基于以太網的板載域控制器研究

汽車“新四化”即電動化、智能化、網聯化、共享化的趨勢，給汽車的電氣化/電子化架構帶來了新的挑戰。車輛的拓撲結構已從分布式ECU開發轉變為集中式域控制器和中央計算機;整車功能已從分散式軟件開發轉變為統一軟件架構的聚合開發。本文研究了基于以太網的板載域控制器，闡述了統一架構平臺的研究方法?；赟OA模型，討論了基于SOME/IP的服務定義、軟件架構、硬件拓撲和通信層參數

介紹

隨著汽車“新四化”的發展，電動化、智能化、智能化、網絡連接和共享，基于車載以太網的骨干網和子網設計逐漸增加。整車網絡拓撲結構從CAN總線變為以太網。

本文研究一種基于以太網的車載網關控制器。首先，通過Vector公司的架構設計工具PREEvision，構建車載以太網的設計需求，包括SOME/IP的業務定義、軟件架構的定義、硬件拓撲的定義和通信層參數的定義;通過協議棧設計工具Davinci，最終構建符合AUTOSAR架構的域控制器，通過Vector公司的總線仿真軟件Canoe，對設計內容進行仿真驗證。

以太網網關域控制器軟件架構

服務接口定義：根據車輛架構的功能，將包含在網關控制器中的服務在PREEvision工具中設計。該服務包括服務提供者和服務消費者。服務提供者的主要工作是提供服務，服務消費者向服務提供者發送服務請求以獲取服務功能，網關控制器車輛應用信息以服務接口的形式定義，主要包括方法、事件和屬性。在PREEvision工具中，根據服務內容建立服務接口，定義其方法和事件。對于方法，需要定義其輸入和輸出參數。在這個設計過程中，服務的接口由AUTOSAR軟件架構實現，服務提供者和消費者由AUTOSAR軟件組件（SWC）實現，稍后分配給ECU組件。



圖1.服務接口。



圖2.定義服務接口。



圖3.Autosar設計過程。



圖4.SWC 建模

SWCS 通過端口傳輸信息，服務接口封裝到端口中。端口可分為“發送/接收數據”和“發送/接收服務”。SWC位于RTE的頂部，通過RTE調用底層協議接口來完成數據傳輸。

在SWC中，服務提供方確認服務可用性，服務消費方確認服務請求狀態;基本軟件模式管理器（BSWM）用于管理服務模型和轉發服務發現的可用性和請求狀態到軟件組件或者管理服務發現模塊。

服務發現模塊確認服務可用性和請求狀態，并發送相應的 SD 消息（如 SD 提供服務消息），并根據接收到的SD消息轉換為基本軟件模式管理器模式。服務發現通過套接字適配器配置發送和接收的事件和方法。

套接字適配器可以靈活分配PDU，實現多客戶端接收，即一個PDU在多個套接字連接上動態發送，同時服務發現與SOME/IP模塊通過套接字適配器完成信息交互。

在工具中，建立相應的SWC和相應的接口。服務軟件組件設計完成后，網關控制器可以通過服務發現將服務的可用性和位置發布到其他ECU。服務消息類型包括search service, provide / stop service, stop / subscribe event group and subscribe event group feedback。



圖5.服務交互



圖6.以太網通信協議。

軟件架構：車載網關控制器的底層通信協議如圖6所示，其應用層的SWC組件在實時操作環境（RTE）上運行。

在網關控制器的底層通信協議中，需要定義以太網報文的路由方式，并將服務的傳輸實例化為特定的信號和消息。通過達芬奇工具，以太網底部域控制器的通信層設計配置如圖 7 所示。



圖7.傳輸設計

以太網網關域控制器的硬件實現

該方案配備雙MCU，其中飛思卡爾i.mx6q處理器用于復雜工況下算法的處理，恩智浦公司的S32K148處理器用于車輛信號路由;以太網網關包括CAN/CANFD和以太網通信模塊，以太網通信模塊電路由MAC控制和物理層PHY接口組成。以太網系統結構包括 5 通道 CAN（支持 4 通道 CAN FD）、1 路 Lin、4 路數字交換機采集、5 路 100base-t1、1 路 100base-tx 和 2 路電源輸入。

在以太網總線傳輸過程中，傳輸電纜本身和總線通道上的所有負載的損耗或多或少，包括電路消耗、濾波電路、電路轉換器、各元件的連接器等。信號頻率對衰減也有很大影響?；诖丝紤]，設計方案采用8層高密度板，布局和布線嚴格設置在規則中，以優化信號完整性設計。



圖8.硬件原理實現



圖9.硬件電路板設計

審核編輯：劉清