用雙Orin打造智駕、座艙、泊車三合一域控制器，硬件上難度不大，難度都在軟件上。今天我們就來看看國內某大廠的智駕、座艙、泊車三合一域控制器。

那么將智駕、座艙、泊車三合一，能不能算中央計算Zonal的E/E架構或者說軟件定義汽車？也不能算，中央計算Zonal的E/E架構不僅是要把智駕、座艙、泊車三合一，還要把動力底盤、車身、座椅等等所有需要一定規模計算資源的系統都集中在一個計算單元內，這個計算單元不一定是單芯片，可以是兩個芯片或四個芯片，芯片間至少需要超過100GB/s的PCIe交換機連接。而中央計算單元與各Zonal區域的連接是至少10Gb/s的骨干車載以太網。各Zonal需要能運行小型虛擬機的MCU，也可以在邊緣部署10Base-T1S車載以太網，或許可以省掉一些昂貴的MCU。

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Zonal架構差不多就是全以太網架構，當然，攝像頭和顯示面板恐怕還是需要MIPI CSI或DP的SerDes。以目前車廠的迭代速度，要想進行到軟件定義汽車或者說Zonal E/E時代恐怕需要十年以后。目前，交叉域控制器都已經是先進的E/E架構了，以太網在E/E架構里只是點綴，CAN還是絕對主流，要想用以太網取代CAN，還需要至少五年的時間。CAN與以太混合網絡，CAN是典型的信號導向，以太網是服務導向，混合網絡需要多個網關，軟件工作也很麻煩，最完美的E/E架構應該是全以太網，有少量SerDes。

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讓我們回到現實，看看這個智駕、座艙、泊車三合一架構，上圖是核心板部分，兩顆Orin的外圍包括DRAM、UFS、eMMC、串行Nor Flash和安全控制Nor Flash，因為功能多，外圍元件要盡量強大，DRAM選擇三星的LPDDR5X，即K3KL3L30QM，速率為7500Mbps，容量為8GB，最近8533Mbps的LPDDR5X也已經量產，可以升級為K3KL3L30CM-BGCU，最高8533Mbps，或者把容量加大到12GB，即K3KL4L40DM-BGCU，速率也是8533Mbps，Orin支持LPDDR5X，高通的SA8255/SA8295最高只支持LPDDR4X。目前量產的車載SoC只有英偉達的Orin和安霸的CV3支持LPDDR5X，蔚來的神璣也支持。目前三星的LPDDR5X溫度范圍都是-40℃-+85℃，美光的是-40℃到+95℃，略高10度，美光的型號為MT62F1G64D4EK，也能到8533Mbps。

UFS選3.1，目前主流的是UFS2.1，車規版UFS3.1在2023年初剛量產，UFS2.1最大讀出速度為850MB/s，UFS3.1是1700MB/s，UFS2.1最大連續寫入是260MB/s，UFS3.1是1400MB/s。UFS選擇的是三星的KLUEG8UHYB-B0EQ051，支持AEC-Q100 Grade 2，最高連續讀出速度是2000MB/s，連續寫入是700MB/s，對車機來說讀出比寫入重要，這是為車機優化的UFS芯片。eMMC選擇的是美光的MTFC32GAZAQHD-AAT，容量32GB。Nor Flash選擇臺灣省旺宏的MX25U51279GXDR00，是2023年6月的新產品，采用多I/O設計，最高速率在400Mbps以上。

添加一個電源排序系統，即MPQ79700FS，這是一款MPS的 12 通道功能安全電源定序器，專為汽車高級駕駛輔助系統 (ADAS) 和自動駕駛平臺而設計，可為整個平臺提供必要的控制和電源排序。MPQ79700FS 包含一個晶體驅動器、一個帶報警功能的實時時鐘 (RTC)和一個可通過 I2C 接口訪問的可配置監控器（watchdog），同時提供低電平有效系統復位和中斷輸出。MPQ79700FS集成內置自檢 (BIST) 等安全機制，以實現高診斷覆蓋率，使系統達到目標 ASIL 等級。它基于 MPS 先進的 MPSafe 功能安全產品開發流程而開發。該流程已通過獨立認證，符合 ISO26262標準。

雙Orin自然使用雙安全MCU，一般都選擇英飛凌的TC397。座艙系統需要大量TypeC接口，特別是新型座艙，需要考慮玩AR/VR游戲，玩外接游戲盒子，還有后排甚至三排都需要TypeC接口充電，以及各種筆記本電腦或平板電腦充電。

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只能用Orin的DP口和CSI口做轉換。

以太網部分。圖片來源：網絡

有三個激光雷達接口，且都是千兆級，目前99%都是百兆級的，激光雷達是有冗余接口，4D毫米波雷達接口4個，百兆級足夠，TCAM即Telematics and Connectivity Antenna Module，也就是T-BOX，考慮到V2X，需要最高的2500兆級別，總共3個T-BOX，其中一個用于OTA升級，只需要千兆即可。DTOF是直接TOF攝像頭，也可以是Flash激光雷達，推測是Flash角激光雷達的可能性更高，考慮到技術變換很快，預留了足夠多的接口。DSSAD即 Data Storage System for Automated Driving。翻譯過來就是自動駕駛車輛的數據存儲系統。EDR側重于發生事故（主要是車輛速度劇烈變化引起EDR裝置啟動記錄），DSSAD則是分清責任是自動駕駛系統，還是駕駛員本人。ADPU即自動駕駛導航單元，ZC/R是右側Zonal控制，不過我很懷疑車側的區域網絡大部分是CAN，最高不過CAN-FD，99.9%的情況下速率都不超過5Mb/s，用千兆以太網嚴重浪費，從下面的MCU接口看，應該只是預留，沒有使用。

選用目前最先進最強大的以太網交換機，Marvell的88Q5192，這是Marvell第三代安全汽車以太網交換機。88Q5192是一款16端口以太網交換機，是目前端口數量最多的以太網交換機，且集成了1000BASE-T1、100BASE-T1和10BASE-T1S PHY，完全符合適用的IEEE 802.3標準。這款16端口以太網交換機提供12個集成PHY，4個支持雙速1000/100BASE-T1，6個支持雙速100/10BASE-T1(S)，2個支持100BASE-T1/TX。支持的其他接口包括2個多速10Gb SerDes（10G/5G/2.5G/1Gbps），2個多速2.5Gb SerDes（2.5G/1Gbps），2個RGMII/MII/RMII，和2個PCIe Gen3 x1接口。端口接口選項為連接外部設備提供了靈活的配置，如2.5/5/10GBASE-T1 PHY，或上行鏈路到主機SoC。這使該器件成為車內網絡（IVN）應用的理想選擇，如駕駛輔助系統（ADAS）、區域控制模塊和中央網關。這款交換機包括一個高性能的雙核ARM R52 CPU，該CPU以鎖定方式運行，有專用的片上存儲器來支持時間敏感網絡（TSN）協議，如準確時間協議（PTP）和安全防火墻，以防止外部惡意攻擊。該交換機包括許多先進的安全功能，包括802.1AE MACsec，提供鏈路安全以防止中間人攻擊，拒絕服務（DoS）引擎，用于深度數據包檢查（DPI）的TCAM，以及信任啟動功能以確保車輛網絡的安全。它還包括一個嵌入式硬件安全模塊，通過支持安全和加密啟動以及管理MACsec等安全功能來增強設備安全。

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上圖是一個MCU的以太網結構，以太網物理層選用的也是目前最強的以太網物理層即Marvell的88Q4364，88Q4364設備是一個單對以太網物理層收發器（PHY），支持屏蔽雙絞線（STP）上的操作。收發器實現了IEEE 802.3ch標準定義的2.5G/5G/10GBASE-T1的以太網物理層部分。88Q4364集成了MACsec，可防止第2層車內網絡安全威脅。MACsec在逐跳的基礎上保護數據交換，并防止入侵、中間人攻擊和重放攻擊等攻擊。最高達萬兆級別，10G/5G/2.5G USXGMII、10 Gbps XFI、5 Gbps XFI/2、2.5 Gbps 2500BASE-X或2.5 Gbps ，OCSGMII接口直接連接到汽車級圖形處理單元（GPU）、CPU、以太網交換機和電子控制單元（ECU），以支持車載網絡（IVN）所需的操作和網絡速率。

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收音、藍牙和MCU部分，收音方面考慮到出口，DAB是少不了的，SAF360X是DAB數字收音調諧頭，車內麥克風眾多，三排都要有，自然離不開ADI的A2B總線收發器AD2428。GPS選擇u-blox的F9K，它可以支持 L1/L2/E5B 和 L1/L5 頻段，充分提高了靈活性、衛星信號可用性和安全性。ZED-F9K-01A 將多頻段、多星座全球導航衛星系統 (GNSS) 技術與慣性導航高精度 RTK（實時動態）相結合，實現分米級精準定位。u-blox ZED-F9K-01A 原生支持 u-blox PointPerfect GNSS 增強服務，可以并行提供多路 GNSS 和 IMU 輸出，為各種可能的架構提供支持，包括具有超低延遲、50 Hz慣導位置輸出。為高精度定位還需要D9S，這是L波段衛星接收，D9S使用SSR SPARTN數據格式通過衛星 L-band 頻道接收校正數據。該模塊使用加密技術安全地提供PPP-RTK GNSS 校正數據，包括由u-blox PointPerfect 服務提供的數據。還有一款D9C，利用免訂閱厘米級增強服務（CLAS） 通播，該通播由日本QZSS（準天頂衛星系統）星座通過L6頻段頻道在日本本土提供服務，能提供厘米級定位服務，在我國廣東東部，QZSS還是可以用的，信號差點，目前免費，將來肯定會收費。

Flexray沒有必要，未來的潮流趨勢應該是以太網，Flexray只有奔馳、寶馬、奧迪和沃爾沃用于底盤部分，價格偏高，協議復雜。主連接器也連接了12個超聲波傳感器，通過SPI接口。TJA1042接車身控制器即ZC/R和ZC/L，還連接了ADPU、車身、和動力域。

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視頻輸出、USB和TypeC部分，可以用Orin的DP直接輸出一路，做車機與儀表雙聯屏，做4K顯示完全沒問題，再附加一路附加屏，用Orin的eDP輸出，經過ADI的MAX96589串行器，MAX96589支持兩路MST，也就是可以輸出兩個顯示屏，一個副駕屏，再加一個中央顯示屏，或者兩個后排屏。

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音頻、藍牙和WiFi，這里的音頻放大低檔了點，可能是考慮到有外置音頻功率放大，藍牙需要兩個，后排也有藍牙通話的需要。

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這是攝像頭板，以800萬像素攝像頭高速無損無延時傳輸要求為例，一般為3264*2448=7990272個像素點。按照RGB三色24bit，攝像頭30幀計算，該攝像頭每秒產生的數據量約為7.68Gbps帶寬。攝像頭的數據格式，通常由RAW RGB、YUV兩種。YUV常見的有三種級YUV444，YUV422和YUV420。其中，YUV444是像素X幀率X比特X3，即5.76Gbps；YUV422是像素X幀率X8比特X2，即3.84Gbps；YUV420是像素X幀率X8比特X1.5，即2.88Gbps。ADAS通常對色彩考慮不多，YUV420足夠，當然還可以再壓縮一下，不過筆者認為還是不壓縮的好，并且有可能將來色彩也需要考慮，因此4個800萬像素是11.52Gbps，用MAX96712也可以，不過像AR0820這樣是830萬像素，有點勉強了，目前最頂級的車載攝像頭圖像傳感器是索尼的IMX735，有效像素高達1742萬像素，一個就需要6.27Gbps的帶寬，而MAX96712的總帶寬才6Gbps。再有就是考慮高速場景，幀率最好高一點，40Hz或45Hz，帶寬又會增加不少，所以這里用ADI目前最頂級產品MAX96792，可以支持12Gbps帶寬，但MAX96792是兩攝像頭輸入的，因此需要兩個。這里的4個360環視也用了800萬像素，完全沒必要，可以降級為400萬像素或200萬像素，這樣用MAX96712就輕松多了，當然如果用800萬像素，MAX96712也勉強可以。

智駕、座艙、泊車三合一，兩個Orin是有些吃力的，大部分時候恐怕是一個Orin負責座艙，一個負責智駕，雖然用了最頂級的以太網交換機，但帶寬最高不過1.25GB/s，應該加上一個PCIe 交換機，如Microchip的PM43036B1，支持36lanes，Orin的PCIe是4代，最高是每Lane是2GB/s的帶寬，可用的Lane是16通道，最高也就是32GB/s，這個帶寬不足以讓Orin能有級聯翻倍的效果，畢竟NVLink最新的有900GB/s，但總比以太網要好得多。當然這個架構設計已經是全球范圍內最先進的了。

審核編輯：湯梓紅