随着汽车电子化程度的逐渐提高，电子控制单元（ECU）占据了整个汽车。从防抱死制动系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统，逐步延伸到车身安全、网络、娱乐、传感控制系统等。随着汽车电子的丰富和复杂功能不断增加，汽车ECU数量逐年增加，部分高端车型ECU数量已超过100个。汽车电子软件的爆发式增长给汽车电子电气架构带来了巨大挑战。如何在日益复杂的电路中保证数据处理的优化和网络安全成为一个难题。用一个或几个“大脑”来控制整车的ECU和传感器，正逐渐成为公认的未来汽车电子电气架构。域控制器单元（DomainControllerUnit）集成架构是目前最好的解决方案。所谓“域”，就是把汽车电子系统按照功能划分成几个功能块。每个功能块内部的系统架构由域控制器控制。一个高计算多核中央计算机取代了以前的多个分布式系统。ECU架构。目前，域控制器的“域”一般是指功能域。按照最典型的分类方法，可以分为动力总成、底盘控制、车身控制、娱乐系统（座舱域）、ADAS五个主要领域。在每个域中，域控制器相当于一个高性能的ECU，负责处理域内的功能控制和转发，这就要求控制器本身具有强大的处理能力、超高的实时性，以及大量的通信外设的数量。各个域内的系统互连仍然可以使用目前非常常用的CAN和FlexRay通信总线。对于不同域之间的通信，需要使用具有更高传输性能的以太网作为骨干网来承担信息交换的任务。域控制器的发展，一方面是由于车辆车载电子的发展需要，可以极大地优化车辆的电子电气线路。域架构的使用也可以将感知和处理分开。传感器与ECU之间的关系不再是一对一的关系，更易于管理。此外，还可以适当集成以减少ECU的数量。平台的扩展性也会更好。ECU的集中化大大减少了整车通信线束，整车零部件成本也大幅降低。随着未来汽车电子电气架构的演进，域控制器将变得越来越强大。对电子设计的要求也会越来越高。本文的下一部分将讨论汽车域控制器的优势和应用。采用域控制器集成架构的原因采用域控制器集成架构取代以往多ECU分布式架构的主要原因如下：汽车功能逐渐增多，越来越复杂。一个或多个功能特征集成在控制单元中。这不仅增加了控制单元和分布式软件功能的数量，也使单元之间的通信链路复杂化。当汽车需要增加新的功能时，以往的解决方案往往是增加一个额外的ECU模块和负责相应功能的电路线束。如今，随着汽车电子化程度的不断提高，尤其是自动驾驶、主动安全等功能的增多，汽车上的ECU数量迅速增加。一辆汽车的ECU平均数量会达到50-70个，有些功能还比较复杂。豪华车的ECU数量已经超过100个。2005款宝马7系已经配备了65个ECU。到了2010年，奥迪A8上使用的ECU数量超过了100个，这么多的ECU错综复杂地交织在一起，不仅带来了非常复杂的线束设计，而且逻辑控制也非常杂乱。通过增加ECU的数量来为汽车添加新功能已不再可持续。未来的汽车需要高速数据处理和复杂的软件算法。域控制器技术是未来汽车发展不可阻挡的趋势，也是未来汽车适应各种技术趋势的硬件基础。随着汽车对安全、娱乐等复杂功能的需求正以前所未有的速度增长，未来的汽车必须具备更高的数据处理和计算能力。许多原始设备制造商声称，未来要将汽车变成“带轮子的智能手机”。当汽车逐渐向大型移动智能终端发展时，汽车必须像智能手机一样不断升级，利用更多的计算能力和更好的软件算法来满足需要的新特性和新功能。传统的ECU分布式架构已经不能支持高速数据交换和复杂软件算法的需求。同时，计算能力不足以满足日益增长的计算数据要求，车载网络无法支持高速数据传输。与手机、平板电脑等设备相比，汽车的生命周期要长得多。随着各大车企推出的汽车功能越来越多，买家往往希望自己购买的汽车能够具备智能手机等功能。那种可升级性，而不是过去，汽车的功能和特性在汽车的整个生命周期内基本保持不变。基于ECU的分散式电子架构汽车的所有特性和功能都必须在车辆上市前设计和实现，无法满足未来消费者对汽车功能快速更新的需求。在“软件定义汽车”的大趋势下，智能汽车更多依赖硬核高配置的硬件和强大的软实力软件来满足智能汽车所需的软硬件结合。现在流行的OTA（OverTheAirTechnology）技术，只是一种对汽车软硬件功能进行远程升级的技术。OTA更新可用于提供新的汽车功能，优化汽车软件系统，修补汽车功能漏洞，提升整体驾驶体验。OTA具有降低召回成本、快速响应安全要求、提升用户体验的能力，成为未来智能汽车时代的必然选择。为了实现所有这些目标，我们需要更多的计算能力、嵌入式内存容量和连接带宽，而只有使用域??控制器架构的汽车才能满足所需的硬件要求。车用SOC成本下降在电子行业摩尔定律的影响下，高性能车用SOC芯片的价格将随着技术进步和量产进一步下降。随着汽车智能化的推进，英伟达、高通、联发科等手机芯片厂商也开始进军汽车市场。近年来车用SOC的成本大幅下降，越来越接近传统MCU的价格，同样被汽车厂商所采用。具有集成功能的域控制器的原因之一。使用域控制器集成架构的优势与传统ECU分布式架构相比，域控制器架构主要有以下优势：轻量化、高效在传统ECU架构下，每增加一个新功能都会带来相应的ECU和线束，从而产生复杂的线束已成为汽车中仅次于发动机的第二重部件。这种设计思路不符合汽车设计中的轻量化规则，会降低汽车的能效和行驶里程。整车采用域控制器，集成ECU，可以去除多个微控制器、电源、外壳和铜线，大大简化汽车电子结构，实现集成化和制造自动化，减轻电子元器件重量，提高行驶效率。以汽车座舱域控制器为例，通过集成替代传统的仪表盘、信息娱乐系统和HUD显示器，整个系统的质量可降低30%以上。降低成本为新功能增加额外的ECU模块是不可持续的，新ECU模块对应的专用MCU、内存、电源、PCB等电子元器件将大大增加制造成本。随着具有强大计算能力的车载SOC芯片价格不断下降，以集成座舱解决方案为例，每辆车至少可以节省70美元左右。随着域控制器的大规模量产和出货，汽车的生产成本将进一步降低。数据延迟智能汽车通常配备多个传感器来感知外部环境。出于安全原因，车辆需要能够及时接收和处理来自自身传感器、其他车辆或基础设施(V2X)的大量数据。必须能够实时或非常接近实时地进行处理，这样才能保证驾驶过程的安全。实时处理大量数据并确保低数据延迟需要高性能计算能力和高带宽网络通信。数据只需要在具有高性能计算能力的域控制器中处理一次，并且可以在不同的核心之间共享。然而，在使用大量ECU模块的架构中，数据需要在不同的网络中进行多次通信和传输，并进行多次计算。传统的ECU架构会导致计算效率低，数据延迟高，无法保证汽车在此类突发事件中快速响应的能力，不够安全。可升级性随着汽车从机械产品向数字电子产品不断发展，软件水平日益成为汽车的核心竞争力。十年前，一辆汽车只有大约1000万行软件代码。今天，一辆汽车大约有1亿行软件代码。未来，自动驾驶汽车的软件代码量将达到3亿到5亿行。汽车软件的代码量呈指数增长。由于代码的不断积累，出现的安全漏洞需要及时修复。汽车的功能维护和复杂的软件升级将变得更加重要。与传统的分布式ECU架构相比，域控制器具有可扩展的计算能力、更灵活的整车OTA以及更高的软件占比，使汽车制造商能够为用户提供持续迭代升级的功能体验。也就是说，车企只需要更新软件算法，就可以升级汽车功能，无需增加额外的ECU。万物互联由于域控制器具有高性能计算能力和高带宽通信能力，驾驶员可以通过数字平台和5G网络与周围的外部环境进行连接。V2X技术将使车辆能够与其他车辆和道路基础设施进行通信，以获取环境信息。所有这些数据都必须实时传输和处理，这需要高带宽通信和高性能机载计算能力。显然，传统的分立式MCU难以支持高速通信和计算能力。汽车域控制器的设计未来IT行业和消费电子领域的很多技术都可以迁移到智能汽车领域。未来汽车所采用的车载SOC、嵌入式操作系统、虚拟机监控、OTA升级等技术已经比较成熟，广泛应用于消费电子等领域。汽车电子架构可以借鉴其他电子产品。但由于汽车对安全性要求高，汽车电子设计需要满足严格的安全标准和标准要求。对安全性、稳定性和耐用性的要求要求汽车域控制器的设计具有极高的质量和可靠性。确保汽车的安全性和稳定性将成为汽车电子电气架构设计时需要考虑的关键因素。未来汽车基本架构未来汽车电子架构正在迅速变化。安全功能和自动驾驶功能需要更好的计算能力和更高带宽的通信能力。为了让汽车具备更好的连接性和信息娱乐功能，汽车将转变为分布式IT系统，可以与云端通信远程更新软件，实时更新数字地图信息和路况。上图展示了未来的汽车电子电气架构，需要具备不同部件、不同功能模块之间的交互能力，能够管理和控制越来越多的功能和复杂的软件算法。此外，该框架应该是可扩展的，以应对随着时间的推移对车辆功能不断增加的需求和期望。OTA也应该是架构的必要功能之一。汽车电子架构的可更新性和可升级性使得OEM能够在汽车售出后控制汽车的升级过程。软硬件分离，使汽车的软件功能独立于硬件，大大提高了系统功能的扩展性和更新的便利性。框架特点SOA（Service-orientedArchitecture）面向服务的框架：SOA方法已广泛应用于IT和消费电子领域。SOA为汽车电子系统提供了大量的抽象接口。它的封装使得系统设计和测试可以采用敏捷的开发方式，降低系统功能不断增加带来的复杂性，使软件组更容易在不同车辆上复用。中央网关服务器利用中央信息服务器和代理服务器处理所有通信信息，将本地控制域与外部环境隔离，保证系统的安全性和保密性。将系统分为物理层、信息层和服务层，使得系统具有良好的可扩展性，同时使得系统在不同类型的车辆上使用时变化较小，具有较高的可移植性。在未来的汽车电子电气架构中，中央网关将作为信息桥梁，交换信息，隔离车载域控制器与外围通信源，如移动网络、蓝牙、WiFi、以太网等，它还将作为中央诊断接口，用于系统漏洞诊断。域控制器可以用作中央网关与本地智能传感器、执行器和ECU之间的网关，在以太网和CAN或LIN之间编译和传递信息。中央网关将承担维护网络安全的主要责任。中央网关验证来自合法来源的消息并保护身份验证免受欺骗，将网络通信限制在预定义的正常范围内，并限制异常或过多消息的通信以避免损害车辆功能。它还需要阻止未经批准的非法消息并警告无效尝试。这可以大大提高整车的网络安全性，显着降低车载域控制器的安全功能负载。车载和后端架构未来，车载系统和云端后端架构的交互会越来越多。两者可以通过WIFI或高带宽5G网络连接。由于安全和自动驾驶功能的需要，车辆需要具备与周围车辆、新一代基础设施、天气、道路信息、实时高精度地图等外部信息交互的能力。由于汽车的软件算法和基础硬件计算能力都会受到一定程度的限制，随着数据量的增加，对不断变化的场景和行驶状况进行实时分析和决策的难度会逐渐加大。越来越需要与高处理后端（如云服务器）进行交互，以获取驾驶场景中的相关信息和数据。汽车功能安全所谓“功能安全”，是通过安全功能和安全措施规避不可接受的功能风险的技术总称。FunctionSafety的“功能”是指安全装置对被控对象和控制器进行监控的作用。通常我们使用电脑作为安全装置，如果控制器出现故障，电脑会关闭被控对象并警告用户危险。安全装置所达到的安全效果称为“功能安全”。功能安全可以说是利用计算机等安全设备设计的安全措施。汽车行驶关系到乘客的生命安全，安全也是汽车设计准则的重中之重。每个行业都有相应的技术标准来约束产品的最低性能。汽车行业采用的ISO26262标准源于电子、电气和可编程设备功能安全的基础标准IEC61508，主要定位于汽车行业针对特定的电气设备、电子设备、可编程电子设备等元器件旨在提高汽车电子和电气产品功能安全的国际标准。ISO26262标准是汽车电子和电气系统的功能安全标准。它使用ASIL来规定相应设备必须满足的可接受驻留风险等级的安全要求，涉及汽车电子电气系统的整个安全生命周期及其管理过程。其最终目的是确保“安全”，避免因汽车电子电气系统故障而导致的不合理风险。随着数据连接和车载通信的使用越来越多，车辆越来越容易受到恶意网络攻击。智能网联汽车的威胁风险点可能包括：恶意攻击者可以利用CAN总线广播机制实现数据包窃听、伪造和数据重放。可以劫持ECU设备厂商的访问机制，反向破解源代码，提取、篡改、分析芯片中的固件代码。由于汽车电动化、智能化、网络化的发展趋势，特殊的多场景使用状态和研发、生产、使用、维修、报废全生命周期的现状，与传统的信息安全系统相比、智能网联汽车信息安全研究方向需要解决：如何进行高可靠的入侵检测和防护，防止车辆控制单元直接控制造成的生命财产损失；如何保障复杂通信环境的信息安全，提高车辆防护能力。这将是未来汽车功能安全研究的重点方向。消费者对汽车安全功能和软件功能的需求正以前所未有的速度增长。这种趋势正在将汽车的电气和电子架构从分布式电子控制器单元(ECU)转变为更加集成的域控制器。汽车对计算和存储能力的要求也越来越高。以域控制器为代表的电子电气架构可以提供更快、更安全、更可靠的数据处理和能量分配能力。具有域控制器的未来汽车平台可以轻松利用云计算、互联网、大数据和OTA升级等最新技术。强大的多核处理能力、专用车载嵌入式操作系统、创新的电气电子架构和高带宽通信能力是未来域控制器架构车辆的基本要素。随着域控制器的出现，汽车的智能化演进速度越来越快。随着图2所示的汽车电子架构的集中化进程，未来最理想的状态是汽车可以拥有一个车载计算平台——中央大脑。中央域控制器可能是计算机的形式，核心难点会来自汽车的操作系统。该系统需要同时连接上层软件应用和底层硬件资源。因为汽车的座舱域、智能驾驶域、动力域、车身域等各大“域”对操作系统的要求各不相同。例如，座舱系统对屏幕的色彩处理和渲染要求比较高，而智能驾驶功能对系统安全性的要求特别高。目前有没有一款芯片或者嵌入式硬件平台，既有高计算能力支持丰富的图像处理，又具备高性能和高存储，还有非常丰富的IO接口。除了从域控制器到中枢大脑的硬件层面的挑战，汽车行业的软件产业链也面临重构的可能。软件能力日益成为产业链参与者的核心竞争力。而主机厂对软件能力的集中控制，可能会带来产业链关系的重构。任何行业变革的开始，总是伴随着利益的冲突和规则的确立，ECU消亡引发的这场变革亦是如此。域控制器的出现只是一场半场的战斗。可以肯定的是，汽车“中枢大脑”形态的变化，以及背后智能汽车时代话语权的争夺，将让汽车产业链上的各个玩家纷纷挺身而出，汽车行业必将未来十年发生翻天覆地的变化。
