远程控制边缘节点如何优化软件定义汽车架构

简介

汽车车载网络不断发展，以支持软件定义车辆 (SDV) 中的新功能。随着软件整合到更少的电子控制单元 (ECU) 中，以增强车辆各个平台的可扩展性并简化无线 (OTA) 更新，一种新颖的远程控制边缘概念不仅优化布线，而且支持可扩展的边缘节点软件。

边缘节点是对特定功能进行实时控制的专用 ECU，例如用于外部照明的前照灯模块或用于门锁、车窗和侧后视镜的控制模块。这些节点在整个车载网络中接收来自命令器 ECU（区域控制器，域控制器或中央计算）的命令。边缘节点对本地硬件控制进行管理，它监测温度、压力或位置传感器以提供控制环路反馈，同时通过负载驱动器（包括半桥以及高侧和低侧开关）直接控制电机和电磁阀等机械执行器。图 1 展示了区域架构中边缘节点和命令器 ECU 之间的差异。

远程控制边缘架构将实时控制和硬件抽象层 (HAL) 上行游转移到命令器 ECU，后者为传感器和负载驱动器生成低级硬件命令并传输到边缘节点。远程控制边缘解决方案通过串行外设接口 (SPI)、内部集成电路(I2C)、通用异步接收器/发送器 (UART)和通用输入/输出 (GPIO)等低级通信接口，在 ECU 之间桥接更高级别的网络数据链路层，例如以太网或控制器局域网 (CAN) 等。这种方法从边缘节点中完全移除了微控制器 (MCU) 和所有软件。

远程控制边缘方案支持有关 SDV 的重大趋势，并通过将软件集中在命令器 ECU 中同时使边缘节点中依赖于负载的硬件靠近机电执行器来减少线束数量。

内容概览

传统边缘节点与远程控制边缘节点的对比

相比于传统边缘节点，远程控制边缘节点将 HAL 和实时执行器上行移入命令器 ECU 的 MCU 中，完全消除了边缘节点 MCU。控制器 MCU 现在可以发送包括器件通信协议帧或外设控制（SPI、I2C、UART、PWM 输出控制、ADC 采样或 GPIO）的命令。

远程控制边缘节点的优势

远程控制边缘架构具有多种优势，包括实现软件集中化、 降低软件开发成本、支持可扩展性、简化 OTA 更新以及可以实现从命令器 ECU 进行负 载驱动器控制，同时最大限度减少负载接线。

远程控制边缘节点注意事项

从事远程控制边缘技术研究的原始设备制造商 (OEM) 和设计人员必须考虑延迟、功能安全、网络安全和成本。

远程控制边缘应用

远程控制边缘技术在照明、电池管理系统 (BMS)、高级驾驶辅助系统 (ADAS)、汽车门禁和车身电机等众多应用中提供价值。

远程控制边缘协议

远程控制协议解决方案包括10BASE-T1S、CAN FD Light 和 UART over CAN。这些协议以半双工模式运行，允许两个器件之间进行非同步双向数据传输。

远程控制边缘系统解决方案

白皮书以前照灯为例，展示了如何利用上述协议（如10BASE-T1S或UART over CAN）构建具体的远程控制边缘节点。

结语

随着汽车市场接受在区域架构上进行 SDV 和 ECU 整合，软件集中化的推动力将进一步增强，从而实现可扩展性并减少电线数量。远程控制边缘节点通过将软件上行游移动并整合到更少的 ECU 中以及简化 OTA 更新为这一举措提供支持。

10BASE-T1S、CAN FD Light 和 UART over CAN等多种解决方案可为系统架构师提供满足其具体设计需求的选项。此外，具有集成诊断和控制功能的智能驱动器可进一步优化远程控制边缘实现。