互聯(lián)。
??? 在國際CAN行業(yè)組織CiA(CAN in Automation)的推動(dòng)下,2002年ISO又發(fā)布了簡稱為ISO BUS的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11783。ISO BUS、J1939和CANopen均是基于CAN的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)的相互連接構(gòu)成了面向未來的復(fù)雜汽車系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)。特別是CANopen對(duì)未來主導(dǎo)市場的環(huán)保汽車(混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車和燃料電池汽車)、多功能汽車、工程機(jī)械及客車車身控制網(wǎng)絡(luò)起著決定性的作用。2005年起FlexRay聯(lián)盟V2.1版本的規(guī)范發(fā)布,進(jìn)一步推動(dòng)了汽車計(jì)算平臺(tái)向車輛安全控制系統(tǒng)方面標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展。
????LIN作為CAN網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充,是一種低成本的通信標(biāo)準(zhǔn)。1998年由國際上著名的汽車廠商和電子廠商在德國組成了LIN聯(lián)盟組織。LIN主要用于車內(nèi)燈光、后視鏡和座椅調(diào)節(jié)等非安全性部件的互聯(lián)。IDB1394和MOST總線則是目前為汽車多媒體網(wǎng)絡(luò)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的互聯(lián)建立的平臺(tái)型標(biāo)準(zhǔn)。


汽車網(wǎng)絡(luò)總線綜述


??? SAE按照傳輸速率將汽車網(wǎng)絡(luò)分為A、B、C三類。
??? A類總線為低速總線,目前的代表為LIN協(xié)議,采用SCI和UART等通用硬件接口,傳輸速度最高為20kbps。
??? B類總線傳輸速率在10k~125kbps之間,當(dāng)前主流協(xié)議為CAN(ISO 11898)、SAEJ1850等。歐洲市場采用的B類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是CAN。CAN分為低速和高速兩部分,高速CAN屬于C類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
????C類總線傳輸速率在125kbps~1Mbps之間,主要用于與汽車安全相關(guān)以及對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的地方。如,SAE-J1939為250kbps,轎車多為500kbps。
??? 從車輛工程角度上看,CAN的速率、可靠性和成本指標(biāo)在汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中應(yīng)用最為適宜。但對(duì)于安全等級(jí)需求更高的系統(tǒng),如轉(zhuǎn)向控制和制動(dòng)系統(tǒng)及安全氣囊的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題則需一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn),這就是FlexRay。CAN的成功應(yīng)用及FlexRay標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)推動(dòng)了新的線控X-by-wire車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的完善,也導(dǎo)致了車輛系統(tǒng)對(duì)信息傳送速度,尤其是對(duì)故障容錯(cuò)與時(shí)間確定性需求的不斷增加。FlexRay通過在確定的時(shí)隙" title="時(shí)隙">時(shí)隙中傳遞信息,以及在兩個(gè)通道上的故障容錯(cuò)和冗余信息的傳送,滿足了這些新增加的要求。


汽車安全與FlexRay計(jì)算平臺(tái)


??? FlexRay作為下一代汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),提供了充足的帶寬、可靠性和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力,以實(shí)現(xiàn)線控應(yīng)用,如安全氣囊、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)已被越來越多的汽車制造商采用。
??? FlexRay是一種用于汽車的、具備高速可確定性及故障容錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算系統(tǒng),源于Daimler Chrysler(戴姆勒·克萊斯勒)公司的典型應(yīng)用以及BMW(寶馬)公司Byteflight通信系統(tǒng)開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)。Byteflight是BMW公司專門為被動(dòng)安全系統(tǒng)(氣囊)而開發(fā)的。為了同時(shí)能夠滿足主動(dòng)安全系統(tǒng)的需要,在Byteflight協(xié)議基礎(chǔ)之上,被FlexRay協(xié)會(huì)進(jìn)一步開發(fā)為一個(gè)與確定性和故障容錯(cuò)密切關(guān)系的、更可靠的高速汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。今天,BMW、Daimler Chrysler、General Motors、Ford、Volkswagen和一些半導(dǎo)體公司,如Bosch、Freescale、Philips等組成了FlexRay聯(lián)盟。2006年應(yīng)用FlexRay技術(shù)的汽車已進(jìn)入市場。


FlexRay的傳輸介質(zhì)和訪問


??? FlexRay符合TDMA(時(shí)分多址)的原則,部件和信息都被分配了確定的時(shí)隙,在此期間它們可以惟一地訪問總線。時(shí)隙有固定的重復(fù)周期。由于信息在總線上的時(shí)間完全可以預(yù)測,因而對(duì)總線的訪問具有確定性。
??? 不過,通過為部件和信息分配時(shí)隙的方法來固定地分配總線帶寬,其不利因素是導(dǎo)致總線的帶寬沒有被完全利用。出于這個(gè)考慮,F(xiàn)lexRay把周期分成了靜態(tài)段和動(dòng)態(tài)段,確定的時(shí)隙適用于信息開始部分的靜態(tài)段。在動(dòng)態(tài)段,時(shí)隙是動(dòng)態(tài)分配的。每種情況下都只有一小段時(shí)間允許惟一的總線訪問(這段時(shí)間稱為超小時(shí)隙)。如果在超小時(shí)隙中出現(xiàn)了總線訪問,時(shí)隙就會(huì)按照需要的時(shí)間來擴(kuò)展。因此總線帶寬是動(dòng)態(tài)可變的。圖1為FlexRay的通信周期、幀的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

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FlexRay的數(shù)據(jù)速率和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)


??? FlexRay在物理上通過兩條分開的總線通信,每一條總線的數(shù)據(jù)速率是10Mbps。這兩條總線主要是用于冗余和故障容錯(cuò)的信息傳輸,但也可以傳遞不同的信息,后者的數(shù)據(jù)吞吐量翻倍。
??? FlexRay也可以在2.5Mbps和5Mbps低數(shù)據(jù)率下工作,并且為數(shù)據(jù)傳輸定義了主動(dòng)星型、被動(dòng)星型或是兩者混合的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),因此FlexRay網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接非常靈活。圖2為FlexRay的主動(dòng)星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。圖3為FlexRay的星型、總線型混合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。

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FlexRay節(jié)點(diǎn)的同步和協(xié)議幀結(jié)構(gòu)


??? 為了實(shí)現(xiàn)功能的同步和通過兩條信息間的短距離來優(yōu)化帶寬,該通信網(wǎng)絡(luò)中的分布組件都要有一個(gè)共同的時(shí)基(全局時(shí)間)。為了時(shí)鐘同步,同步信息應(yīng)在周期的靜態(tài)段傳輸。通過增添一個(gè)特殊的算法,部件的本地時(shí)鐘被修正為所有的本地時(shí)鐘與全局時(shí)鐘同步。圖4為FlexRay協(xié)議幀的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。


FlexRay網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)


??? FlexRay的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是由主處理器、FlexRay通信控制器、可選的總線監(jiān)控器(BG)和總線驅(qū)動(dòng)器(BD)組成的。主處理器提供和產(chǎn)生數(shù)據(jù),并通過FlexRay控制器傳送出去。
??? 總線驅(qū)動(dòng)器連接著通信控制器和總線,或是連接總線監(jiān)控器和總線。主處理器把FlexRay控制器分配的時(shí)隙通知給總線監(jiān)視器,然后總線監(jiān)視器就允許FlexRay控制器在這些時(shí)隙中來傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以在任何時(shí)候被接收。圖5為FlexRay的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

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故障診斷技術(shù)和遠(yuǎn)程服務(wù)


??? 未來發(fā)展最快的技術(shù)將是由汽車電子與信息產(chǎn)業(yè)、智能交通相互融合而產(chǎn)生的新興技術(shù)。這些新技術(shù)主要用于解決與安全、環(huán)保有關(guān)的系統(tǒng)性問題,如:轉(zhuǎn)向控制、制動(dòng)控制、安全氣囊、OBD偵測及更廣義的汽車故障診斷技術(shù)和遠(yuǎn)程服務(wù)等。
??? 有資料表明歐Ⅲ以上的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU電控單元中,嵌入式軟件代碼超過50%是關(guān)于故障診斷的。由此推測未來汽車與安全部件早期失效相關(guān)的故障診斷價(jià)值將占汽車電子軟件的50%以上。
??? 汽車的發(fā)明已走過100年的歷史,技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)著汽車的不斷創(chuàng)新。但另一方面,市場的競爭對(duì)成本又有嚴(yán)格的限制,而汽車排放的限值要依靠更高性能的嵌入式技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。
??? 嵌入式系統(tǒng)(ES)的診斷技術(shù)可分為在線診斷(OBD)和遠(yuǎn)程診斷(RFD)。對(duì)于重大機(jī)電產(chǎn)品和系統(tǒng)而言(如飛機(jī)、船舶、汽車),OBD是必不可少的系統(tǒng)組成部分;就現(xiàn)代汽車而言,電控發(fā)動(dòng)機(jī)的診斷代碼已超過了系統(tǒng)功能的控制代碼規(guī)模;從法規(guī)角度看環(huán)保和產(chǎn)品缺陷的召回是汽車嵌入式系統(tǒng)開發(fā)不可回避的問題。
??? 各國對(duì)RFD技術(shù)的發(fā)展和研究很活躍,如將汽車的OBD系統(tǒng)信息通過RFD接入因特網(wǎng),這對(duì)全社會(huì)而言意義非常重大。
OBD和RFD實(shí)際上是一個(gè)多處理器的異構(gòu)嵌入式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)。
??? 當(dāng)前普遍應(yīng)用的因特網(wǎng)是一個(gè)異構(gòu)互聯(lián)的超級(jí)計(jì)算平臺(tái),這就是近年來發(fā)展迅速的網(wǎng)格(GRID)計(jì)算技術(shù)?;诖?,能與網(wǎng)格(因特網(wǎng))互聯(lián)的嵌入式系統(tǒng)(ES)將得到更加強(qiáng)大的計(jì)算能力的支持,就像今天的電氣設(shè)備從電網(wǎng)上取得電力能源一樣。計(jì)算能力也可以通過無縫連接的中間件技術(shù)對(duì)分布式的ES進(jìn)行在線、離線、運(yùn)行,甚至是實(shí)時(shí)性的支持,從而構(gòu)成一個(gè)更加強(qiáng)大的、智能化水平更高的計(jì)算平臺(tái)。
??? 現(xiàn)代汽車的剎車和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)其實(shí)同一百多年前汽車剛被發(fā)明時(shí)一樣,都借助于機(jī)械連接和液壓傳動(dòng),將駕駛者的意圖傳遞到車輪和引擎。而未來將通過線控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將指令發(fā)送到剎車執(zhí)行單元、轉(zhuǎn)向步進(jìn)馬達(dá)單元,并通過微處理器及電子執(zhí)行裝置(FlexRay節(jié)點(diǎn))進(jìn)行制動(dòng)和轉(zhuǎn)向控制。線控新技術(shù)還能簡化某些功能的實(shí)現(xiàn),如自適應(yīng)巡航控制、自動(dòng)車道保持及防碰撞等,并為汽車最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛打下基礎(chǔ)。對(duì)安全性至關(guān)重要的部件,如轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊網(wǎng)絡(luò)及電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)等,必須能夠進(jìn)行更高可靠性、無縫配合和自動(dòng)診斷。FlexRay與CAN構(gòu)成的仿真單元和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)已可以方便地集成到汽車系統(tǒng)之中進(jìn)行混合驗(yàn)證并建立實(shí)物控制模型。中國單片機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室,從1992年起在國內(nèi)首先建立了國際標(biāo)準(zhǔn)的CAN開放實(shí)驗(yàn)室。2005年又第一個(gè)在國內(nèi)建立了完整的FlexRay開發(fā)、分析、仿真與實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái),與國際水平保持同步。
??? 汽車線控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上就是一種特殊的局域網(wǎng),這種系統(tǒng)是從飛機(jī)控制系統(tǒng)引申而來的。飛機(jī)控制系統(tǒng)中的Fly-by-Wire是一種電線代替機(jī)械的控制系統(tǒng),它將飛機(jī)駕駛員的操縱控制和操作命令轉(zhuǎn)換成電信號(hào),利用機(jī)載計(jì)算機(jī)控制飛機(jī)的飛行。這種控制方式引入到汽車駕駛上,就稱為Drive-by-Wire(電控駕駛),引入到制動(dòng)上就產(chǎn)生了Brake-by-Wire(電控剎車),引入到轉(zhuǎn)向控制上就有Steering-by-Wire(電控轉(zhuǎn)向),因此統(tǒng)稱為X-by-Wire。這些創(chuàng)新功能的基礎(chǔ)是一種能夠滿足實(shí)時(shí)和嚴(yán)格容錯(cuò)要求的寬帶計(jì)算平臺(tái)結(jié)構(gòu)——FlexRay網(wǎng)絡(luò)計(jì)算系統(tǒng)(汽車計(jì)算平臺(tái))。
????FlexRay的重要目標(biāo)應(yīng)用之一是線控操作(如線控轉(zhuǎn)向、線控剎車等),即利用有容錯(cuò)功能的電氣/電子系統(tǒng)取代機(jī)械/液壓部分。線控操作包括從轉(zhuǎn)向到剎車和加速等所有汽車控制應(yīng)用互連技術(shù),它的應(yīng)用可以補(bǔ)充并將最終代替汽車的機(jī)械和液壓解決方案。FlexRay的執(zhí)行器是機(jī)電一體化的產(chǎn)物,將對(duì)全球汽車行業(yè)產(chǎn)生革命性的深遠(yuǎn)影響。FlexRay的基礎(chǔ)開發(fā)工作基于FlexRay控制器和嵌入式軟件中間件,F(xiàn)lexRay和CAN的網(wǎng)關(guān)將是未來汽車計(jì)算平臺(tái)的核心部件。這些應(yīng)當(dāng)成為我國汽車計(jì)算平臺(tái)工程研究和技術(shù)跟蹤的重點(diǎn)和技術(shù)方向。國際上FlexRay的標(biāo)準(zhǔn)尚未定型,我們完全有機(jī)會(huì)參與廣泛的國際合作,特別是在中間件和故障診斷方面,應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。
??? 另一個(gè)值得注意的是CANopen在汽車中的應(yīng)用。CANopen是在ISO11898標(biāo)準(zhǔn)之上真正面向?qū)ο筮B接的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)(J1939是面向具體應(yīng)用而連接的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn))。在CANopen網(wǎng)絡(luò)中,可以將最多128個(gè)用CAN互聯(lián)的嵌入式微處理器看成一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)平臺(tái),通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)單片機(jī)中的電子表格(存儲(chǔ)在E2PROM或Flash之中,稱為CANopen的對(duì)象字典)的修改和重定義,即可改變整個(gè)系統(tǒng)的功能配置和構(gòu)造,而無需通過CANopen節(jié)點(diǎn)的制造商,在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的對(duì)象字典之中還存儲(chǔ)全球惟一的制造商編碼和相關(guān)的配置參數(shù),將其稱之為數(shù)字基因(Digital DNA)。通過標(biāo)準(zhǔn)方法可以方便地訪問汽車中各個(gè)電子設(shè)備的“數(shù)字基因圖譜”,用于維護(hù)和診斷。
??? CANopen在工業(yè)、交通、航空、航天和海事領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)成果,可方便地移植和集成到未來更復(fù)雜的汽車系統(tǒng)之中。在電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車中,CANopen有明顯的優(yōu)勢(shì)。在通用單片機(jī)中加入CANopen中間件并為應(yīng)用程序留下API接口,即可做成一種稱之為CANopen SiP的系統(tǒng)級(jí)芯片產(chǎn)品。在北京集成電路設(shè)計(jì)園開發(fā)平臺(tái)的支持下,北京英貝多公司在成功地開發(fā)出J1939系統(tǒng)級(jí)芯片的基礎(chǔ)上,正在為汽車、船舶行業(yè)研發(fā)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CANopen SiP。CANopen SiP可以連接各種傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、船舶等主要部件的安全性監(jiān)測。


關(guān)于AutoSAR和汽車計(jì)算平臺(tái)的思考


?? 上世紀(jì)50年代航空電子占整個(gè)飛機(jī)造價(jià)的比例約為20%,到上世紀(jì)90年代則上升為80%。隨著CAN、FlexRay等網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展,汽車電子也將遵循航空電子的發(fā)展規(guī)律,得到更快速的發(fā)展。因此說,汽車網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)對(duì)現(xiàn)代汽車工業(yè)將產(chǎn)生本質(zhì)性的重大影響。
??? 從國際上看,汽車電子的數(shù)字化進(jìn)程已有二十多年歷史。回顧C(jī)AN的發(fā)展歷史,直到1995年SAE J1939、CANopen等網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn),才為汽車OEM關(guān)鍵零部件的互聯(lián)、協(xié)同工作進(jìn)而提升整車的系統(tǒng)性能、功能和靈活性建立了平臺(tái)化的工業(yè)基礎(chǔ)。
??? 2000年和2005年誕生的LIN聯(lián)盟和FlexRay聯(lián)盟,均是由著名的汽車廠商和(IT)信息技術(shù)公司聯(lián)合發(fā)起和推動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟和技術(shù)聯(lián)盟,這標(biāo)志著汽車產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)在共同推動(dòng)著一個(gè)全新的、復(fù)合性的產(chǎn)業(yè)——汽車(電子)信息產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。與傳統(tǒng)的汽車電子產(chǎn)品開發(fā)時(shí)強(qiáng)調(diào)單個(gè)部件功能和性能不同的是,汽車(電子)信息產(chǎn)業(yè)更關(guān)心網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)技術(shù),因?yàn)樗鼈儧Q定了行業(yè)的發(fā)展與興衰。
??? 2002年,寶馬、通用和豐田等10個(gè)國際汽車巨頭聯(lián)合IBM、TI和NEC等100余家IT、電子和半導(dǎo)體商家共同發(fā)起成立汽車開放系統(tǒng)體系架構(gòu)(組織)AutoSAR(AUTomotive Open System ARchitecture)。AutoSAR由于得到汽車、半導(dǎo)體、軟件廠商的支持,將成為未來汽車軟件設(shè)計(jì)的開放式標(biāo)準(zhǔn)。AutoSAR是汽車界日趨熱門和成熟的一套軟件體系結(jié)構(gòu),其主體思想是使得軟件設(shè)計(jì)開發(fā)更易于管理,軟件系統(tǒng)更易于移植、裁剪以及更好的維護(hù)性和質(zhì)量保證。
??? AutoSAR旨在推動(dòng)建立汽車電氣/電子(E/E)架構(gòu)的開放式標(biāo)準(zhǔn),使其成為汽車嵌入式應(yīng)用功能管理的基礎(chǔ)架構(gòu)。開放系統(tǒng)架構(gòu)AutoSAR有助于定義所有汽車共同的ECU和軟、硬件子功能,實(shí)現(xiàn)通用功能軟、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化,增強(qiáng)設(shè)計(jì)層面之間的溝通,縮短設(shè)計(jì)周期,提高安全性和可靠性,降低成本。實(shí)際上,AutoSAR是一個(gè)資源庫,它儲(chǔ)存了可以共享的標(biāo)準(zhǔn)組件。
??? AutoSAR的成立則是建立在資源共享觀念上,由整車廠、車用電子廠、嵌入式系統(tǒng)與軟件廠、車用半導(dǎo)體廠商及有意進(jìn)入車用電子產(chǎn)業(yè)的新加入者組成。將整體車輛產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈從上游到下游的參與者納入聯(lián)盟的對(duì)話平臺(tái),制定車用電子系統(tǒng)軟硬件之間共通的標(biāo)準(zhǔn),用以解決系統(tǒng)之間的復(fù)雜性以及封閉性,這將大幅降低車廠的成本,縮短各階段產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)程;而車用半導(dǎo)體廠商也藉此機(jī)會(huì),取得車用電子產(chǎn)品的共通性開發(fā)平臺(tái)以及標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議內(nèi)容,并建立與國際車廠及車用電子廠的合作機(jī)會(huì),對(duì)于產(chǎn)品切入供應(yīng)鏈以及降低開發(fā)成本將有相當(dāng)?shù)闹妗?BR>??? AutoSAR的目標(biāo)是:解決汽車功能的可用性和安全性需求;保持汽車計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)一定的冗余;可以移植到不同汽車的不同平臺(tái)上;實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的基本系統(tǒng)功能,作為汽車供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊;通過網(wǎng)絡(luò)共享軟件功能;集成多個(gè)開發(fā)商提供的軟件模塊;在產(chǎn)品生命期內(nèi)更好地進(jìn)行軟件維護(hù);增強(qiáng)采用“商業(yè)現(xiàn)貨供應(yīng)硬件(Commercial off the shelf hardware)”;進(jìn)行汽車計(jì)算平臺(tái)軟件的更新和升級(jí)。
??? AutoSAR是一個(gè)強(qiáng)健的全球性合作聯(lián)盟,它創(chuàng)建了一個(gè)公共規(guī)則:“在標(biāo)準(zhǔn)上合作,在實(shí)現(xiàn)上競爭。” 截止到2007年1月,AutoSAR組織已經(jīng)頒布100多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
??? 2004年9月16日,豐田汽車、日產(chǎn)汽車、豐田通商及其子公司豐通電子等召開記者發(fā)布會(huì),宣布日本正式成立了一個(gè)與AutoSAR相對(duì)應(yīng)的日本汽車軟件平臺(tái)構(gòu)架JASPAR(Japan Automotive Software Platform and ARchitecture)的車載電子軟件標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。2005年4月,JASPAR就已有日本的汽車電子廠商、電裝OEM廠商、半導(dǎo)體廠商、線材廠商及開發(fā)工具廠商等49家公司參加,其目標(biāo)是API、中間件和汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化,旨在聯(lián)手開創(chuàng)汽車計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)的軟件國際標(biāo)準(zhǔn)之先河。
??? 日本JASPAR在另外一個(gè)層面上挑戰(zhàn)AutoSAR,以防歐美形成技術(shù)市場的全球壟斷,提出了三個(gè)組織任務(wù)和功能分配:
??? ·AutoSAR將負(fù)責(zé)制定軟件架構(gòu)和API標(biāo)準(zhǔn)、進(jìn)行概念實(shí)證;
??? ·FlexRay聯(lián)盟負(fù)責(zé)制定FlexRay的物理層及其協(xié)議和互聯(lián)性能實(shí)驗(yàn)等的標(biāo)準(zhǔn);
??? ·JASPAR負(fù)責(zé)對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)的妥當(dāng)性進(jìn)行確認(rèn)并進(jìn)行封裝等。
??? 據(jù)東風(fēng)汽車研究院專家提供的消息,針對(duì)AutoSAR和JASPAR,韓國政府也正在籌備相對(duì)應(yīng)的組織。汽車行業(yè)專家呼吁中國也應(yīng)盡早成立相對(duì)應(yīng)的組織。有ES專家建議叫做CamoSAR(China Auto Marine Open System ARchitecture),包括汽車(Auto)、航空(Air)、船舶(Marine)、自動(dòng)化機(jī)械(Automation)等共同的嵌入式軟件和系統(tǒng)開放架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟組織。2007年3月12日在南京會(huì)議上中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì))、中國汽車工程學(xué)會(huì)(汽車電子技術(shù)分會(huì))、中國系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)(信息系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì))達(dá)成共識(shí),面對(duì)國家和行業(yè)需求不斷提出問題,走聯(lián)合創(chuàng)新之路。
??? 當(dāng)今,技術(shù)發(fā)展的專業(yè)化、分工的精細(xì)化和相互融合,以及系統(tǒng)性能的不斷提高和電子技術(shù)日益復(fù)雜化趨勢(shì)的挑戰(zhàn),同時(shí)對(duì)汽車電子產(chǎn)品規(guī)模和經(jīng)濟(jì)性的要求,使研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)變得越來越重要。因此,類似于集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)獨(dú)立于制造行業(yè)一樣,未來汽車電子設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)將會(huì)得到快速發(fā)展。在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)規(guī)劃時(shí),這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)引起足夠的思考。
??? 我國在汽車計(jì)算平臺(tái)方面參與國際合作的機(jī)會(huì)也是存在的。如在CANopen方面,由于標(biāo)準(zhǔn)是分層制定的,CANopen的基礎(chǔ)層已經(jīng)相當(dāng)完善,應(yīng)用層是透明開放的。所謂應(yīng)用層行業(yè)規(guī)范就是由國際上同行專家共同為某個(gè)具體行業(yè)制定的平臺(tái)性標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)國際CiA組織最近提供的信息,在電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力傳動(dòng)、房車等方面,正在尋求國際上專業(yè)廠商及專家共同制定應(yīng)用層行業(yè)規(guī)范。在FlexRay方面,我們也有機(jī)會(huì)參與應(yīng)用平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化工作和FlexRay控制器IP(半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán))方面的國際合作項(xiàng)目,用FPGA實(shí)現(xiàn)FlexRay控制器在國內(nèi)已有相關(guān)的研發(fā)活動(dòng)。


汽車計(jì)算平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化問題


??? 汽車計(jì)算平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上就是信息體系標(biāo)準(zhǔn)在汽車領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。它既要遵循信息標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ),如ISO 提出的OSI開放式系統(tǒng)互連參考模型等標(biāo)準(zhǔn),又要結(jié)合汽車應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn),如惡劣氣候環(huán)境和行駛環(huán)境等。
??? 如前所述,國際上已經(jīng)制定汽車相關(guān)的一系列標(biāo)準(zhǔn),如LIN、CAN、CANopen以及FlexRay、AutoSAR等。中國也已經(jīng)啟動(dòng)商用車CAN國家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,并即將啟動(dòng)汽車計(jì)算平臺(tái)一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定規(guī)劃。
??? 為了能夠制定出一套既符合國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則,又符合中國標(biāo)準(zhǔn)法規(guī),還符合中國及國際市場需求的汽車計(jì)算平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)既要與國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)ISO、SAE和CiA等緊密合作,更要與國內(nèi)外汽車企業(yè)、電子信息企業(yè)和學(xué)術(shù)組織融合,開放視野,解放思想,改掉機(jī)關(guān)作風(fēng),變成“大腦磁石”,吸引全球的一流人才為我們服務(wù),這樣才能成就中華民族崛起復(fù)興的大業(yè)。
??? 實(shí)際上,汽車計(jì)算平臺(tái)是一套異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。不僅汽車內(nèi)部異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)要互聯(lián),而且也要與社會(huì)上信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通,如與交通管理網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境保護(hù)網(wǎng)絡(luò)、診斷維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、增值服務(wù)網(wǎng)絡(luò)以及消費(fèi)娛樂網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。實(shí)現(xiàn)無縫連接需要大量的標(biāo)準(zhǔn)化制定、維護(hù)、符合性檢驗(yàn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略和策略研究及宣傳推廣工作。
??? 顯然,網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算平臺(tái)。汽車網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)需要標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)絕不是封閉式標(biāo)準(zhǔn),而是開放式標(biāo)準(zhǔn)、不斷促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)準(zhǔn),可為國家和全社會(huì)帶來巨大效益的標(biāo)準(zhǔn)。
??? IBM公司副總裁、企業(yè)文化首席執(zhí)行官對(duì)中國一個(gè)高級(jí)代表團(tuán)介紹IBM的價(jià)值觀說:“IBM認(rèn)為,意識(shí)決定觀念,觀念決定文化,文化決定技術(shù),技術(shù)決定產(chǎn)品”。因此我們不僅要向西方學(xué)習(xí)技術(shù),更要學(xué)習(xí)其聯(lián)合創(chuàng)新的意識(shí)和觀念。
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