未來的自動駕駛汽車將成為世界上最復雜的“移動”設備之一。它的復雜性源于每天需要自主操作處理數 TB 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——在運行一億行軟件代碼的同時消耗 teraflops （TFLOP） 的計算能力。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通信。

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一系列復雜的獨立計算機。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網關，以便在總線之間轉換數據和信號，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，坦率地說，這種方法很沉重。布線是汽車物料清單中第三昂貴的部分，也是其制造中第三重的組件，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，需要大量的實時數據、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，而這些功能將需要數千兆位的物理網絡吞吐量來支持實時決策。數據記錄、安全交易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。車輛周圍的幾個分布式區域ECU將運行數百萬行代碼來處理來自本地端點和云的數據，并與一個或多個主ECU互連，而不是專用的ECU。帶寬、復雜性和成本是嘗試使用當今許多現有網絡協議和電纜連接所有這些設備時出現的問題。

軟件定義汽車

汽車正在發展成為一個運行在分布式計算上的軟件定義功能系統——軟件定義汽車（SDV）。值得信賴的計算標準是在以太網上構建的基于 IP 的網絡。以太網提供用于通信的單一總線，并消除了車輛網關和電纜的復雜性，已被證明可以支持面向軟件的架構（包括軟件定義網絡和虛擬化）的靈活性和性能。

SDV 帶來了許多好處。與面向硬件的系統相比，軟件更新、更改和改進更容易、更快捷。使用虛擬化，SDV 成為一個更加動態的計算環境。例如，當ECU開始發生故障時，軟件定義的功能可以快速轉移到車輛中的其他ECU，從而保持所需的功能安全水平和關鍵操作。

SDV 為制造商創造了新的機會，使其產品與眾不同，提高了安全性，并改善了產品、服務和整體制造效率。SDV 要求制造商成為軟件巨頭。制造商已經在“重新裝備”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至關重要，這是一個從制造商到車主的連續統一體。船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 中采用的常見安全功能將基于支持安全啟動、身份驗證、加密（如果需要）、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，用于將區域 ECU 與物理網絡隔離

訪問控制，僅允許區域網絡上的授權事務

深度數據包檢測，用于監控事務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，需要保護更新免受黑客攻擊，最有可能通過在生產車間建立的安全信任鏈，并以車主結束。

有助于確保功能安全的工具

為了實現 SDV 中的通信，市場需要用于以太網和其他協議的汽車專用物理設備 （PHY）。這些器件需要提供所需的帶寬和成本，并滿足行業內建立并由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。該公司的目錄為汽車提供了許多“功能安全就緒”設備，包括符合汽車標準的以太網設備。

這些器件經過精心挑選，可幫助制造商獲得ISO 26262認證，并提供許多工具，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。

面向自動駕駛的全以太網愿景

汽車行業的愿景正在向全以太網 SDV 發展，互聯區域 ECU、傳感器和設備由中央 ECU 控制。對于綠地制造商來說，這種遷移比老牌公司更容易。綠地環境可以立即全面采用，以便輕松采用全以太網方法。對于其他汽車制造商來說，遷移到全以太網車輛可能需要一些時間，要求 SDV 包括 CAN、LIN 和其他總線的混合網絡架構，以便通過主以太網主干網本地連接到某些組件。

以太網可靠、久經考驗的標準、從 Mbps 到 Gbps 的高帶寬以及簡單性支持 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的成本和復雜性、布線和重量。減輕重量可以提高燃油效率——無論是電動還是汽油/柴油。而且，雖然以太網是一種成熟的標準化技術，但它仍在不斷發展，以支持汽車等市場，其特定需求包括確定性和高帶寬——自動駕駛汽車的必需品。

審核編輯：郭婷