隨著汽車電子電氣架構(gòu)由分布式向集中式的演變，以及汽車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的技術(shù)變革，對(duì)于控制器的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通信能力的需求也逐漸增加，傳統(tǒng)的基于MCU控制器已經(jīng)無(wú)法滿足以上需求。聯(lián)合電子順應(yīng)市場(chǎng)需求，研發(fā)推出全新一代整車計(jì)算平臺(tái)VCP。

VCP分為MCU(uC)實(shí)時(shí)控制核和MPU(ARM A，uP)高性能計(jì)算核。對(duì)于傳統(tǒng)基于MCU的控制器，市場(chǎng)已經(jīng)有了一套完整的基于classic Autosar的軟件基礎(chǔ)和開發(fā)體系，在MPU的開發(fā)體系中，Adaptive Autosar也為我們提供了一些基礎(chǔ)的開發(fā)組件，但是一方面Adaptive Autosar昂貴的價(jià)格讓很多客戶望而卻步，另一方面Adaptive Autosar并不能完全滿足客戶的定制需求，因此我們額外開發(fā)了VCP上的關(guān)鍵中間件，一方面可以作為Adaptive Autosar的補(bǔ)充，另一方面可以為客戶提供定制化需求。

VCP上下電管理示意圖

在此背景下，聯(lián)合電子開發(fā)了基于VCP的關(guān)鍵中間件，且已經(jīng)在多個(gè)客戶項(xiàng)目上量產(chǎn)。中間件作為基礎(chǔ)軟件的重要組成部分，為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、更新、安全提供基礎(chǔ)的保障，具備如下功能需求：

上下電管理功能，協(xié)調(diào)控制器整體供電和運(yùn)行狀態(tài);

健康管理功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，確保功能有效運(yùn)轉(zhuǎn);

OTA刷新功能，提供便捷的軟件更新方案;

大數(shù)據(jù)和Log功能，為數(shù)據(jù)挖掘和控制器維護(hù)提供渠道;

應(yīng)急刷新功能，為控制器的更新提供最后一道保障;

一.上下電管理方案：

目前域控制器多采用MCU + MPU的多核處理器方案，現(xiàn)有的獨(dú)立供電、各自管理運(yùn)行狀態(tài)的方案不能滿足整車電源管理的要求;上下電管理功能可以更好的協(xié)調(diào)兩塊處理器的供電和運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?？紤]到MCU具備更高的功能安全等級(jí)，將MCU作為主控節(jié)點(diǎn)，如下圖所示，在MCU側(cè)開發(fā)Power Management,電源管理模塊，在MPU側(cè)開發(fā)SM(State Management,狀態(tài)管理)模塊和EM(Execution Management,運(yùn)行管理)模塊，用于實(shí)現(xiàn)MCU對(duì)MPU的供電管理和MPU運(yùn)行期間的狀態(tài)管理。在系統(tǒng)下電過(guò)程中，Power Management協(xié)調(diào)MCU和MPU的下電順序，防止MPU因不期望的掉電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

VCP上下電管理示意圖

二.健康管理方案：

Posix OS本身僅對(duì)系統(tǒng)的基本運(yùn)行做基礎(chǔ)的監(jiān)控，無(wú)法滿足車載控制器對(duì)于系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控的需求;健康管理模塊針對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵健康指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，對(duì)于可能損壞元器件的狀態(tài)采取合理的應(yīng)對(duì)措施，使系統(tǒng)進(jìn)入安全狀態(tài)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

健康管理模塊對(duì)如下指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控：

MPU/eMMC溫度，根據(jù)不同溫度范圍采取分級(jí)響應(yīng)機(jī)制;

CPU負(fù)荷，當(dāng)CPU負(fù)荷超過(guò)閾值及時(shí)報(bào)警，且將當(dāng)時(shí)對(duì)CPU負(fù)荷貢獻(xiàn)最大的三個(gè)進(jìn)程記錄到日志，便于后續(xù)分析;

DDR使用率，當(dāng)DDR使用率超過(guò)閾值及時(shí)報(bào)警，且將當(dāng)時(shí)對(duì)DDR使用率貢獻(xiàn)最大的三個(gè)進(jìn)程記錄到日志，便于后續(xù)分析;

eMMC使用率和壽命，當(dāng)eMMC使用率超過(guò)閾值或壽命評(píng)估低于閾值及時(shí)報(bào)警;

VCP健康管理框架圖

三.OTA軟件升級(jí)方案：

隨著汽車新四化的推進(jìn)，軟件定義汽車已經(jīng)成為汽車的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于軟件故障的修復(fù)以及個(gè)性化定制需求的更新，僅通過(guò)傳統(tǒng)的4S店升級(jí)難以給予用戶最佳的體驗(yàn)，因此OTA功能已經(jīng)逐漸成為了控制器標(biāo)配。聯(lián)合電子的OTA軟件升級(jí)方案具備如下特點(diǎn)：

支持全分區(qū)獨(dú)立A/B備份，將MPU分為kernel、rootfs、app分區(qū)，各分區(qū)完全解耦，均可獨(dú)立升級(jí)和回退;

支持對(duì)同控制器內(nèi)的MCU進(jìn)行安全備份和軟件升級(jí);

集成更新軟件的信息安全簽名和驗(yàn)簽功能，提供信息安全保障;

支持多種文件下載方式，包含DoIP、HTTPs等主流車載控制器文件傳輸協(xié)議;

支持當(dāng)前各平臺(tái)的自動(dòng)化測(cè)試;

支持各硬件平臺(tái)無(wú)縫移植;

VCP OTA自動(dòng)測(cè)試示意圖

四.大數(shù)據(jù)和Log方案：

VCP強(qiáng)大的計(jì)算、通信和存儲(chǔ)能力，使得收集和上傳大量車載數(shù)據(jù)到云端成為可能。有了這些關(guān)鍵的車載數(shù)據(jù)信息，OEM和第三方數(shù)據(jù)分析機(jī)構(gòu)就可以基于此做大數(shù)據(jù)挖掘，建立各種汽車應(yīng)用模型，從而發(fā)現(xiàn)更多的商機(jī)。此外，這些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和日志，還為后續(xù)的維護(hù)工作提供了便捷的通道，工程師可以據(jù)此分析車上的一些故障原因，加速問題的解決。當(dāng)前大數(shù)據(jù)和Log方案支持的主要模式和功能有：

完整收集：能夠記錄下車上所有的CAN/LIN總線報(bào)文和系統(tǒng)運(yùn)行日志

觸發(fā)收集：在車輛發(fā)生事故前后記錄下關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，支持黑匣子功能

診斷收集：支持遠(yuǎn)程和本地診斷，可通過(guò)診斷協(xié)議來(lái)獲取所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)壓縮：對(duì)大數(shù)據(jù)和Log文件進(jìn)行壓縮，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和上傳效率

信息安全：支持?jǐn)?shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)導(dǎo)出及上傳的安全認(rèn)證，保證數(shù)據(jù)的安全性

VCP大數(shù)據(jù)和Log架構(gòu)圖

五.應(yīng)急刷新方案：

OTA作為車載控制器標(biāo)配，已經(jīng)讓控制器的軟件更新更加的便捷，但在某種極端情況下，執(zhí)行OTA功能的控制器端軟件出現(xiàn)損壞或者無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，便無(wú)法通過(guò)應(yīng)用軟件中的OTA功能來(lái)修復(fù)自身的系統(tǒng)軟件，此時(shí)，需要設(shè)計(jì)額外的應(yīng)急刷新方法來(lái)修復(fù)系統(tǒng)。

應(yīng)急刷新方案通過(guò)在MPU端正常啟動(dòng)時(shí)加載的boot-loader(u-boot)中，使用TFTP協(xié)議來(lái)動(dòng)態(tài)下載一個(gè)應(yīng)急刷新系統(tǒng)，在該刷新系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)MPU軟件刷新功能，該應(yīng)急刷新系統(tǒng)部署在上位機(jī)的TFTP Server中。由于應(yīng)急刷新系統(tǒng)是采用動(dòng)態(tài)下載的方式，本身存在軟件問題可在線下修復(fù)后，再次動(dòng)態(tài)下載到控制器中運(yùn)行，從而保證刷新功能可以成功得到執(zhí)行。

和主流的微控制器應(yīng)急刷新方案對(duì)比，聯(lián)合電子的應(yīng)急刷新方案有如下特點(diǎn)：

主流的應(yīng)急刷新需要事先在控制器內(nèi)刷入包含備份系統(tǒng)的Recovery分區(qū)，該備份系統(tǒng)需要具備復(fù)雜的刷寫功能，一旦出現(xiàn)問題會(huì)導(dǎo)致控制器無(wú)法復(fù)原，而基于聯(lián)合電子的應(yīng)急刷新系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)下載方式，避免了因Recovery分區(qū)本身問題導(dǎo)致的刷新失敗，可靠性得到大幅提升，減少因刷新失敗帶來(lái)的換件成本;

不需要事先刷入Recovery分區(qū)，減少存儲(chǔ)區(qū)域的占用空間，可用存儲(chǔ)空間提升，同時(shí)減少工廠產(chǎn)線刷寫內(nèi)容，效率得到提升。

除上述提到的中間件以外，聯(lián)合電子還開發(fā)了功能安全，信息安全，SOA，診斷服務(wù)等相關(guān)的多個(gè)關(guān)鍵中間件。隨著汽車行業(yè)加速變革與發(fā)展，聯(lián)合電子將繼續(xù)發(fā)力，為新一代VCP整車計(jì)算平臺(tái)開發(fā)中間件等軟件模塊，為客戶與合作伙伴提供更多更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。

原文標(biāo)題：VCP功能的正確打開方式——關(guān)鍵中間件

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審核編輯：湯梓紅