V2X量產(chǎn)周期，車載遠程信息的硬件設計面臨哪些挑戰(zhàn)？

      導讀：車載遠程信息硬件設計所面臨的挑戰(zhàn)正在被逐漸攻破。

      車載信息娛樂系統(tǒng)（AVN）與車載信息控制單元（TCU）集成后連接到車聯(lián)網(wǎng)服務平臺，形成了車載信息服務終端，隨著其復雜性不斷增加，所面臨的挑戰(zhàn)也越來越多。

      車聯(lián)網(wǎng)應用最開始以車載信息服務的形式進入汽車行業(yè)，正如移動互聯(lián)網(wǎng)應用最開始以信息服務的形式進入消費者市場一樣。

      其中，車載信息服務控制單元內(nèi)連電子控制系統(tǒng)，外連車聯(lián)網(wǎng)信息服務平臺，可用于實現(xiàn)車輛監(jiān)控、管理、ECU軟件更新等遠程控制類業(yè)務。

      與V2X協(xié)同通信單元集成，可實現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)協(xié)同駕駛和協(xié)作式智能交通。同時，它與中控臺的車載信息娛樂系統(tǒng)共同組成了車載信息服務終端。

      車載信息服務終端由汽車中控臺發(fā)展而來。中控臺加裝音視頻與導航一體化的車載主機構成了車載信息娛樂系統(tǒng)。

      隨蜂窩移動通信與移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，車載信息娛樂系統(tǒng)（AVN）通過與車載信息控制單元（TCU）集成后連接到車聯(lián)網(wǎng)服務平臺，最終形成了車載信息服務終端。

      而通過車聯(lián)網(wǎng)服務平臺、車載信息控制單元TCU，以及車載信息娛樂系統(tǒng)，駕駛員可獲取車載信息服務，也可通過USB/WIFI或HDMI接口將智能手機與汽車相連。

      而車身以內(nèi)的不同網(wǎng)絡或控制器間的交互，大多會通過CAN/LIN總線實現(xiàn)。隨著越來越多的電子控制單元（ECU）在車輛中實施，汽車電氣系統(tǒng)的復雜性不斷增加。

      這些ECU在更廣泛的層面上共享實時數(shù)據(jù)，從而增加了對網(wǎng)絡帶寬的需求，以太網(wǎng)便登上了車聯(lián)網(wǎng)的舞臺。

      目前，一些量產(chǎn)車型已出現(xiàn)百兆、千兆的以太網(wǎng)接口。未來，以太網(wǎng)將逐漸成為V2X的主流接口。

      另外，基于車載信息控制單元，也可構成獨立的商業(yè)運輸服務終端，為車隊或駕駛?cè)藛T提供商業(yè)運輸服務。

      為了保障車聯(lián)網(wǎng)信息網(wǎng)絡安全，一些整車廠有時會將車載信息控制單元與車載信息娛樂系統(tǒng)在物理上獨立設置，此時，TCU也稱為車載信息控制終端，簡稱T-BOX。

T-BOX相關硬件的設計挑戰(zhàn)及解決方案

      在T-BOX中，硬件的設計具有挑戰(zhàn)性。

      首先便是音頻系統(tǒng)的表現(xiàn)。例如，ecall的基礎是通話功能，而如何保證高質(zhì)量的通話質(zhì)量是非常關鍵的，對于其中的硬件設計有諸多考量：ADC的采樣精度、器件的噪音參數(shù)、功放輸出的信噪比等因素都會影響音頻系統(tǒng)的質(zhì)量。

      在音頻方面，德州儀器推出了92 dB (ADC) / 102 dB (DAC)， 96 kHz低功率單聲道音頻編解碼器，可通過均衡信號改善音頻質(zhì)量，同時支持高清語音/寬帶音頻；

      編解碼器不需要增加額外的模擬電路，降低了物料成本；同時還提供靈活的接口和能力，多路復用。同時也保障了ADC的最大動態(tài)范圍。

      其中，3104-Q1與3109-Q1之間的插頭兼容性可以很大程度減少設計間的遷移工作量；為客戶提供的Wettable和non-wettable的成型技術也增加了設計的靈活性。

      另外，德州儀器還推出了8-W單聲道，帶有負載轉(zhuǎn)儲和I2C診斷功能的車規(guī)D級功放芯片，可極大程度幫助供應商縮短研發(fā)成本。

      而總體來看，整個T-BOX的控制器需要滿足低靜態(tài)電流與高工作效率的要求。因為T-BOX往往需要電池常電供電，在車輛非駕駛期間被喚醒進行信息交互，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控或者遠程操作；

      另一方面，ecall功能啟用時，需要滿足備用電池供電條件下保持要求的最短通話時間。因此，不論是初級的電源還是常電下休眠的芯片都需要保持盡量低的電流消耗。

      另外，EMC對于每個零部件來講都是一個非常重要的指標。

      EMC測試又叫做電磁兼容，指的是對電子產(chǎn)品在電磁場方面干擾大?。‥MI）和抗干擾能力（EMS）的綜合評定，是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標之一。

      “遠程通訊解決方案中的通訊模塊越多，EMI面臨的挑戰(zhàn)會更加大，所以我們需要在一些基礎的器件方面找到新的方法提高整體EMI的表現(xiàn)。”德州儀器技術支持工程師鄧國輝表示。

      對此，德州儀器為汽車應用提供了EMI優(yōu)化的降壓轉(zhuǎn)換器，通過擴展頻譜特性、創(chuàng)新封裝、優(yōu)化布線布局等方法，用更小的芯片體積支持更寬的輸入電壓與更高的效率。

      其中，為了提高產(chǎn)品封裝的焊接質(zhì)量和滿足產(chǎn)線檢測的要求，德州儀器應用了wettable flank的封裝工藝。該工藝可保證焊點處可靠連接，同時方便實現(xiàn)生產(chǎn)過程中對焊接質(zhì)量的視覺檢查，提高生產(chǎn)效率。

      相較之下， 過去的電源芯片并沒有對整體電源模塊的布局和走線做更多的考慮，無法做出完全優(yōu)化的設計。而在德州儀器新的電源中，在管腳定義和分布方面，產(chǎn)品線做了非常多的考慮。

      “在一些新的器件上，我們不僅考慮到了器件本身，也考慮到了周圍的被動元器件的布局和走線。這些有助于工程師快速方便地完成性能優(yōu)異的設計?！编噰x強調(diào)。

而降低設計成本，節(jié)省設計資源也是十分必要的。

      據(jù)此前高工智能汽車發(fā)布《2020年一季度前裝4G T-BOX新車搭載量市場報告》顯示，1-3月自主及合資品牌前裝搭載4G T-Box共計127.94萬臺（搭載率為41.67%），同比上年同期增長46.07%。。

      此外，國內(nèi)很多供應商有能力做T-Box方面的設計，也希望可以參與其中。為此，德州儀器推出了Easy of Design的方案，可幫助部分新晉廠商更快上手，加速產(chǎn)品落地的進程。

      多核異構，實現(xiàn)芯片物盡其用

      由于半導體工藝的極限限制，繼續(xù)制造高性能的單核處理器將成為一道難以跨越的坎兒。隨之帶來的功耗與散熱問題也難以得到解決。

      在此情況下，越來越多的半導體廠商傾向于制造功耗更低、性能均衡的多核處理器以提高處理器的綜合性能。

      按照內(nèi)核架構是否相同，可以分為多核同構與多核異構。

      德州儀器采用的是多核異構的方案。該方案常見于特殊應用，如信號處理，采用功能不同的處理器。

      在異構方式下，一部分處理器用于管理調(diào)度，另外一些處理器用于特定的性能加速。每個內(nèi)核針對不同的需求而設定，可提高應用的計算性能或?qū)崟r性能。

      德州儀器的Jacinto ? 7系列首先面世了兩款汽車級芯片，分別應用于ADAS的TDA4VM處理器與應用于網(wǎng)關系統(tǒng)的DRA829V處理器，包含用于加速數(shù)據(jù)密集型任務的專用加速器，如計算機視覺和深度學習。

       其中， DRA829V處理器主要負責數(shù)據(jù)的傳輸與交換，同時能夠幫助客戶在下一代軟件定義汽車上起到基礎作用。

     眾所周知，傳統(tǒng)汽車使用的傳統(tǒng)網(wǎng)絡主要連接CAN/LIN等低速接口，這些低速接口嚴重阻礙了整車中所有電控單元的升級效率。

      而如今，汽車過渡到了分域結(jié)構，每個域之間需要非常高速的連接總線。

      DRA829V系列的出現(xiàn)極大程度滿足了高速率的傳輸要求。它無縫集成了現(xiàn)代汽車網(wǎng)關系統(tǒng)所需的計算能力，其創(chuàng)新方案可以總結(jié)為三點：

一、于業(yè)界是首款集成了片上PCIe交換機的處理器，在整個汽車系統(tǒng)中實現(xiàn)更快的高性能計算網(wǎng)關處理和通信；

二、將MCU域和主域分離，增強了功能安全的操作；

三、集成了支持8端口千兆支持TSN的以太網(wǎng)交換機，進而能夠?qū)崿F(xiàn)更快的高性能計算和整車通信。

      總體上講，DRA829V處理器為汽車網(wǎng)關系統(tǒng)帶來了實際性能，其最核心的優(yōu)勢在于保障高性能的同時，大大降低了所需功耗。有助于降低系統(tǒng)成本，從而實現(xiàn)技術的大眾化和普及化。