未來的自動駕駛汽車將成為世界上有史以來最復雜的“移動”設備之一。它的復雜性源于每天需要自主操作來處理 TB 級的數據——部分來自車輛內部、外部和周圍的大量傳感器和設備以及云——在運行一個億行軟件代碼。這正在改變工程師對車輛的看法，尤其是車輛系統如何相互交流。

自動駕駛汽車——一種新的設計范式

多年來汽車自動化的趨勢導致了用于車輛子系統的復雜的獨立計算機陣列。這些系統需要多個專用電子控制單元 (ECU)、不同類型的總線和協議，以及在總線之間轉換數據和信號的網關，以便系統可以相互通信。這種異構方法成本高昂，難以抵御網絡威脅，而且坦率地說，很重。電纜是汽車材料清單中成本第三高的部分，也是其構造中第三重的部件，在某些汽車中達到高達 110 磅的銅。

全自動駕駛汽車是一個更復雜的系統，需要大量實時數據、云連接以及快速、安全和可靠的決策。與今天的汽車相比，在汽車周圍移動的數據量將大幾個數量級，并且需要巨大的帶寬。自動駕駛將需要更多的視頻、雷達和 LiDAR 數據處理能力——而這些能力將需要數千兆比特的物理網絡吞吐量來支持實時決策。數據記錄、安全事務和與云的通信將增加 I/O 需求。

提供計算能力和管理復雜性需要重新思考汽車。車輛周圍的多個分布式區域 ECU 將運行數百萬行代碼來處理來自本地端點和云端的數據，并與一個或多個主 ECU 互連，而不是專用 ECU。當嘗試使用當今許多現有的網絡協議和電纜連接所有這些設備時，會出現帶寬、復雜性和成本等問題。

軟件定義車輛

汽車正在演變為在分布式計算上運行的軟件定義功能系統——軟件定義車輛 (SDV)。計算中值得信賴的標準是建立在以太網上的基于 IP 的網絡。以太網提供單一的通信總線并消除了車輛網關和電纜的復雜性，已被證明支持面向軟件的架構的靈活性和性能，包括軟件定義網絡和虛擬化。

SDV 帶來了許多好處。與面向硬件的系統相比，軟件的更新、更改和改進更容易、更快。使用虛擬化，SDV 成為一個更加動態的計算環境。例如，當一個 ECU 開始出現故障時，軟件定義的功能可以快速轉移到整個車輛的其他 ECU，從而保持所需的功能安全級別和關鍵操作。

SDV 為制造商創造了新的機會，使他們的產品與眾不同，增強安全性并改進他們的產品、服務和整體制造效率。SDV 要求制造商成為軟件強國。制造商已經在“重新設計”他們的研發專業基礎設施，以包括以前從未存在的軟件開發團隊。

SDV 中的安全性

數字安全對于自動駕駛汽車來說至關重要，這是一個從制造商延伸到車主的連續體。機上的許多設備以及與乘客和云的連接極大地擴大了不良行為者的攻擊面。SDV 中采用的通用安全功能將基于支持安全啟動、身份驗證、加密（在需要時）、密鑰和密鑰管理以及安全飛地的開源解決方案。此外，特定于網絡的安全服務可能包括以下功能：

• 虛擬 LAN 將區域 ECU 與物理網絡隔離
  
• 訪問控制以僅允許區域網絡上的授權交易
  
• 深度數據包檢查以監控交易并檢測和阻止不需要的數據
  
• 入侵檢測和預防，以阻止不良行為者獲得訪問權限
  

在現場，更新將需要防止黑客入侵，最有可能通過在生產車間建立并以車輛??所有者結束的安全信任鏈。

幫助確保功能安全的工具

為了在 SDV 中實現通信，市場需要用于以太網和其他協議的汽車專用物理設備 (PHY)。這些設備需要提供所需的帶寬和成本，并滿足行業制定和監管機構設定的功能安全要求。Microchip 是汽車解決方案的主要貢獻者。該公司的目錄提供了許多用于汽車的“功能安全就緒”設備，包括符合汽車標準的以太網設備。

這些設備經過精心挑選，可幫助制造商獲得 ISO 26262 認證，其中包含許多工具，包括故障模式影響和診斷分析 (FMEDA) 報告、功能安全手冊、診斷軟件和開發工具。

自動駕駛的全以太網視覺

汽車行業的愿景是向全以太網 SDV 邁進，具有聯網的區域 ECU、傳感器和由中央 ECU 控制的設備。與成熟的公司相比，這種遷移對于新制造商來說更容易。新建環境可以立即全部投入使用，以便輕松采用全以太網方法。對于其他汽車制造商而言，遷移到全以太網車輛可能需要時間，這需要 SDV 包括 CAN、LIN 和其他總線的混合網絡架構，以便通過主要以太網骨干網與某些組件進行本地連接。

以太網值得信賴、經過驗證的標準、從 Mbps 到 Gbps 的高帶寬和簡單性支持 SDV 所需的必要性能、安全服務和輕松連接。以太網的串行布線選項降低了多個汽車網絡、布線和重量的成本和復雜性。減輕重量可以提高燃油效率——電動和汽油/柴油。而且，雖然以太網是一種成熟的標準化技術，但它會繼續發展以支持汽車等具有特定需求的市場，包括確定性和高帶寬——自動駕駛汽車的必需品。